Комаров Ю.Ю. Проектирование и изготовление аэрокосмических аппаратов

Подождите немного. Документ загружается.

ракеты -го типа против цели -го типа будет использоваться полигонный

наряд

п .

Перед началом операции задается начальный парк самолетов

, вы-

деленных для выполнения боевой задачи. Каждый бомбардировщик мо-

жет взять на борт определенное количество крылатых ракет, зависящее от

транспортных возможностей бомбардировщика выбранного типа.

Естественно, удар будет производиться в условиях противодействия.

Для охраны собственных объектов на территории потенциального про-

тивника в

-м районе базируется определенное количество средств ПВО

первого типа

пво . Для каждого из этих типов существует методика

определения ущерба, наносимого группе целей, пролетающих в зоне его

ответственности.

Для успешного выполнения операции нужно нанести противнику задан-

ный ущерб

зад

в определенные временные рамки, т.е. за определенное

число вылетов

выл

Таким образом, для одного вылета производится целераспределение,

определяются аэродромные наряды самолетов, соответствующее им по-

требное количество ракет, а также потери носителей как на участке полета

от аэродрома базирования до рубежей пуска, так и при возвращении на

аэродром. Фактически аэродромные наряды определяют ущерб, нанесен-

ный противнику в конкретном вылете. Следующий вылет совершается в

том случае, если суммарный ущерб, нанесенный за все предшествующие

вылеты, оказывается меньше заданного, а также, если вылет укладывается

в отведенные временные рамки.

На эффективность выполнения этой задачи влияют:

ТТХ крылатой ракеты;

очередность поражаемых целей;

количество крылатых ракет.

Модель выбора обликовых характеристик крылатой ракеты средней

дальности “воздух—поверхность” учитывает:

1) заданный уровень ущерба, при котором боевая задача считается вы-

полненной;

2) уровни информированности сторон;

3) разумное поведение сторон, т.е. рациональное целераспределение сто-

рон в конфликте, включающее в себя:

3.1) рациональные действия оперирующей стороны при распределе-

нии средств нападения;

3.2) рациональные действия противника при распределении средств

ПВО;

4) транспортные возможности бомбардировщиков, задействованных в

операции;

5) возможности производства, ограничивающие объем выпуска ракет;

6) временные рамки операции.

В результате работы системы моделей должен быть сформирован раци-

ональный облик ракеты, способный выполнить поставленный объем задач

в условиях перечисленных ограничений.

В соответствии с предъявленными требованиями система моделей фор-

мирования облика крылатой ракеты включает:

модель определения показателей полигонной эффективности средств

нападения оперирующей стороны против целей рассматриваемых ти-

пов;

модель расчета показателей эффективности вылета и целераспределе-

ния;

модель расчета стоимости операции;

модель рационального выбора обликовых характеристик ракеты.

В данном случае состав и объем задач для оперирующей стороны фик-

сирован. В качестве критерия оценки рациональности сформированного

облика ракеты выбрана величина общей стоимости операции, включаю-

щая в себя затраты на разработку, производство и эксплуатацию крылатых

ракет, а также учитывающая стоимость потерянных носителей.

Наилучшим вариантом считается тот, который позволяет выполнить по-

ставленный объем задач в ограниченном временном интервале при мини-

мальной стоимости операции.

Для того чтобы, располагая данными о противнике (театр военных дей-

ствий, заданный уровень ущерба) и оперирующей стороне (возможности),

выбрать рациональный облик ракеты, необходимо разработать и задейство-

вать:

модель формирования облика ракеты,

модель расчета показателей полигонной эффективности,

модель расчета показателей эффективности вылета и целераспределе-

ния,

экономический блок, включающий в себя блоки расчета основных

экономических показателей.

Модель формирования облика ракеты позволяет, используя зависимость

стартовой массы от дальности полета ракеты и массы боевой части, вы-

брать перечень рассматриваемых вариантов.

Модель расчета показателей полигонной эффективности позволяет,

зная параметры цели и тип боевой части, получить зависимость полигон-

ного наряда ракет на одну цель для заданной вероятности поражения от

веса боевой части.

