CC BY
101
ВОЕННО-СПЕЦИАЛЬНЫЕ НА УКИ
УДК 623.4
ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ПРОТИВОТОРПЕДНОГО СНАРЯДА
А. Л. Шишкин
Рассматривается перспективное средство обеспечения противоторпедной защиты надводного корабля - противоторпедный снаряд. Приведены схема применения противоторпедного снаряда, а также его компоновка, выработанные на основе анализа существующих средств активной противоторпедной защиты. Представлена методика обоснования требований к ТТХ противоторпедного снаряда в обобщенном виде.
Ключевые слова: торпеда, противоторпедная защита, имитационная
модель.
В настоящее время для военно-морских сил ведущих держав ведутся разработки активных средств противоторпедной защиты (ПТЗ), то есть средств уничтожения атакующих противокорабельных торпед (ПТ). Это связано с тем, что средства гидроакустического противодействия (ГПД), которые на сегодняшний день являются основой ПТЗ, теряют свою эффективность из-за новых способов наведения торпед, совершенствования алгоритмов управления и обработки данных [1].
На сегодняшний день существуют несколько типов активных средств противоторпедной защиты надводного корабля (НК). В существующих комплексах ПТЗ используются глубинные бомбы, зависающие снаряды и антиторпеды.
Для обеспечения противоторпедной защиты предлагается использовать противоторпедный снаряд (ПТС). Противоторпедный снаряд - это управляемое средство поражения торпед, способное двигаться в воде с помощью собственной двигательной установки, рассчитанной на очень малую дальность хода (несколько сотен метров). ПТС совмещает в себе преимущества антиторпеды и зависающего снаряда.
251
Как и зависающие снаряды, ПТС должен доставляться на линию ПТ - НК с помощью реактивной системы залпового огня (РСЗО). На рис. 1 схематично представлен процесс доставки ПТС. Стоит отметить, что для мягкого приводнения ПТС может быть использована парашютная система. В приповерхностном слое воды ПТС удерживается с помощью газонапол-няемой ёмкости и направлен вертикально вниз.
Рис. 1. Доставка ПТС на линию НК - ПТ
Проведенный анализ возможных схем применения ПТС показал, что в составе ПТС должны быть следующие основные элементы: лазерная система наведения (неконтактный взрыватель), взрывчатое вещество, система управления и бортовая автономная навигационная система, запас энергоресурса, двигатель, движитель и рули, акустическая система наведения. На рис. 2 представлена примерная компоновка ПТС.
Рис. 2. Схема компоновки ПТС
252
На рис. 3 представлена схема применения одиночного ПТС. Сразу после приводнения ПТС переходит в режим ожидания: работает только акустическая система наведения в режиме эхопеленгования.
С обнаружением торпеды акустическая система ПТС производит несколько дополнительных измерений её координат, система управления рассчитывает упрежденную точку встречи и выдает сигнал ПТС на старт. При этом акустическая антенна остается вместе с газонаполняемой ёмкостью. Существует возможность обеспечения связи между антенной и ПТС с помощью устройства коррекции траектории (УКТ).
Противоторпедный снаряд движется в упрежденную точку, где и поражает торпеду. На конечном участке траектория ПТС корректируется с помощью лазерной системы, которая одновременно может являться неконтактным взрывателем.
II
I
Рис. 3. Схема применения ПТС
Для обеспечения надежной ПТЗ предполагается использовать несколько ПТС, которые после постановки в одну линию образуют противоторпедный барьер. На рис. 4 представлена схема постановки барьера.
Эффективность применения комплекса ПТЗ зависит от технических характеристик важнейших узлов комплекса и смежных систем: гидроакустического комплекса корабля, который обнаруживает и выдает целеуказание на торпеду, РСЗО, отдельных тактических характеристик самого ПТС.
Для решения задачи обоснований требований к тактико-техническим характеристикам (ТТХ) ПТС была разработана имитационная модель функционирования ПТС [2], а также методики обоснования ТТХ ПТС. На рис. 5 представлена структура модели функционирования ПТС в составе модели функционирования РСЗО.
Рис. 4. Постановка барьера
Целеуказание от ГАК ' ' ^ РС 30
Блок выработки исходных данных для постановки ПТС
Координаты мест постановки
ПТС
Модель процесса постановки ПТС с помощью РСЗО
О £
о щ.
Н и? £
о з
>> г*
и э
са Е о
х 8
Е- К
е- о
¡-
С
& я
в (=£ С.
