Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ bay và cấp độ bảo vệ tên lửa đối hải đến khả năng sống sót khi bị các tổ hợp pháo phòng không tự động chế áp

Tên lửa & Thiết bị bay N.H. Hoàn, L.K. Biên, P.M. Hợi, “Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ tự động chế áp.” 112 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ BAY VÀ CẤP ĐỘ BẢO VỆ TÊN LỬA ĐỐI HẢI ĐẾN KHẢ NĂNG SỐNG SÓT KHI BỊ CÁC TỔ HỢP PHÁO PHÒNG KHÔNG TỰ ĐỘNG CHẾ ÁP Nguyễn Hanh Hoàn1*, Lê Kỳ Biên2, Phạm Minh Hợi3 Tóm tắt: Tổ hợp pháo phòng không tự động (PPKTĐ) trên tàu là lớp hỏa lực cuối cùng tự bảo vệ tàu chống lại tên lửa đối hải (TLĐH) trên các tàu chiến. Nhằm nâng hiệu cao quả chiến đấu, TLĐH cần phải vượt qua hỏa lực của PPKTĐ. Bài báo trình bày vấn đề khảo sát ảnh hưởng của tốc độ bay và cấp độ bảo vệ TLĐH đến khả năng sống sót của TLĐH khi bị các tổ hợp PPKTĐ chế áp. Từ khóa: Tổ hợp pháo phòng không tự động, Tên lửa đối hải. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, các tổ hợp pháo phòng không tự động trên tàu là lớp hỏa lực cuối cùng và rất hiệu quả trong việc tự bảo vệ tàu chống lại tên lửa đối hải [1],[3]. Nhằm nâng cao hiệu quả chiến đấu cho TLĐH, các nhà thiết kế đã đưa ra các biện pháp như: tăng tốc độ bay, hạ độ cao bay, tăng độ bền thân vỏ, thực hiện các cơ động phức tạp...[3],[4],[6]. Tuy nhiên, chưa có các nghiên cứu cụ thể về vấn đề này được công bố rộng rãi. Bài báo trình bày một số kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ bay, cấp độ bảo vệ TLĐH đến khả năng sống sót khi bị các tổ hợp PPKTĐ chế áp. 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHẢO SÁT 2.1. Cơ sở lý thuyết Bài toán bắn liên đạn của PPKTĐ vào TLĐH thường được giải bằng toán giải tích [2],[4],[5]. Tuy nhiên, khi dùng toán giải tích cần đưa vào hàng loạt các giả thiết điều kiện. Các giả thiết này làm giảm tính chân thực để khi mô tả mối tương quan không gian – thời gian giữa TLĐH và tổ hợp PPKTĐ. Hiện nay [4], phương pháp mô hình hóa mô phỏng trên cơ sở xác suất thống kê cho phép tính tới hầu hết các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bắn PPKTĐ mà không cần sử dụng các giả thiết và điều kiện riêng. 2.2. Xây dựng mô hình toán học Xét mối tương quan giữa TLĐH và tổ hợp PPKTĐ là trực diện. Sơ đồ véctơ giải bài toán bắn PPKTĐ vào TLĐH được trình bày trên hình 1. Trong đó: 0V  -Véctơ vận tốc ban đầu của đạn pháo; 0 0V  - Véctơ đơn vị theo hướng vận tốc ban đầu của đạn pháo 0V  ; TV  -Véctơ vận tốc ban đầu của tàu; 01V  -Véctơ vận tốc ban đầu của đạn có tính đến chuyển động của tàu;  -Véctơ cự ly nghiêng; b  - Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 10 - 2015 113 Véctơ tản mát của đạn do gió, sai số bắn; dL  -Véctơ quãng đường chuyển động