CC BY
8
УДК 629.07.54
Б01: 10.15587/2312-8372.2017.93218
В1ДТВОРЕННЯ СКРИТНОСТ1 ТА ОБМЕЖЕНО1 ПРИМ1ТНОСТ1 ВОГНЕВИХ ЗАСОБ1В Л1Н11 ОБОРОНИ В1Д ПОВ1ТРЯНО1 РОЗВ1ДКИ
Карачун В. В.
1. Вступ
Значення маскування у шдвищенш бойово!' ефективностi фортифiкацiйних споруд достатньо велике, певним чином, визначальне. Живучiсть укршлених позицiй пiсля артилерiйськоi пiдготовки буде в цшому залежати вiд ступеня вогнево! дii супротивника на позицп. Результативнiсть вогнево! дii у свош бiльшостi залежить вiд повноти даних повiтряноi розвiдки супротивника. Найбiльшого збитку позищям i вiйськам приносить прицшьний вогонь, коли супротивник мае точну дислокацш позицii, вiйськовоi технiки, живо! сили, а також чггко означен габаритнi ознаки i примiтнiсть польово! фортифiкацii.
Особливо небезпечним е вогонь з прямою наводкою гармат та протитанкових управляемих ракет (ПТУР) по виразно окресленим видимим цшям.
Звщси окреслюеться головна задача - максимально ускладнити для розвщки виявлення i окреслення примiтностi засобiв оборони. Це, в свою чергу, забезпечить неочшуванють супротивником застосування вогнево1' збро1' на позицп. Наслщуючи вiдоме твердження «... Здивувати - значить перемогти ...», буде закладено надiйний фундамент перемоги.
Маскування - це виршальний зашб для введення в оману супротивника i головний чинник звитяжно! ходи.
Звертаеться особлива увага на виршення проблеми скритност бронетанково1' технiки вщ засобiв прямо1' i ехолокацii в зон бойових дiй. Розв'язання ще1' проблеми на передньому краю фронту дае можливють забезпечити таку дислокацш бойово1' технiки, коли породжуюча несподiванiсть виверження вогнево1' мiцi i ударно1' сили атакуючих дiй завдяки свош раптовостi надасть можливiсть ефективно використовувати для перемоги вогневу мщь, броню та ударну силу вогневих засобiв. Дана задача е актуальною при бойових конфлштах, особливо при асиметричних вшнах.
2. Об'ект досл1джень та його технолопчний аудит
Об'ектом дослгджень слугуе процес пружно1' взаемодii ультразвукового променя з цилшдричним модулем у виглядi двох колових оболонок однаково1' довжини спiввiсно з'еднаних сво!ми торцями. Герметичний промiжок мiж двох колових оболонок заповнений рщиною.
Опромiнювання ззовш ультразвуковим променем впливае на властивост модуля, зокрема, на виникнення локальних особливостей зовнiшньоi оболонки, а також на змшу енергетичного стану рщинно--статичного промiжку мiж оболонками.
Являе неабиякий прикладний iнтерес використання цих змш для задач ехолокацii в плаш штучного формування ситуацii «акустично! прозоростЬ).
Розрахункова модель явища, що вивчаеться, вiдноситься до технiчних засобiв маскування вогнево! бойово! технiки, а саме до маскування польово! фортифшацп вiдкритого типу у виглядi окопа для танка з обмеженим сектором обстршу. Необхщно провести оцiнку ступеня скритност та обмежено! примiтностi вогневих засобiв позицii лiнii оборони вщ повiтряноi розвiдки супротивника.
3. Мета та задачi дослiдження
За мету дослгдження обрано пошук шляхiв штучного маскування бронетанковоi технiки в умовах бойових дш локальних вiйськових конфлжпв вiд засобiв локацii повiтряноi розвщки.
Для досягнення поставлено1' мети необхщно виконати такi задачi:
1. Обчислити звукопроникшсть зовнiшньоi оболонки тунелю i виявити можливiсть прояву хвильового спiвпадання мiж акустичним променем i вiбрацiею поверхнi цилiндричного модуля.
2. Проанаизувати можливiсть виникнення в оболонцi хвильового ствпадання для колових звукових хвиль.