О
и
Модель функционирования ПТС Начальные координаты ПТС
Модель работы акустической системы ПТС
Измеренные координаты ПТ
Г 1 г
Блок управления моделью ПТС
1 Измеренные координаты 11Т 1
Модель работы лазерной системе наведения ПТС
Упр.
Сигналы
Модель динамики движения ПТС
Текущие координаты ПТС
Блок расчета промаха ПТС
ТТХ лазерной системы наведения
и н с
X н н
Путь, время
—►
Промах ПТС
Рис. 5. Структура модели функционирования РСЗО, в том числе и ПТС
В состав общей модели функционирования РСЗО входят модели динамики движения ПТС [3, 4], модели работы акустической и лазерной систем наведения, блок управления моделью ПТС, блок расчета промаха ПТС.
Исследование модели функционирования ПТС показало, что задача обоснования требований к ТТХ ПТС может быть разделена на две подзадачи: задачу обоснования требований к одиночному ПТС и задачу обоснования требований к группе ПТС и остальных узлам комплекса ПТЗ. В обеих задачах ставилась цель определить ТТХ отдельных узлов комплекса ПТЗ, при которых обеспечивается вероятность поражения торпеды не ниже 0,9.
Задача обоснования требований к одиночному ПТС
В задаче обоснования требований к одиночному ПТС рассматриваются только ТТХ элементов ПТС. Торпеда рассматривается как тело, двигающееся прямолинейно и равномерно. Неудачное применение одиночного ПТС может быть по двум причинам: ПТС промахнулся из-за неточности наведения, ПТС не смог достичь траектории торпеды, то есть "не догнал ПТ". Поэтому для оценки эффективности одиночного ПТС были введены два критерия эффективности:
1) абсолютный промах - минимальное расстояние сближения ПТС и ПТ в одном опыте;
2) эффективный радиус - минимальное расстояние между траекторией движения торпеды и точкой старта ПТС, при котором достигается заданная вероятность поражения ПТ.
Абсолютный промах - показатель точности наведения. Эффективный радиус - показатель точности наведения и кинематических характеристик ПТС.
Вероятность поражения ПТ одиночным ПТС определялась как вероятность того, что абсолютный промах меньше или равен радиусу поражения ПТС.
Методика обоснования требований к одиночному ПТС включает несколько этапов.
1. Определение требований к точностным характеристикам акустической системы наведения.
2. Определение зависимости эффективного радиуса ПТС от дальности действия акустической системы наведения.
3. Определение зависимости эффективного радиуса ПТС от дальности действия лазерной системы наведения.
4. Определение эффективности одиночного ПТС в случае использования устройства коррекции траектории. Определение зависимости эффективного радиуса ПТС от его скорости. Расчет требуемой дальности хода ПТС.
5. Расчет эффективности одиночного ПТС в случае наличия информационной связи с соседним ПТС.
6. Если на этапах 2 - 5 наблюдается значительный прирост эффективности, то производится пересчет требований к точностным характеристикам акустической системы наведения (повторяется этап 1).
Задача обоснования требований к группе ПТС
Решение данной задачи начинается с определения основных тактических ситуаций, в которых наиболее вероятно применение комплекса ПТЗ. Былы выявлены две основные ситуации, связанные с поведением НК:
1) НК совершает маневр уклонения после обнаружения торпеды;
2) НК продолжает прямолинейное движение.
В данной задаче торпеда представляется уже не как прямолинейное и равномерно движущееся тело. Предполагается, что атакующая ПТ наводится на корабль либо методом погони, либо методом параллельного сближения. Такой подход вносит в модель элемент непредсказуемости движения ПТ. На рис. 6 представлены различные варианты движения торпеды. Излом траектории движения может возникнуть в ситуации, когда НК начал маневр уклонения раньше, чем ПТ установила акустический контакт.
Методика обоснования требований к группе ПТС заключается в определении вероятности поражения торпеды при разной точности постановки ПТС, разном количестве ПТС и различных начальных курсовых углах на торпеду. Результатом расчетов является требуемое количество ПТС для траверсного, кормового курсового и курсового 135°. Самый большой расход ПТС характерен для траверсного курсового, а минимальный - для кормового. Максимальное количество ПТС в залпе равно 12, что соответствует РБУ-6000 [5].