Модель расчета показателей эффективности вылета и целераспреде-

ления позволяет, используя данные о ПВО, распределении целей, транс-

портных возможностях носителя, ЛТХ и показателях полигонной эффек-

тивности ракет, в каждом вылете определить:

1) мат. ожидание потерь носителей на маршрутах до рубежей пуска по

каждой зоне, и на возврате к аэродрому базирования,

2) аэродромные наряды самолетов на каждую зону,

3) общий потребный наряд ракет в вылете с учетом потерь в системе

ПВО, а также гибели носителей,

4) мат. ожидание оставшихся непораженных целей в каждой зоне.

Экономический блок включает в себя методику расчета стоимостей раз-

работки и производства крылатых ракет.

В рамках работы рассматривался удар по территории глубиной 500 км,

разделенной на пять одинаковых по площади участков, в каждом из кото-

рых находилось определенное количество одинаковых целей, подлежащих

уничтожению.

Система ПВО была упрощенно задана в виде зависимости числа атак,

приходящихся на группу самолетов (ракет) от глубины проникновения на

территорию противника. Вероятность поражения одного самолета (ракеты)

в одной атаке считалась известной.

Окончательный выбор оптимального облика ракеты производился ме-

тодом полного перебора.

Итоги проделанной работы:

1. Разработана методика, позволяющая выбрать рациональный набор

основных обликовых характеристик крылатой ракеты средней даль-

ности “воздух поверхность” с учетом:

взаимной зависимости между этими характеристиками;

показателей полигонной эффективности в зависимости от веса боевой

части;

масштабов операции и современной системы ПВО.

2. Проведенные с помощью полученной методики расчеты показали, что

оптимальный набор характеристик соответствует дозвуковой маловы-

сотной ракете.

3. С учетом современных тенденций развития систем наведения ракета

должна иметь инерциально-спутниковую, а на конечном участке теп-

ловизионную систему наведения; в качестве двигателя используется

ТРД.

Тем не менее, затронутая проблема сложна и требует дальнейшей раз-

работки, в том числе в направлениях значительно более тщательного учета

динамики параметров системы.

Библиографический список

1. Остославский И.В., Стражева И.В. Динамика полета. Траектории летательных ап-

паратов. – М.: Машиностроение, 1969.

2. Жеребин А.М. Боевая эффективность авиационных управляемых ракет. – М.: Изд-во

МАИ, 1985.

3. Жеребин А.М., Коротин О.С., Лобачев В.И. Элементы внешнего проектирования

ударных авиационных комплексов. – М.: Изд-во МАИ, 1989.

Н. А. Еремин

Московский авиационный институт (государственный технический университет)

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕОДОЛЕНИЯ

СИСТЕМЫ ПВО САМОЛЕТАМИ ФРОНТОВОЙ АВИАЦИИ

Действия авиационных комплексов (АК) фронтовой авиации связаны с

необходимостью преодоления развитой системы ПВО, боевые возможно-

сти которой динамично наращиваются [6, 10, 11]. Вместе с тем, как показы-

вают исследования, целый ряд тактико-технических характеристик (ТТХ)

АК существенным образом влияет на эффективность преодоления ПВО

противника [3, 7, 10]. При проектировании боевых самолетов их параметры

следует выбирать, в частности, исходя из условия обеспечения таких ха-

рактеристик, которые обеспечивают необходимый уровень выживаемости

на этапе преодоления ПВО. Для решения таких задач необходимо иметь

методику, позволяющую рассчитать эффективность преодоления систем

ПВО самолетами фронтовой авиации. Вариант такой методики предлага-

ется в данной статье.

Оценка эффективности осуществляется на основе имитационного мо-

делирования преодоления группой самолетов системы ПВО, состоящей из

зенитно-ракетных комплексов (ЗРК) различного типа.

Системы противовоздушной обороны можно подразделить на зональ-

ные, прикрывающие определенные районы, и объектовые, прикрывающие

конкретные наземные объекты [3]. Объектовая система ПВО определяется

однозначно, если известно количество, тип огневых средств и их позицио-

нирование относительно объекта. Зональная система ПВО характеризуется

наличием большого количества различных огневых средств, распределен-

ных по площади [10], положение которых заранее неизвестно. Поэтому

разработаны две методики оценки эффективности: преодоления зональной

системы ПВО и преодоления объектовой системы ПВО, отличающиеся по

структуре, но имеющие общие блоки.

