СПОСОБ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОРАЖАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ БОЕПРИПАСА ДИСТАНЦИОННОГО ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК F42B35/00 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для автоматизированной оценки эффективности поражающего действия боеприпасов дистанционного действия.

Известен способ оперативной оценки эффективности поражающего действия ударного боеприпаса, заключающийся в выделении на чертеже исследуемого объекта отсеков (зон), имеющих различную уязвимость к действию физических факторов боеприпаса, моделировании процесса обстрела исследуемого объекта некоторым количеством боеприпасов, построении условного закона поражения исследуемого объекта, вычислении величины показателя эффективности поражающего действия боеприпаса для исследуемого объекта, причем при проведении испытаний определяют величины показателей поражающего действия боеприпаса, получают (уточняют) зависимости, связывающие показатели, характеризующие поражающее действие боеприпаса, с величинами его физических факторов и техническими характеристиками исследуемого объекта, при минимально необходимом числе испытаний [1].

Известно устройство оперативной оценки эффективности поражающего действия ударного боеприпаса, содержащее устройство метания боеприпасов, трубку холодной пристрелки, исследуемый объект, при этом выход устройства метания изделий через трубку холодной пристрелки оптически связан с точкой попадания боеприпаса в исследуемый объект (подрыва боеприпаса) и координатами формирования физических факторов боеприпаса, первый и второй блоки неконтактных датчиков, блок передающих устройств, блок определения показателей поражающего действия боеприпаса и вычисления величины показателя эффективности боеприпаса, который состоит из последовательно соединенных первого, второго многофункционального пульта управления и ЭВМ, причем n-входы первого и второго блоков неконтактных датчиков оптически связаны с координатами пролета боеприпаса до и после его подрыва, а выходы соединены через блок передающих устройств с n-входами первого многофункционального пульта управления [1].

Недостатками известных способа и устройства являются невозможность их использования для автоматизированной оценки эффективности поражающего действия боеприпасов дистанционного действия из-за того, что в данном случае поражение цели происходит не при прямом попадании боеприпаса в цель, а при его подрыве на некотором расстоянии (дистанции) от цели, при этом поражение цели происходит из-за появления новых поражающих факторов - аэро(гидро)удара, пробивного, зажигательного, инициирующего действия поля поражения боеприпаса. Кроме того, для оценки эффективности поражающего действия дистанционных боеприпасов используется не условный, а координатный закон поражения, а также другая обобщенная характеристика эффективности поражающего действия.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение оперативности и точности получения исходных данных, необходимых для построения координатного закона поражения и вычисления величины интегральной характеристики эффективности поражающего действия боеприпаса дистанционного действия, а также снижение трудоемкости и стоимости проведения испытаний.

Технический результат, который может быть получен при решении технической задачи, заключается в повышении оперативности и точности получения исходных данных, необходимых для построения координатного закона поражения исследуемого объекта и вычисления величины интегральной характеристики эффективности поражающего действия боеприпаса дистанционного действия, а также в снижении трудоемкости и стоимости проведения испытаний. Это достигается за счет получения исходных данных для построения координатного закона поражения исследуемого объекта и вычисления величины интегральной характеристики эффективности поражающего действия боеприпаса не путем воздействия физических факторов боеприпаса на аналог исследуемого объекта, а путем представления исследуемого объекта в виде второго набора типовых отсеков (агрегатов), получения при проведении испытаний в автоматизированном режиме законов распределений поражающих элементов по форме, массе, направлениям и скорости разлета, определении общего числа поражающих элементов, определении показателей поражающего действия боеприпаса, получении (уточнении) расчетных зависимостей, связывающих показатели, характеризующие поражающее действие боеприпаса дистанционного действия, с величинами его физических факторов и техническими характеристиками исследуемого объекта, при минимально необходимом количестве испытаний. Кроме того, устройство метания боеприпасов при таком подходе выполняется в виде первого набора, содержащего дистанционный боеприпас и набор опытных боевых частей.