của đạn;V  -Véctơ vận tốc chuyển động của đạn pháo; dL  -Véctơ quãng đường chuyển động của đạn;V  -Véctơ vận tốc chuyển động của đạn pháo; TLDHL  -Véctơ quãng đường dịch chuyển của tên lửa đối hải; D  -Véctơ cự ly ngắm từ tổ hợp PPKTĐ đến TLĐH tại thời điểm bắn; yD  -Véctơ cự ly bay tính toán của đạn pháo đến điểm gặp TLĐH;   - Véctơ độ trượt. Hình 1. Sơ đồ véctơ giải bài toán bắn TLĐH từ tổ hợp PPKTĐ. Trong bài báo, nghiên cứu trường hợp tác chiến một tổ hợp PPKTĐ bắn một TLĐH Lưu đồ thuật toán đánh giá hiệu quả chiến đấu của tổ hợp PPKTĐ khi tác chiến chống TLĐH được trình bày trên hình 2. Điều kiện đạn pháo bắn trúng TLĐH: 0    ( 0  ) (1) Khi đó: d L Dy   (2) Hay d TLDHLL D     , trong đó: dL b     ; 0 01.V   ; 0 01 01 01 V V V    ; 0 01 0 0. TV V V V    (3) 0 01V  -Véctơ đơn vị theo vận tốc ban đầu của đạn có tính đến chuyển động của tàu; Véctớ TLDHL  được tính bằng tích phân các tham số chuyển động của TLĐH trong thời gian đạn pháo bay khỏi nòng đến điểm gặp tính toán y T . Như vậy, TLDHL  là hàm của biến thời gian yT và véctơ tham số chuyển động của TLĐH TLDHC  : ( , )TLDH TLDH TLDHyL L T C   *) Trường hợp TLĐH chuyển động thẳng đều: ( ).TLDH TLDH yL tV T  Khi đó ( )TLDHTLDH tVC    *) Nếu TLĐH chuyển động với gia tốc TLDHa  không đổi: Tên lửa & Thiết bị bay N.H. Hoàn, L.K. Biên, P.M. Hợi, “Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ tự động chế áp.” 114 21( ). 2 TLDH TLDH yTLDH yL t aV T T    Khi đó: ( ( ), )TLDHTLDHTLDH t aVC C     *) Ta có: tb y V T   , tb V - Vận tốc trung bình của đạn pháo. Khi xây dựng thuật toán, các mối quan hệ đầu vào cần cho trước: 01( , , )TLDHtbtb V V CV   , 01( , , )TLDHyb b V T C   Hình 2. Lưu đồ thuật toán đánh giá hiệu quả chiến đấu của các tổ họp PPKTĐ. Thực hiện biến đổi toán học, phương trình (1) có dạng: 0 01 0 0 ( ) 0 V V P D V        (4) Trong đó: 01 0 0 .( ) . TLDHT b LV V P V V        Trong mô hình, từng viên đạn và TLĐH chuyển động liên tục theo bước thời gian thực Δt, tại thời điểm dự kiến gặp tính toán độ trượt Δ giữa đạn và TLĐH Nhập dữ liệu ban Vòng tính toán theo số lần thử nghiệm Ntn = Ntn+1 Vòng tính toán theo số viên đạn i =i+1 Tọa độ TLĐH trong mặt phẳng sát thương Q Tọa độ viên đạn thứ i trong mặt phẳng sát thương Q Xác định độ trượt của viên đạn thứ i và TLĐH TLĐH bị tiêu diệt Tính số trường hợp TLĐH bị tiêu diệt S=S+1 Tính xác suất tiêu diệt TLĐH: P = S/ Ntn Bắt đầu Kết thúc đúng sai Toạ độ điểm ngắm bắn dự kiến Số viên đạn trúng TLĐH w=w+1 Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 10 - 2015 115 trong mặt phẳng Q (mặt phẳng đi qua điểm ngắm bắn vuông góc với hướng ngắm). Nếu độ trượt Δ nhỏ hơn đường kính đặc trưng của TLĐH thì coi như đạn trúng TLĐH, khi đó số trường hợp TLĐH bị tiêu diệt