4. Аналiз лiтературних даних
Час неминуче окреслив певш прiоритети у створенш засобiв оборони та зовшшньо1' розвiдки. Поряд з балiстичними ракетами набувають ходи проекти крилатих ракет, суборбггальш та атмосфернi гiперзвуковi технологи, рiзного функцiонального призначення тощо [1]. Разом з тим, не втратили сво1'х позицш наземнi засоби оборони - бойовi машини (танки), зештки, зенiтно-мiнометнi засоби рiзного способу базування, самохщно1' артилерii, роботи-камiкадзе i таке iнше. Маючи досить протяжний сухопутний кордон, Украша традицiйно придiляе велику увагу розвитку та вдосконаленню бронетанкових вшськ, як одного з найбшьш ефективних засобiв оборони [2]. Тому, значення цього виду озброення для держави важко переощнити. Разом з тим, слщ зазначити, що з появою сучасних засобiв знищення, самотнш танк став в певному сенс уразливою мiшенню. Особливо цей аспект уявляеться за умов дальнього бою -завдовжки 3 км, коли бойова машина не мае змоги своечасно виявити протитанковi засоби супротивника, з одного боку, витрачае неприпустимо велику кшьюсть часу на збирання, обробку i трансляцш нав^ащйно1' шформацп в систему керування - з шшого. Ефективнiсть ураження супротивника суттево збiльшуеться сполученням двох операцiй - маневру вогнем i маневру рухом (вздовж фронту i вглиб). Перший полягае в зосередженш вогню декшькох машин на бойовiй цiлi, другий - в керуванш рухом бойових одиниць, або тдроздшв в цшому, на основi вичерпно1', повно1' шформацп про цшевказування танкам, якi виконують бойову задачу. Це мае на мет виявлення i класифiкацiю цш оператором-командиром, трансляцiю ще1' iнформацii на шдлеглу машину i, нарештi, пошук i виявлення бойово1' цiлi оператором-виконавцем. Рiвень небезпеки сучасних протитанкових засобiв
такий, що вони повинш бути нейтраизоваш не бiльш як за 10-20 секунд з моменту ix виявлення [3]. Таким чином, проблема абсолютного маскування бронетанкових засобiв уявляеться одшею з найбiльш важливих складових бойового забезпечення i вирiшення ii постае надзвичайно актуальним [4-7].
Поява i розвиток бронетеxнiки, здатно! захистити екшаж i пiдтримати вогнем дружнi тдроздши, призвело до створенню та вдосконаленню протитанкових засобiв i iншого подiбного озброення. Як наслiдок, за минулi десятилiття з'явилася маса нових засобiв захисту. Так, ранiше танкам було достатньо лише брош, яка захищала вiд куль i осколкiв, а сучасна вшськова теxнiка далеко не завжди може обiйтися тiльки броньовим корпусом i потребуе додаткових засобiв захисту.
Було створено простий мiмiкруючий камуфляж - еластичний полiмер, який повторюе здатностi шкiри кальмара i восьминога: мiняе свiй колiр i текстуру поверxнi. Камуфляж з такого еластомеру зможе сховати солдата або бронемашину в будь-якш обстановщ. Команда вчених з MIT та з Ушверситету Дюка розробила новий еластичний електроактивний полiмер з унiкальними властивостями [8]. Шд впливом електричного струму матерiал змiнюе свiй колiр i текстуру, тобто е iдеальним камфляжем, здатним приховати силует бiйця на рiзному фонi. Крiм камуфляжу, полiмер можна використовувати для захисту бойово! теxнiки вiд обростання i у вщеоекранах нового типу. На вщмшу вiд аналогiчниx камуфляжних теxнологiй, еластомерний камуфляж не використовуе дороп тендггш екрани i може проводитися масово з доступно! сировини та за допомогою стандартних виробничих процесiв. Нишшнш варiант полiмеру може вiдтворювати обмежений дiапазон кольорiв i текстур, але, за заявою розробникiв, кiлькiсть варiантiв розмальовки можна збiльшити. Принцип дп камуфляжу заснований на явищi деформацп полiмеру пiд впливом електричного струму. Це явище було виявлено ще в 2011 роцi [8]. Деформащя еластомеру активуе особливi меxанiчно чутливi молекули, впровадженi в полiмер. Вони змушують камуфляж свiтитися або змшювати свiй колiр. Поки еластомерний камуфляж мае один недолш: кожен тип еластомеру може вщтворювати лише один шаблон текстури i кольору. 1ншими словами, для створення повноцiнного камуфляжу-хамелеона необxiдно «зшивати» рiзнi типи еластомеру. В даний час учеш працюють над бiльш дешевим i простим ршенням цiеi проблеми [8].