Поставленная задача с достижением технического результата достигается тем, что в способе автоматизированной оценки эффективности поражающего действия дистанционного боеприпаса, заключающемся в выделении на чертеже исследуемого объекта отсеков (агрегатов), имеющих различную уязвимость к действию физических факторов боеприпаса, и определении их характеристик уязвимости, описании внешних контуров объекта и его отдельных конструктивных элементов, получении проекции объекта на картинную плоскость, определении частных характеристик поражающего действия боеприпаса, дополнительно при проведении испытаний определяют в автоматизированном режиме законы распределения поражающих элементов поля поражения боеприпаса по форме, массе, направлениям и скорости разлета, общее число поражающих элементов, величины показателей поражающего действия поля поражения дистанционного боеприпаса, получают (уточняют) зависимости, связывающие показатели, характеризующие поражающее действие поля поражения дистанционного боеприпаса, с величинами его физических факторов и техническими характеристиками поражаемого объекта при минимально необходимом количестве испытаний, строят координатный закон поражения исследуемого объекта, определяют величину интегральной характеристики эффективности поражающего действия боеприпаса дистанционного действия для исследуемого объекта, сравнивают по величине интегральной характеристики дистанционные боеприпасы между собой.

Кроме того, подрыв дистанционного боеприпаса осуществляют с помощью устройства инициирования во взрывной камере, имеющей щель (щели), размеры которой (которых) позволяют выделять часть (части) поля поражения боеприпаса дистанционного действия, летящую (летящие) в направлении (направлениях), определяемом двугранным углом Δθ, на заданном расстоянии от боеприпаса устанавливают исследуемый объект, до и после взаимодействия поля поражения боеприпаса с исследуемым объектом измеряют физические факторы, которые воздействуют на все или некоторые из n измерителей М физических факторов боеприпаса, фиксируют одно или несколько изменяющихся во времени значений М физических факторов боеприпаса, которые передают на вход первого многофункционального пульта управления, осуществляют первым многофункциональным пультом управления запоминание, предварительную обработку результатов измерений, хранение и передачу результатов измерений в цифровом коде на вход второго многофункционального пульта управления, осуществляют вторым многофункциональным пультом управления получение законов распределений поражающих элементов поля поражения боеприпаса по массе, направлениям и скорости разлета, определение общего числа поражающих элементов, определение числовых значений показателей поражающего действия поля поражения боеприпаса и получение (уточнение) зависимостей, связывающих показатели, характеризующие поражающее действие поля поражения боеприпаса, с параметрами физических факторов, образующихся в окружающей среде в результате его подрыва, их хранение и передачу на вход ЭВМ.

Поставленная задача с достижением технического результата достигается тем, что в устройстве автоматизированной оценки эффективности поражающего действия боеприпаса дистанционного действия, содержащем устройство метания, трубку холодной пристрелки, исследуемый объект, при этом выход устройства метания через трубку холодной пристрелки оптически связан с точкой попадания боеприпаса в исследуемый объект и координатами формирования физических факторов боеприпаса, первый и второй блоки неконтактных датчиков, блок передающих устройств, блок определения показателей поражающего действия боеприпаса и определения величины интегральной характеристики эффективности боеприпаса, который состоит из последовательно соединенных первого, второго многофункционального пульта управления и ЭВМ, причем n-входы первого и второго блоков неконтактных датчиков оптически связаны с координатами поля поражения после подрыва боеприпаса, а выходы соединены через блок передающих устройств с n-входами первого многофункционального пульта управления, устройство метания боеприпасов выполнено в виде первого набора, содержащего дистанционный боеприпас и набор опытных боевых частей, исследуемый объект выполнен в виде второго набора состоящего из закрепленной пластины заданной толщины, типового отсека со сменными передней и задней стенками, имитатора типового топливного отсека, типового объекта подрыва, первый блок датчиков выполнен в виде устройства для определения распределений элементов поля поражения дистанционного боеприпаса по форме, массе, направлениям и скорости разлета, дополнительно введены устройство инициирования и взрывная камера, имеющая щель (щели), размеры которой (которых) позволяют выделять часть (части) поля поражения дистанционного боеприпаса, летящую (летящие) в направлении (направлениях), определяемом (определяемых) двугранным углом (двугранными углами) Δθ.