Уклонение НК
-4000 -3500 -3000 -2500 -2000
ы
-1500 -1000 -500
О1 -2000
............ ............
w
\\ v\
Л\ \\
J .......хч \
-1000
-4000 -3500 -3000 -2500 -2000
Неуклонение НК
ч
-1500 -1000 -500
0 X, м
1000
2000
0
-2000
-1000
■Траектория НК
■Траектория ПТ (метод погони)
■Траектория ПТ (метод параллельного сближения)
Л
л у \ \ л Л
\ \ . д . Л,
..........., ^ \ „.......\ \
0 X, м
1000
2000
Рис. 6. Траектории движения ПТ и НК
256
Результаты исследований и выводы
Помимо требований к ТТХ ПТС, при решении первой задачи были получены следующее обобщенные результаты.
1. Использование лазерной системы наведения не увеличивает вероятность поражения ПТ, но может снизить абсолютный промах ПТС.
2. Включение УКТ в состав ПТС приводит к значительному росту эффективности.
3. Увеличение скорости ПТС приводит к уменьшению абсолютного промаха и увеличению эффективного радиуса ПТС.
В процессе решения первой задачи был скорректирован облик ПТС, а также алгоритмы управления ПТС.
Результатами решения второй задачи являются требования к дальности действия гидроакустического комплекса НК и ошибкам технического рассеивания РСЗО.
Обоснованные требования к ТТХ ПТС, дальности обнаружения ПТ и требования к РСЗО обеспечиваются уровнем развития отечественной техники.
Список литературы
1. Луцкий А. Проблемы противоторпедной защиты российского подводного флота//Морской сборник. 2010. №7 С. 58-62
2. Шишкин А. Имитационная модель функционирования противоторпедного снаряда // Материалы к Всероссийской научно-практической конференции Морское подводное оружие. 2015. С. 11-15.
3. Зыков С. А., Шишкин А. Л. Разработка и исследование имитационной модели динамики движения автономного необитаемого подводного аппарата // Труды XII Всероссийской конференции "Прикладные вопросы гидроакустики и гидротехники". 2014. C. 298-300.
4. Основы динамики торпед / Д.П. Скобов [и др.]. Л.: Судпромгиз, 1963. 346 с.
5. Пусковая установка РБУ-6000 [Электронный ресурс]// ОАО «НПО «Сплав» [сайт] URL: http://www.splav.org/ru/arms/rpk/pu.asp (дата обращения 24.09.2015).
Шишкин Андрей Леонидович, адъюнкт, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, ВУНЦВМФ "Военно-морская академия им. Н.Г. Кузнецова"
DEFINITION OF REQUIREMENTS TO PERFOMANCE CHARACTERISTICS
OF ANTI-TORPEDO DEFENSE
A.L. Shishkin 257
The article discusses anti-torpedo shell as perspective instruments anti torpedo defense of surface ship. The scheme of the application and the arrangement worked out base of an analysis of existing means of active anti-torpedo defense are show in the article. Methodology to definition of requirements for the performance characteristics of anti-torpedo shell is summarized in the article.
Key words: torpedo, anti-torpedo defense, situation model.
Shishkin Andrey Leonidovich, postgraduate, [email protected], Russia, Saint-Petersburg, Naval Academy named N.G. Kuznetsov
УДК 533.605
МОДИФИКАЦИЯ МЕТОДА КРУПНЫХ ЧАСТИЦ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К РАСЧЕТУ ТЕЧЕНИЙ С ПОДВИЖНЫМИ
ГРАНИЦАМИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
В.М. Грязев, Н.В. Могильников
Рассматривается вариант реализации граничных условий при расчете газодинамического нестационарного течения при наличии подвижных тел в счетной зоне.
Ключевые слова: математическое моделирование, метод крупных частиц нестационарные газодинамические процессы.
В настоящее время для решения ряда технических задач, связанных с расчетом нестационарных газодинамических течений, широко используется метод крупных частиц [1]. Данный метод обладает устойчивостью решения для широкого класса задач, универсальностью, позволяя реализовать расчет по единому алгоритму до- и сверхзвуковых течений вязкого и невязкого газа. Метод крупных частиц логически прост, на его основе можно строить универсальные компьютерные программы, он легко модернизируется применительно к учету различных особенностей физического процесса, например, в нем легко реализовать учет теплопроводности, наличие дисперсной фазы, горение, наличие границ тел сложной формы. Известен ряд универсальных [2] и специализированных [3] программных комплексов, в основу которых положен данный метод.
По мнению авторов, основным достоинством метода является удобство его модернизации применительно к учету особенностей различных инженерных задач. Примером подобной модернизации является введение учета параметров на фронте детонационной волны при моделировании процессов детонации [4], использование нерегулярной конечно-элементной сетки [3].