tăng lên một đơn vị. Về mặt lý thuyết [3], độ vững bền W của TLĐH là khả năng bảo vệ khi bị trúng đạn, ở đây w được coi là số viên đạn cần thiết trúng tên lửa làm tên lửa bị tiêu diệt. Tiến hành thử nghiệm trên máy tính bằng phương pháp mô phỏng thực nghiệm Monte – Carlo: Thực hiện Ntn lần bắn liên đạn n viên vào TLĐH trong cùng một điều kiện bắn. Xác suất TLĐH bị tiêu diệt được tính bằng công thức: P = S/ Ntn. Các thông số đầu vào của mô hình bao gồm: -Thông số về TLĐH: Vận tốc bay hành trình VTLĐH, đường kính đặc trưng của TLĐH, cự ly thẳng TLĐH–PPKTĐ tại thời điểm khai hỏa, cấp vững bền. -Thông số về pháo: Tốc độ bắn, cỡ đạn, khối lượng đạn, độ dài loạt bắn, sai số hệ thống, tản mát đạn, độ chính xác cơ cấu xoay nòng, độ rộng kênh quản lý mục tiêu tự động bắn, độ chính xác xử lý vectơ vận tốc mục tiêu (bảng 1). 3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT VÀ NHẬN XÉT Từ các kết quả nghiên cứu khảo sát sử dụng phương pháp mô phỏng thực nghiệm Monte - carlo (trong tầm bắn của pháo phòng không đến 7km) với các thông số: - Quỹ đạo chuyển động của tên lửa trùng với đường dự kiến về mục tiêu của tổ hợp PPKTĐ. -Tên lửa đối hải với loại đường kính đặc trưng Dtl là 0,2m, 0,35m, 0,4 m và 0,7 m, tốc độ bay hành trình từ 100 m/s đến 1000 m/s với độ vững bền 1,2. -Tổ hợp PPKTĐ khảo sát là tổ hợp Golkiper và Vunkal – Phalanx. Bảng 1. Thông số chiến kỹ thuật tổ hợp PPKTĐ [4]. STT Đặc tính kỹ thuật Golkiper Vunkal– Phalanx 1 Cỡ đạn, mm 30 20 2 Tốc độ bắn, viên/phút 4200 4500 3 Vận tốc ban đầu, m/s 1200 1100 4 Khối lượng đạn, kg 0,36 0,12 5 Hệ số xạ thuật 1,0 1,0 6 Độ dài loạt bắn tiêu chuẩn, viên 100 100 7 Tản mát của đạn, phần nghìn của cự ly 3 2,5 8 Độ rộng kênh quản lý mục tiêu của hệ thống tự động bắn, m 100 100 9 Độ chính xác của cơ cấu bệ xoay nòng, phần nghìn của cự ly 2,0 2,5 10 Độ chính xác của khâu xử lý vecto vận tốc mục tiêu, % 2,0 2,5 Tên lửa & Thiết bị bay N.H. Hoàn, L.K. Biên, P.M. Hợi, “Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ tự động chế áp.” 116 11 Độ chính xác xử lý vecto vận tốc mục tiêu theo các tọa độ góc, phần nghìn của cự ly 3,5 4,0 12 Tần số xử lý vecto vận tốc mục tiêu, Hz 25 25 13 Sai số hệ thống, phần nghìn của cự ly 0,5 0,75 14 Cự ly gặp mục tiêu của viên đạn cuối cùng trong liên bắn,m 100 100-200 Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của xác suất TLĐH bị tiêu diệt bởi tổ hợp PPKTĐ vào tốc độ bay được trình bày trên hình 3, tổ hợp PPKTĐ trong trường hợp này là tổ hợp Golkiper. Trên các hình 4,5,6 trình bày sự phụ thuộc của xác suất TLĐH bị tiêu diệt khi tên lửa cơ động theo đúng quỹ đạo dự kiến của PPKTĐ vào vận tốc bay và đường kính đặc trưng của tên lửa và độ vững bền của tên lửa. 