Кроме того, в устройстве автоматизированной оценки эффективности поражающего действия дистанционного боеприпаса микроЭВМ второго многофункционального пульта управления определяет общее число поражающих элементов, законы распределения элементов поля поражения дистанционного боеприпаса по форме, массе, направлениям и скорости разлета, осуществляет определение показателей поражающего действия боеприпаса, фугасного, зажигательного, пробивного, инициирующего, в соответствии со следующим алгоритмом: фугасное действие определяют на основе определения избыточного давления и удельного импульса ударной волны, избыточное давление на фронте ударной волны определяется в соответствии с выражением

,

где A, B, C - константы, определяемые при проведении экспериментов для каждого дистанционного боеприпаса индивидуально; R - расстояние до точки подрыва боеприпаса; ω - масса взрывчатого вещества боеприпаса, а удельный импульс определяется в виде выражения

,

где Δр - избыточное давление на фронте ударной волны; τ - время действия фазы сжатия ударной волны, величина показателя аэроудара поля поражения испытываемого боеприпаса определяется по формуле П_а=Э_уд/С₀, где Э_уд - энергия аэроудара в типовом отсеке, С₀ - энергетический критерий разрушения, зажигательное действие поля поражения боеприпаса определяется величиной текущего показателя зажигательной способности К_т, который определяют по формуле , где I₁ - величина светового импульса излучения лицевого факела металлических частиц, выбиваемых из металлической пластины поражающими элементами опытной боевой части, I_и - величина светового импульса излучения лицевого факела металлических частиц, выбиваемых из металлической пластины поражающими элементами исследуемого боеприпаса; пробивное действие боеприпаса определяется величиной показателя пробивной способности поля поражения боеприпаса по формуле , где V₁ - средняя скорость поля поражения исследуемого боеприпаса до пробития закрепленной преграды заданной толщины, V₂ - средняя скорость поля поражения исследуемого боеприпаса после пробития закрепленной преграды заданной толщины; инициирующее действие определяется величиной текущего показателя инициирования по формуле , где K₂ - величина показателя инициирования на основании усредненных параметров инициирующей ударной волны для пассивного заряда взрывчатого вещества в инертном исполнении для случая механического разрушения пассивного заряда взрывчатого вещества полем поражения опытной боевой части, К_и - величина показателя инициирования на основании усредненных параметров инициирующей ударной волны для пассивного заряда взрывчатого вещества в инертном исполнении для поля поражения испытываемого боеприпаса.

Кроме того, ЭВМ на основе полученных показателей и зависимостей строит координатный закон поражения исследуемого объекта с учетом его характеристик уязвимости и вычисляет величину интегральной характеристики эффективности поражающего действия боеприпаса дистанционного действия, при этом для координатного закона поражения интегральной характеристикой эффективности поражающего действия боеприпаса является приведенная площадь поражения S_пр.

Новыми признаками, обладающими существенными отличиями по способу, является следующая совокупность действий:

1. При проведении испытаний определяют в автоматизированном режиме эмпирические распределения поражающих элементов поля поражения боеприпаса по форме, массе, направлениям, скорости разлета.

2. При проведении испытаний определяют величины показателей поражающего действия поля поражения дистанционного боеприпаса.

3. Получают (уточняют) зависимости, связывающие показатели, характеризующие поражающее действие поля поражения дистанционного боеприпаса, с величинами его физических факторов и техническими характеристиками исследуемого объекта, при минимально необходимом количестве испытаний.

4. После подрыва боеприпаса дистанционного действия при взаимодействии с исследуемым объектом измеряют физические факторы боеприпаса, которые воздействуют на все или некоторые из n измерителей М физических факторов боеприпаса.

5. Фиксируют одно или несколько изменяющихся во времени значений М физических факторов поля поражения боеприпаса дистанционного действия, которые передают на вход первого многофункционального пульта управления.

6. Осуществляют вторым многофункциональным пультом управления определение общего числа поражающих элементов, законов распределений поражающих элементов поля поражения боеприпаса по форме, массе, направлениям и скорости разлета, вычисление числовых значений показателей поражающего действия поля поражения дистанционного боеприпаса, получение (уточнение) эмпирических зависимостей, связывающих показатели, характеризующие поражающее действие поля поражения дистанционного боеприпаса, с параметрами физических факторов, образующихся в окружающей среде в результате его подрыва, их хранение и передачу на вход ЭВМ.