Фаxiвцi промисловостi та вiйськовi зрозумiли, що одна ттьки броня навряд чи зможе забезпечити захист вiд усх загроз. Наслiдком цього стала поява нових додаткових систем. В останш десятилптя проводились численнi теоретичнi дослщження. В якостi останнix прикладiв можна навести деяк результати американсько! програми FCS (Future Combat Systems - «Бойов1 системи майбутнього»). Результатом одного з до^джень в рамках програми FCS стала концепцiя Survivability Onion («Виживання лука») або Onion Skin («цибулиння»). Ця концепцiя передбачае подш захисту бронемашини на шiсть умовних «шарiв»: Avoid Encounter («Уникнути зустрiчi»), Avoid Detection («Уникнути виявлення»), Avoid Acquisition («Уникнути супроводу»), Avoid Hit («Уникнути попадання»), Avoid Penetration («Уникнути пробиття») i Avoid Kill («Уникнути загибелЬ).
Кожен з них стосуеться рiзних моменпв атаки противника i пов'язаний з використанням певних систем, призначених для запоб^ання тих чи iнших ворожих дiй. Концепц1я «Цибульного лушпиння» передбачае уникнення зустрiчi з противником, запобгання виявлення ним свое!' технiки i, якщо знадобиться, зрив його атаки, як до стрщьби, так i в момент потрапляння ворожого боеприпасу. Нарешп, передбачаються заходи, спрямованi на шдвищення живучостi бронетехнiки навiть у разi поразки. Запропонований подщ захисту на шють рiвнiв шарiв представляе великий штерес, оскiльки розглядае рiзнi процеси, з якими доводиться стикатися бронетехшщ, а також може пропонувати вирiшення поставлених завдань [9-11].
5. Матерiали та методи досл1дження
Для дослщження були використанi данi наукових праць [12-17].
При дослщженш були використаш наступнi науковi методи: методи побудови огороджувальних конструкцiй, методи променево!' акустики та методи гiдроакустики.
Конструкщя, що вивчаеться, належить до галузi озброення, зокрема до технiчних засобiв маскування вогнево!' бойово!' технiки, а саме до маскування польово!' фортифшацп вiдкритого типу у виглядi окотв для танкiв з обмеженим сектором обстршу. Дана конструкцiя може бути використана для вiдтворення скритностi, що вимагаеться, та обмежено!' примiтностi вогневих засобiв позицп лiнiï оборони вщ повiтряноï розвiдки супротивника.
Конструкцiя окопу, що вивчаеться, для танка з обмеженим сектором обстршу мютить котлован, аппарель (вщ фр. appareil) та бруствер [15] (рис. 1). Котлован охоплюеться цилшдричним тунелем з окремих, жорстко з'еднаних мiж собою торцями, однакових цилшдричних модулiв у виглядi двох оболонок спiввiсно з'еднаних на своïх торцях плоскими кiльцями, а герметичний промiжок мiж оболонками заповнений рщиною. Нижня частина поверхнi тунелю занурюеться у грунт пiд котлованом. Верхня частина поверхш тунелю захищаеться бруствером i опромiнюеться ультразвуковим променем задано!' частота. Надаш, штучно створювати в звукопровщнш поверхн1 зовнппньо1 оболонки колов1 хвшп на частотах, нижчих за граничну / [16].