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 200 400 600 800 1000 Vận tốc TLĐH, m/s X á c s u ấ t b ị ti ê u d iệ t Dtl=0,7m Dtl=0,4m Dtl=0,35m Dtl=0,2m 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Vận tốc TLĐH,m/s X á c s u ấ t b ị ti ê u d iệ t Golkiper,Dtl=0,7m,w=1 Golkiper,Dtl=0,7m,w=2 Golkiper,Dtl=0,2m,w=1 Phalanx,Dtl=0,7m,w=1 Phalanx,Dtl=0,7m,w=2 Phalanx,Dtl=0,2m,w=1 Hình 3. Sự phụ thuộc của xác suất TLĐH bị tiêu diệt vào vận tốc bay và đường kính đặc trưng của tên lửa. Hình 4. Sự phụ thuộc của xác suất TLĐH bị tiêu diệt khi tên lửa cơ động theo đúng quỹ đạo dự kiến của PPKTĐ vào vận tốc bay và đường kính đặc trưng của tên lửa và độ vững bền W. Đánh giá kết quả khảo sát: - Đường kính đặc trưng của TLĐH càng nhỏ thì xác suất bị tiêu diệt càng thấp, tức là xác suất sống sót càng cao (phù hợp với thực tế, mục tiêu càng nhỏ thì tổ hợp PPKTĐ bắn trúng càng thấp). - Khi vận tốc tăng từ 100 m/s đến 300 m/s thì xác suất TLĐH bị tiêu diệt giảm từ 0,25 đến 0,15 cho mỗi 100 m/s. - Riêng với các TLĐH có đường kính đặc trưng 0,4 m, nếu vận tốc tăng 100 m/s thì xác suất bị tiêu diệt giảm 0,04 ÷ 0,1. Loại tên lửa này khi tăng vận tốc bay thì khả năng sống sót càng cao. - Đối với tên lửa có đường kính đặc trưng 0,7 m thì ảnh hưởng của vận tốc bay đến khả năng sống sót là không nhiều. Thậm trí nếu bay đến 1000 m/s thì xác suất vẫn ở mức 0,75. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 10 - 2015 117 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 200 400 600 800 1000 Vận tốc TLĐH,m/s X á c s u ấ t b ị ti ê u d iệ t Golkiper,Dtl=0,7m Phalanx,Dtl=0,7m Golkiper,Dtl=0,2m Phalanx,Dtl=0,2m 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 200 400 600 800 1000 Vận tốc TLĐH,m/s X á c s u ấ t b ị ti ê u d iệ t Golkiper,Dtl=0,7m,w=2 Phalanx,Dtl=0,7m,w=2 Hình 5. Sự phụ thuộc của xác suất TLĐH với w=1 bị tiêu diệt khi tên lửa cơ động theo đúng quỹ đạo dự kiến của PPKTĐ vào vận tốc bay và đường kính đặc trưng của tên lửa xét với 2 tổ hợp Golkiper và Vunkal-Phalanx. Hình 6. Sự phụ thuộc của xác suất TLĐH với w=2 bị tiêu diệt khi tên lửa cơ động theo đúng quỹ đạo dự kiến của PPKTĐ vào vận tốc bay của tên lửa xét với 2 tổ hợp Golkiper và Vunkal-Phalanx. - Đối với các TLĐH có đường kính đặc trưng 0,7m , tốc độ bay 270 m/s và 800 m/s khi tăng cấp độ vững bền W, làm giảm khả năng bị tiêu diệt, tức là tăng khả năng sống sót. - Đối với các TLĐH có đường kính đặc trưng nhỏ (0,2m) thì cấp độ vững bền của thân tên lửa chỉ có ảnh hưởng rất nhỏ đến khả năng sống sót khi tác chiến với các tổ hợp PPKTĐ trên tàu. - Các TLĐH có đường kính đặc trưng loại trung bình (0,4 m), khi tăng cấp độ bảo vệ W lên 1 đơn vị, thì xác suất TLĐH bị tiêu diệt giảm khoảng 2 lần. Với loại 0,7m, bay gần vận tốc âm thanh