7. Строят координатный закон поражения исследуемого объекта, определяют интегральную характеристику эффективности поражающего действия дистанционного боеприпаса для исследуемого объекта, сравнивают по величине интегральной характеристики различные дистанционные боеприпасы между собой.

Новыми элементами, обладающими существенными отличиями по устройству, являются: устройство метания боеприпасов, выполненное в виде первого набора, содержащего дистанционный боеприпас и набор опытных боевых частей; исследуемый объект, выполненный в виде второго набора, состоящего из закрепленной пластины заданной толщины, типового отсека со сменными передней и задней стенками, имитатора типового топливного отсека, типового объекта подрыва; первый блок датчиков, выполненный в виде устройства для определения распределений элементов поля поражения дистанционного боеприпаса по форме, массе, направлениям и скорости разлета; взрывная камера, имеющая щель (щели), размеры которой (которых) позволяет выделять часть (части) поля поражения дистанционного боеприпаса, летящую (летящие) в направлении (направлениях), определяемом (определяемых) двугранным углом (двугранными углами) Δθ, блок определения показателей поражающего действия боеприпаса и определения величины интегральной характеристики эффективности боеприпаса, а также связи между известными и новыми элементами устройства.

На фиг.1 схематично изображена функциональная схема устройства для автоматизированной оценки эффективности поражающего действия боеприпаса дистанционного действия.

На фиг.2 изображена функциональная схема блока определения показателей поражающего действия боеприпаса и вычисления величины интегральной характеристики эффективности боеприпаса.

На фиг.3 приведена функциональная схема первого многофункционального пульта управления.

На фиг.4 приведена функциональная схема блока управления.

На фиг.5 приведена схема мишенной обстановки для определения распределения поражающих элементов по массе.

На фиг.6 приведены гистограмма и выравнивающая кривая дифференциального распределения поражающих элементов по направлениям разлета.

Устройство автоматизированной оценки эффективности поражающего действия боеприпаса дистанционного действия содержит устройство 1 метания, трубку 2 холодной пристрелки, исследуемый объект 5, при этом устройство 1 метания боеприпасов через трубку 2 холодной пристрелки оптически связано с исследуемым объектом 5, первый 3 и второй 4 блоки неконтактных датчиков, блок 6 передающих устройств, блок 7 определения показателей поражающего действия боеприпаса и вычисления величины интегральной характеристики эффективности боеприпаса, который состоит из последовательно соединенных первого 8, второго 9 многофункционального пульта управления и ЭВМ 10, причем n-входы первого 3 и второго 4 блоков неконтактных датчиков оптически связаны с координатами пролета поля поражения боеприпаса, а выходы соединены через блок 6 передающих устройств с n-входами первого 8 многофункционального пульта управления, дополнительно устройство 1 метания боеприпасов выполнено в виде первого набора, содержащего дистанционный боеприпас и набор опытных боевых частей, исследуемый объект 5 выполнен в виде второго набора, состоящего из закрепленной пластины заданной толщины, типового отсека со сменными передней и задней стенками, имитатора типового топливного отсека, типового объекта подрыва, первый блок 3 датчиков выполнен в виде устройства для определения распределений элементов поля поражения дистанционного боеприпаса по форме, массе, направлениям и скорости разлета, дополнительно введены устройство 11 инициирования и взрывная камера 12, имеющая щель (щели), размеры которой (которых) позволяет выделять часть (части) поля поражения дистанционного боеприпаса, летящую (летящие) в направлении (направлениях), определяемом (определяемых) двугранным углом (двугранными углами) Δθ.

Первый 8 многофункциональный пульт управления содержит блок 13 управления, источник 14 питания.

Блок 13 управления содержит n-приемных устройств 15, блок 16 обработки сигналов, клавиатуру 17, микроЭВМ 18, n-передающих устройств 19, блок 20 памяти, USB-порт 21, стандартный СОМ-порт 22, блок 23 контроля внутренних питающих напряжений, блок сигнализации 24.