Якщо сформувати хвильовий розмiр зовнiшньоï оболонки набагато бшьшим за одиницю, тобто виконати нерiвнiсть:
де k = — - хвильове число; R - рад1ус зовшшньо1 оболонки; с - швидкють
с
звуку в рiдинi; с - кутова частота ультразвукового випромшювання, тодi елемент оболонки можна вважати за плоский, який буде випромшювати у рЩИНу ЗВуКОВу ХВИЛЮ ГИД КуТОМ а ДО ШВИДКОСТ1 V К0Л0В01 хвипи зовшшньо1
с
оболонки - sina = [4]. Застосовуючи методи променево!' акустики, можна
виявити причину формування поверхш каустики в рщиш внаслiдок наявно'1 аберацЙ (вщ лат. aberratio) звукових хвиль, що випромiнюються зовнiшньою оболонкою у рщину [17]. Таке явище призведе до концентрацЙ звуково'1 енергй в рщиш i утворить поверхню каустики цилшдрично*1 форми, конфокально'1 до внутрiшньоí поверхш зовшшньо'1 оболонки. Це штучно створюе в рiдинi поверхнi пщвищено*1 енергетики. Залишаеться напрям променя ультразвукового випромшювання спрямувати до поверхнi зовшшньо*1 оболонки пщ кутом спiвпадання, i сформувати резонансну ситуацiю, коли настане просторовий (геометричний резонанс, або хвильове сшвпадання) резонанс. Ультразвуковий промшь буде проходити ^зь оболонку без дисипацЙ енергй' звукових хвиль [16] i надходити в рiдину практично без втрат енергй*. Таким чином, зовшшня оболонка стане «акустично прозорою».
а б
в
г
Рис. 1. Окоп для танка з обмеженим сектором обстршу: а - у поздовжньому перерiзi, пщ маскувальним тунелем; б - у поздовжньому перерiзi, з маскувальним тунелем; в - поперечний перерiз, у маскувальному тунелц г - герметичний, заповнений рщиною промiжок мiж зовнiшньою i внутршньою оболонками тунелю, збiльшено
На рис. 1: 1 - котлован; 2 - бруствер; 3 - аппарель; 4 - цилшдричний тунель; 5 - модуль цилшдричного тунеля; 6 - жорстко з'еднаш мiж собою торш модуля; 7 - двi однаково! довжини оболонки, кожний радiусiв R та R1; 8 -герметичний промiжок мiж оболонками; 9 - рщина; 10 - нижня частина поверхш тунелю; 11 - грунт; 12 - верхня частина поверхш тунелю; 13 -
ультразвуковий промшь; к - хвильовий вектор задано!' частота.
Джерелом акустичного випромшювання випробувального стенду слугуе ультразвукова промислова установка класу УЗП-6-1 (Украша) потужшстю 300 Вт i частотою випромшювання 42 кГц.
Для зручност сприйняття явища, що вивчаеться, оболонки обраш iз скла (рис. 2) (швидюсть звуку (с0=1497 мс-1), а рщиною в мiжоболонковому просторi являеться звичайна питна вода (У=5370 мс-1).
Рис. 2. Зовшшнш вигляд Випробувального стенду без впливу ультразвуку
Радiус зовшшньо! оболонки дорiвнюе R=22,5 мм, а ращус внутрiшньоi оболонки дорiвнюе R1=18,5 мм. Хвильовий розмiр становить:
кК = — = 35,41-103, (1)
спЯ
де сп =331 м/с - швидкють звуку в повпрг Таким чином, виконуеться вимога для величини хвильового розмiру зовшшньо! оболонки.
6. Результати досл1дження
Отже, внутршня поверхня зовнiшньоi оболонки буде випромшювати в рiдину шд кутом а звуковi хвилi. Аберащя звукових хвиль, яка спостерiгаеться в рщиш здiйснюеться пiд кутом [17]:
sina = — = 0,278,
тобто а = 16 1(У.
Таким чином, радiус поверхш каустики у формi цилшдрично! поверхнi стввюно1 з внутрiшньою поверхнею зовнiшньоi оболонки буде дорiвнювати:
г = ЯсоБа = 21,53 {мм).. (2)
Штучно сформована поверхня каустики являе собою просторовий розподш зони пiдвищеноi енергетики рщини, значноi турбулентностi. Ця зона стане на перешкодi промiнням засобiв ехолокацii i на екранi сенсорiв буде зображення у виглядi розмшш плями (рис. 3). Пiдвищенням потужност ультразвукового випромiнювання можна регулювати стутнь зникнення чiтких контурiв об'екта, що знаходиться в серединi внутрiшньоi оболонки (рис. 3).