Оценка эффективности преодоления зональной системы ПВО Как

было сказано выше, зональные системы ПВО насыщены различными ти-

пами огневых средств, положение которых заранее может быть неизвестно.

Поэтому принимается следующая схема действий:

1. Территория противника от линии боевого соприкосновения разбива-

ется на зоны определенной ширины, и в каждой зоне задается количество

ЗРК разных типов.

2. Проводится моделирование преодоления расчетной группой ЛА каж-

дого в отдельности ЗРК из составляющих систему ПВО. Для этого моде-

лируется пролет расчетной группы ЛА относительно комплекса с различ-

ными курсовыми параметрами

(рис. 1).

Рис. 1. Позиционирование расчетной группы ЛА относительно ЗРК при моделировании

пролета с курсовым параметром

В качестве максимального курсового параметра принимается значение

дальней границы зоны поражения, полученное при моделировании пролета

с нулевым параметром.

Определяются:

2.1. Средняя вероятность поражения одного ЛА группы при пролете с

курсовым параметром

по зависимости, полученной из [7]:

пор, cp

пол,j cp, нав j СПБЖ

пор, ср

– средняя вероятность поражения одного ЛА группы, осред-

ненная по всем ЛА, при пролете группы с курсовым параметром

; –

число ЛА в группе;

– число попаданий ракет средства ПВО в -й ЛА;

пол j

– полигонная вероятность поражения -го ЛА при попадании в

него

-ой ракеты рассматриваемого средства;

СПБЖ

– коэффициент, учитывающий применение на ЛА средств повы-

шения боевой живучести;

ср, нав j

– вероятность срыва наведения -ой ракеты средства ПВО при

применении комплекса РЭП ЛА.

2.2. Осредненное значение вероятности поражения по всем курсовым

параметрам по зависимости

пор, cp пор, cp

– число участков, на которые разбивается отрезок ; – максимальный

курсовой параметр из рассмотренных, при котором хотя бы одна раке-

та достигла цели;

– плотность распределения вероятности пролета

группы ЛА с курсовым параметром

. Предлагается квадратичный закон

распределения

в виде:

разв

– коэффициент, учитывающий вероятность разведанности

местоположения ЗРК.

2.3. Площадь, прикрываемая ЗРК при отражении налета средств воздуш-

ного нападения, идентичных расчетной группе ЛА, по представленной на

рис. 2 схеме, с использованием [1-3, 6].

Рис. 2. Схематизация площади, прикрываемой ЗРК

пор ППС

пор ЗПС

– максимальные дальности поражения расчетной

группы ЛА при обстреле на встречных курсах и вдогон соответствен-

но;

бг

– ближняя граница зоны поражения; - максимальный курсовой

параметр;

– курсовой угол средства ПВО.

3. С учетом заданного выше численного распределения ЗРК по зонам,

площадей зон, а также найденных площадей прикрытия для конкретных

комплексов — плотность распределения средств ПВО по зонам.

Далее, рассматривая полет расчетной группы ЛА от зоны к зоне, про-

водят расчет вероятности поражения путем суммирования вероятностей

поражения от комплексов каждого типа в каждой зоне с учетом плотности

их нахождения в зонах. Результатом является зависимость типа представ-

ленной на рис. 3.

Рис. 3. Накопление вероятности поражения

Оценка эффективности преодоления объектовой системы ПВО.

Оценка эффективности преодоления объектовой системы ПВО произво-

дится путем моделирования налета на некоторый объект, защищенный

определенным нарядом средств ПВО.

Для этого производится:

1) позиционирование ЗРК, обороняющих атакуемый объект (рис. 4);

2) позиционирование атакующих ЛА и задание жестких законов управ-

ления ими (рис. 4);

3) Моделирование атаки наземного объекта средствами воздушного на-

падения и функционирования средств ПВО по отражению налета.

Результатом моделирования являются зависимости вероятности пора-

жения ЛА по времени ведения боевых действий (рис. 5).

Рис. 4. Схематизация модели преодоления объектовой ПВО

Рис. 5. Накопление вероятности поражения

Имитационный блок ЛА. Математически летательный аппарат (само-

лет) моделируется как материальная точка переменной массы, к которой

приложены внешние силы.