Функциональная схема второго 9 многофункционального пульта управления в значительной степени совпадает с функциональной схемой первого 8 многофункционального пульта управления.

Способ автоматизированной оценки эффективности поражающего действия дистанционного боеприпаса реализуется следующим образом.

Устройство инициирования 11 по команде оператора вызывает подрыв во взрывной камере 12 устройства 1 метания, которое формирует поле поражающих элементов, в том числе и в направлении (направлениях), определенном (определенных) трубкой 2 холодной пристрелки. Часть (части) поля поражения, вырезаемая (вырезаемые) щелью (щелями) взрывной камеры, воздействует (воздействуют) на исследуемый объект 5.

До момента воздействия части поля поражения, вырезанной щелью, на исследуемый объект 5 первый блок неконтактных датчиков определяет распределения поражающих элементов поля по форме, массе, направлениям и скорости, после чего часть поля поражения осуществляет воздействие своими физическими факторами на исследуемый объект 5, а следовательно, на все или некоторые из n-вторых неконтактных датчиков, которые фиксируют одно или несколько изменяющихся во времени значений М физических факторов части поля поражения дистанционного боеприпаса, которые передаются через блок 6 передающих устройств на входы первого 8 многофункционального пульта управления, который осуществляет запоминание, предварительную обработку результатов измерений, хранение и передачу результатов измерений в цифровом коде на вход второго 9 многофункционального пульта управления, который осуществляет получение общего числа поражающих элементов, законов распределений элементов поля поражения дистанционного боеприпаса по форме, массам, углам и скоростям, вычисление числовых значений показателей поражающего действия боеприпаса и получение (уточнение) эмпирических зависимостей, связывающих показатели, характеризующие поражающее действие боеприпаса, с параметрами физических факторов, образующихся в окружающей среде в результате его подрыва, их хранение и передачу на вход ЭВМ 10.

Первый 8 многофункциональный пульт управления работает следующим образом.

При включении пульта управления происходит контроль его питающих напряжений с помощью блока 23 контроля внутренних питающих напряжений, тестирование внутренних узлов микроЭВМ 18, контроль работоспособности энергонезависимого перезаписываемого блока 20 памяти, n-приемных 15 и передающих 19 устройств.

При необходимости результаты измерений могут вводиться в память микроЭВМ 18 пульта самим оператором с помощью клавиатуры 17.

После завершения съема показаний со всех измерителей физических факторов осуществляется их предварительная обработка с помощью микроЭВМ 18 (производится выбраковка заведомо ошибочных результатов измерений, построение распределений).

После следующего срабатывания устройства 1 метания вышеуказанные операции повторяются.

Источник 12 питания обеспечивает питание микроЭВМ 18 высокостабильными эталонными напряжениями.

При возникновении необходимости или при отказе n-передающих устройств 19 информация о результатах экспериментов может быть считана с самого пульта 8 через USB-порт 21 или СОМ-порт 22.

После завершения проведения предусмотренного заданием объема экспериментов оператор может с помощью n-передающих устройств 19 передать предварительно обработанные результаты на второй 9 многофункциональный пульт управления.

Второй 9 многофункциональный пульт управления предназначен для более глубокой обработки результатов экспериментов, определения общего числа поражающих элементов, законов распределения элементов поля поражения дистанционного боеприпаса по форме, массе, направлениям и скорости, вычисления числовых значений показателей поражающего действия поля поражения дистанционного боеприпаса и получения (уточнения) эмпирических зависимостей, связывающих показатели, характеризующие поражающее действие поля поражения дистанционного боеприпаса, с параметрами физических факторов, образующихся в окружающей среде в результате его подрыва и воздействия поля поражения на исследуемый объект.

Затем эти распределения, показатели и зависимости в цифровом виде с помощью n-передающих устройств 19 или USB-порта 21, СОМ-порта второго 9 пульта управления поступают на вход ЭВМ 10, которая строит координатный закон поражения исследуемого объекта с учетом его характеристик уязвимости (используемых в конструкции цели материалов и их толщин, размеров отсеков, наличия и состава горючих жидкостей, экранирования и резервирования жизненно важных отсеков (агрегатов), наличия и состава боевой нагрузки и т.д.) и определяет величину интегральной характеристики эффективности поражающего действия дистанционного боеприпаса для данного объекта. Для боеприпаса дистанционного действия интегральной характеристикой эффективности поражающего действия является приведенная площадь поражения S_пр.