Рис. 3. Штучне формування скритност та обмежено1' примггност об'екта у
серединi внутрiшньоi оболонки
Цей ефект можна тдсилити також, змшюючи властивостi рiдини у мiжоболонковому просторi, шляхом корекцii структури рщини, таким чином, щоб звести до максимального значення поглинання (або вщбиття) промешв ехолокацii.
7. SWOT-аналiз результат дослiджень
Strengths. Потужнiсть зони каустики значно зросте, якщо штучне опромшювання установкою УЗП-6-1 (Украша) проводити тд кутом 6 град 30 хв, тобто тд кутом хвильового ствпадання падаючих хвиль i колово! хвилi зовнiшньоi оболонки [16]. За цих умов поверхня зовшшньо! оболонки стае «акустично прозорою» i опромiнювання здшснюеться без дисипацii енергii.
Завдяки цьому створюються переваги скритностi та обмежено1' примiтностi бойово1 технiки.
Weaknesses. Недолш дослiдження полягае у складност монтажу складових модулiв маскувального тунелю.
Opportunities. Перспективою подальшого дослiдження е анашз оптимального комплектування твердотiльних оболонок з рщинно-фазним промiжком мiж ними.
Threats. Вiдомi технiчнi засоби виробниюв зводяться до певного ступеня маскування на мюцевост за допомогою рiзних засобiв i технiчних рiшень, як в основному вирiшують питання оптично! обмеженостi класифiкацiï i визначення бронетанково!' технiки. У вiдкритих засобах тформацп не висвiтлюеться аналог запропонованого техтчного рiшення проблем маскування вогневих засобiв польово! фортифiкацiï вiдкритого типу.
8. Висновки
1. Виконано чисельний аналiз звукопроникностi оболонки для лабораторного до^дження макету. Виявленi умови прояву «акустично! прозоростЬ) зовнiшньоï оболонки, якi дали задовшьне спiвпадання з умовами лабораторних дослщжень макету.
2. Доведена можливють штучного створення в двооболонковiй системi резонансного явища у виглядi хвильового сшвпадання та виникнення аберацп випромшюемих зовнiшнiх оболонок в рiдину звукових хвиль. Аберащя породжуе формування зони шдвищеного енерегетичного стану рiдини - зони каустики.
Зона каустики, яка формуеться штучно ультразвуком, стане на завадi засобам ехолокацп i зробить невидимою для розвщки бойову техшку фортифшацшних споруд вiдкритого типу.
У ходi дослiдження виявлено, що потужшсть зони каустики зросте, якщо штучне опромiнювання установкою УЗП-6-1 (Украïна) проводити тд кутом 6 град 30 хв, тобто тд кутом хвильового ствпадання падаючих хвиль i колово1' хвилi зовнiшньоï оболонки [16]. За цих умов поверхня зовтшньо1' оболонки стае «акустично прозорою» i опромшювання здiйснюеться без дисипацп енергiï.
Лггература
1. Karachun, V The Additional Error of Inertial Sensors Induced by Hypersonic Flight Conditions [Text] / V Karachun, V Mel'nick, I. Korobiichuk, M. Nowicki, R. Szewczyk, S. Kobzar // Sensors. - 2016. - Vol. 16, №№ 3. - P. 299. doi:10.3390/s16030299
2. Bondariev, I. H. Evoliutsiia vitchyznianykh system aktyvnoho zakhystu bronetankovoi tekhniky. Napriamy udoskonalennia y rozvytku [Text] / I. H. Bondariev, M. V. Kolomiiets // Perspektyvy rozvytku ozbroiennia ta viiskovoi tekhniky Sukhoputnykh viisk. Zbirnyk tez dopovidei Mizhnarodnoi naukovo-tekhnichnoi konferentsii (Lviv, 18-20 travnia 2016 r.). - Lviv: NASV, 2016. - P. 16.