thì xác suất bị tiêu diệt bởi tổ hợp PPKTĐ Vunkal - Phalanx là 0,8 còn tổ hợp PPKTĐ Golkiper là 0,97. Khi tăng vận tốc và giảm kích thước tên lửa thì xác xuất bị sống sót tăng 1,5 đến 2 lần. - Khi TLĐH bay thẳng, thì hiệu quả bắn trúng vào TLĐH của tổ hợp PPKTĐ Golkiper cao hơn tổ hợp PPKTĐ Vunkal – Phalanx khoảng 2 đến 4 lần. 4. KẾT LUẬN Bài báo đã xây dựng mô hình toán học đánh giá hiệu quả chiến đấu của các tổ hợp PPKTĐ khi tác chiến chống lại TLĐH trên cơ sở phương pháp mô phỏng thực nghiệm Monte-carlo. Bài báo đã so sánh được hiệu quả bắn trúng của hai tổ hợp PPKTĐ Golkiper và Vunkal – Phalanx vào một số dạng TLĐH điển hình. Tên lửa & Thiết bị bay N.H. Hoàn, L.K. Biên, P.M. Hợi, “Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ tự động chế áp.” 118 Trên cơ sở mô hình toán học này, đánh giá được ảnh hưởng của tốc độ bay, cấp độ bảo vệ, đường kính đặc trưng thân TLĐH đến khả năng sống sót trong tác chiến khi bị các tổ hợp PPKTĐ chế áp. Kết quả của bài báo có thể làm cơ sở thiết kế mới các TLĐH với mục tiêu nâng cao hiệu quả chiến đấu. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Hanh Hoàn, Lê Kỳ Biên, “Khảo sát hiệu quả của các dạng cơ động tên lửa đối hải để vượt hỏa lực pháo phòng không tự động trên tàu”, Tạp chí NCKH và CNQS số 37, 6 – 2015 [2]. Венцель Е.С, “ Исследование операций”, М.“Советское радио”, 1972 г, 552 стр. [3]. Гусейнов А.Б, “Эффективность крылатых ракет”, М. МАИ-ПРИНТ, 2011 г, 128 стр. [4].Оркин Б.Д, Оркин С.Д,“Имитационное моделирование боевого функционирования палубных истребителей, зенитных ракетных и артиллерийских комплексов корабельных групп при решении задач ПВО”, М. МАИ-ПРИНТ, 2009 г, 700 стр. [5].Петухов С.И и др,“Эффективность ракетных средств ПВО”, М.Воени- здат , 1976 г, 104 стр. [6].Родионов Б.И, Новичков Н.Н, “Крылатые ракеты в морском бою”, М.Воениздат, 1987 г, 215 стр. ABSTRACT SURVEY OF FLIGHT SPEED’S INFLUENCE AND PROTECTION LEVEL OF ANTI – SHIP MISSILES WHEN THE ANTI – AIRCRAFT PRESSURE The anti-aircraft artillery systems on the ship are the final fire power that self - defense against anti-ship missiles on the fighting ship. To develop effect of fighting, anti-ship missiles need to pass fire power, this article present a survey of flight speed influence and protection level of anti-ship missiles to survival capacity when the anti-aircraft artillery systems pressure. Keywords: The anti-aircraft artillery system, Anti-ship missiles. Nhận bài ngày 21 tháng 07 năm 2015 Hoàn thiện ngày 10 tháng 08 năm 2015 Chấp nhận đăng ngày 07 tháng 09 năm 2015 Địa chỉ: 1Viện Tên lửa - Viện Khoa học và công nghệ quân sự; * Email: hanhhoan@yahoo.com; 2Viện Điện tử - Viện Khoa học và công nghệ quân sự; 3Học viện Phòng không - Không quân.