Управляющими параметрами при моделировании движения ЛА явля-

ются:

тяга двигателя

, нормальная перегрузка и угол крена .

В алгоритме формирования траектории движения ЛА при ранее вы-

бранном эвристическом законе управления, определяются:

технические характеристики ЛА (аэродинамические, массовые, энер-

гетические) для текущих фазовых координат ЛА (координаты, ско-

рость полета, углы наклона траектории и рыскания);

потребные и располагаемые значения управляющих параметров для

манёвра, связанного с выполнением выбранного закона управления, с

учетом аэродинамических характеристик и характеристик двигателя,

ограничений по прочностным характеристикам планера, физиологи-

ческим возможностям летчика, а также ограничений на управляющие

параметры по максимальной скорости их нарастания;

новые фазовые координаты ЛА (путем интегрирования уравнений

движения [7, 8]).

Имитационный блок ЗРК. На основании работ [1-3] принимается, что

ЗРК работает в соответствии со схемой (рис. 6).

Моделирование радиолокационных станций (РЛС) обнаружения и со-

провождения воздушных целей осуществляется следующим образом.

Зона обзора РЛС представляет собой телесный угол, ограниченный ра-

бочим диапазоном по азимуту и углу места, с учетом ограничений по

дальности прямой видимости и среднего угла закрытия местности [5].

При попадании воздушной цели (ВЦ) в зону обзора вычисляется мгно-

венная вероятность ее обнаружения по обобщенной зависимости вероят-

ности обнаружения от дальности (полученной из расчетной зависимости,

приведенной в работе [7]), пересчитываемой в каждом конкретном слу-

чае под известную для РЛС дальность обнаружения ВЦ с определенной

эффективной поверхностью рассеяния.

Условием обнаружения (потери) воздушной цели выступают опреде-

ленные временные интервалы, в течение которых мгновенная вероятность

обнаружения больше (меньше) заданного значения [1, 7].

Рис. 6. Модель работы ЗРК

Зенитная управляемая ракета (ЗУР) математически представлена как ма-

териальная точка переменной массы, к которой прикладываются внешние

силы.

Предполагается, что ракета имеет независимое управление в вертикаль-

ной и горизонтальной плоскостях. Управляющими параметрами при мо-

делировании движения ракеты являются нормальные перегрузки в этих

плоскостях.

Формирование траектории движения ЗУР осуществляется на основании

выбранного закона наведения по алгоритму, аналогичному формированию

движения ЛА.

Таким образом, разработанная методика позволяет проводить оценки

влияния ТТХ АК на эффективность преодоления системы ПВО. Итераци-

онное повторение расчетов в рамках определенного алгоритма оптимиза-

ции позволит получить область рациональных значений исследуемых ТТХ

АК из условия обеспечения заданного уровня выживаемости на этапе пре-

одоления системы противовоздушной обороны.

Библиографический список

1. Зимин Г. В., Бурмистров С. К., Букин Б. М. и др. Справочник офицера противовоз-

душной обороны. – М.: Воениздат, 1987.

2. Неупокоев Ф. К. Стрельба зенитными ракетами. – М.: Воениздат. 1980.

3. Проектирование зенитных управляемых ракет / Под. ред. И.С. Голубева и В.Г. Свет-

лова. – М.: Изд-во МАИ, 1999.

4. Астражев М. П., Ильин Н.П., Марвин Н.П. Борьба с радиоэлектронными средствами.

– М.: Воениздат, 1972.

5. Суриков Б. Т. Ракетные средства борьбы с низколетящими целями. – М.: Воениздат,

1977.

6. Василин Н. Я., Гуринович А. Л. Зенитные ракетные комплексы. – Минск: Попурри,

2002.

7. Гусейнов А. Б. Эффективность крылатых ракет. – М.: Изд-во МАИ, 2003.

8. Динамика полета и боевого маневрирования летательных аппаратов / Под ред. А. М.

Тарасенкова. – М.: Изд-во ВВИА, 1984.

9. Аэродинамика, устойчивость и управляемость сверхзвуковых самолетов. – М.: Физ-

матлит, 1998.

10. Журналы “Зарубежное военное обозрение” 1993–2005 гг.

11. Журналы “Воздушно-космическая оборона” 2003–2006 гг.