3. Kazan, P. I. Osnovni napriamy udoskonalennia systemy otsiniuvannia operatyvnykh (boiovykh) spromozhnostei viiskovykh chastyn (pidrozdiliv)
Sukhoputnykh viisk zbroinykh syl Ukrainy [Text] / P. I. Kazan, M. H. Ivanytskyi // Perspektyvy rozvytku ozbroiennia ta viiskovoi tekhniky Sukhoputnykh viisk. Zbirnyk tez dopovidei Mizhnarodnoi naukovo-tekhnichnoi konferentsii (Lviv, 18-20 travnia 2016 r.). - Lviv: NASV, 2016. - P. 37-38.
4. Mel'nick, V. N. Acoustic impedance of inercial navigator and mistakes outside target-determination manoeuvre on march [Text] / V. N. Mel'nick, V. V. Karachun, G. V. Boiko // Aviatsionno-kosmicheskaia tehnika i tehnologiia. -2013. - № 5. - P. 50-60.
5. Mel'nick, V. Volnovye zadachi v akusticheskih sredah [Text]: Monograph / V. Mel'nick, N. Ladogubets; National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute», National Aviation University. - Kyiv: Korneichuk, 2016. - 432 p.
6. Karachun, V. V. Zadachi suprovodu ta maskuvannia rukhomykh obiektiv [Text]: Monograph / V. V. Karachun, V. N. Mel'nick; National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute». - Kyiv: Korniichuk, 2011. - 264 p.
7. Mel'nick, V. Additional errors of autonomous azimuthal positioning of fighting machines [Text] / V. Mel'nick, V. Karachun // Eastern-European Journal Of Enterprise Technologies. - 2012. - № 2/7 (56). - P. 4-7. - Available at: \www/URL: http: //j ournal s. uran.ua/eej et/article/view/3749
8. Uchenye sozdali prostoi mimikriruiushchii kamufliazh [Electronic resource] // ZOOM.CNews. - 17.09.2014. - Available at: \www/URL: http://zoom.cnews.ru/rnd/article/ item/uchenye_sozdali_prostoj_mimikriruyushchij. - 19.01.2016.
9. Brone Sait [Electronic resource]. - 1999. - Available at: \www/URL: http://armor.kiev.ua/. - 19.01.2016.
10. GlobalSecurity.org [Electronic resource]. - 2000. - Available at: Ywww/URL: http://globalsecurity.org/. - 19.01.2016.
11. Defense-Update [Electronic resource]. - 2002. - Available at: Ywww/URL: http://defense-update.com/. - 19.01.2016.
12. Gitin, A. V. Legendre transformation: Connection between transverse aberration of an optical system and its caustic [Text] / A. V Gitin // Optics Communications. - 2008. - Vol. 281, № 11. - P. 3062-3066. doi:10.1016/j.optcom.2008.02.003
13. Rose, H. Outline of an ultracorrector compensating for all primary chromatic and geometrical aberrations of charged-particle lenses [Text] / H. Rose // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. - 2004. - Vol. 519, № 1-2. -P. 12-27. doi:10.1016/j.nima.2003.11.115
14. Kimoto, K. Practical procedure for coma-free alignment using caustic figure [Text] / K. Kimoto, K. Ishizuka, N. Tanaka, Y. Matsui // Ultramicroscopy. - 2003. -Vol. 96, № 2. - P. 219-227. doi:10.1016/s0304-3991(03)00020-2
15. Ermolaev, A. A. Voiskovye fortifikatsionnye sooruzheniia [Text]: Practical Guide / A. A. Ermolaev. - Moscow: Voennoe izdatel'stvo, 1984. - 375 p.
16. Zaborov, V I. Teoriia zvukoizoliatsii ograzhdaiushchih konstruktsii [Text]: Monograph / V I. Zaborov. - Moscow: Izdatel'stvo literatury po stroitel'stvu, 1969. - 187 p.
17. Shenderov, E. L. Volnovye zadachi gidroakustiki [Text]: Monograph / E. L. Shenderov. - Leningrad: Sudostroenie, 1972. - 352 p.