Кратко рассмотрим указанные выше понятия.

Основной характеристикой, определяющей эффективность поражающего действия боеприпасов дистанционного действия, является координатный закон поражения G(x,y,z), представляющий собой зависимость вероятность поражения цели от координат (x,y,z) точки подрыва боеприпаса относительно цели. Формула для вычисления координатного закона поражения имеет вид [2]:

G(x,y,z)=1-е^-m(x,y,z),

где m(x,y,z) - математическое ожидание числа поражающих элементов, поразивших цель.

Ввиду осевой симметрии боеприпасов значения координатного закона в ряде случаев удобнее вычислять в системе координат, связанной с боеприпасом. Тогда положение цели относительно боеприпаса определяется двумя координатами: R - расстояние до цели и φ′ - угол между направлением на цель и осью боеприпаса. В этих координатах формула для определения математического ожидания числа поразивших цель поражающих элементов имеет вид:

m(R,φ′)=П(R,φ′)S^*(q,ν),

где П(R,φ′) - плотность потока поражающих элементов;

S^*(q,ν) - функция уязвимости цели.

Тогда в этой системе координат формула для вычислений значений координатного закона можно записать в виде:

G(R,φ′)=1-1-e^-m(R,φ′).

В настоящее время для построения координатного закона поражения используется метод математического моделирования.

Технология построения координатного закона поражения следующая.

Вначале в память ЭВМ записываются все размеры, характеризующие особенность конфигурации исследуемого объекта (цели), данные о толщинах и материалах обшивки, данные о координатах, габаритах и характеристиках уязвимости всех жизненно важных агрегатов. При этом внешние контуры цели и контуры ее отдельных конструктивных элементов представляются различного рода уравнениями поверхностей, соответствующих реальным очертаниям цели, или набором более простых фигур, что чаще всего используется для описания формы уязвимых отсеков (агрегатов) цели. Затем в память ЭВМ заносятся частные характеристики поражающего действия поражающих элементов: зависимости вероятностей пробивного, зажигательного, инициирующего действия поражающих элементов от их массы и скорости встречи, а также формулы для определения углов рикошетирования в зависимости от массы и скорости поражающего элемента и характеристик преграды. Далее в память ЭВМ вводятся распределения поражающих элементов по форме, массе и направлениям разлета, общее число поражающих элементов и данные об условиях встречи, а также формулы для определения закона падения скорости поражающего элемента на траектории. Затем группа экспертов составляет список жизненно важных отсеков (агрегатов) цели, вывод из строя которых приводит к той или иной степени поражения всей цели. После этого начинается процесс математического моделирования подрыва дистанционного боеприпаса с координатами (x, z) и определяются числа осколков, попавших в те или иные агрегаты, их масса и скорость. Далее по частным характеристикам вычисляются значения вероятностей поражения каждого из агрегатов каждым осколком, а затем вычисляется вероятность поражения этого агрегата, если в него попало n осколков. После этого вычисляется вероятность поражения всей цели G для точки с координатами (x, z) по формуле:

G=1-(1-q₁)(1-q₁)(l-q_N),

Проведя с определенным шагом ΔxΔz подобные расчеты для всего пространства вокруг исследуемого объекта ЭВМ вычисляет таблицу или строит графики значений G(x, z). Эти таблицы или графики использовать для решения задач по выбору наряда сил, средств и условий применения боеприпасов дистанционного действия практически невозможно, так как для их использования потребуется смоделировать весь процесс боевого применения. Поэтому на практике пользуются интегральной характеристикой координатного закона - приведенной площадью поражения S_пр, которая определяется по формуле:

Приведенная площадь поражения - это некоторая условная площадь вокруг цели, при попадании боеприпаса дистанционного действия в которую считается, что цель выводится из строя с вероятностью, равной 1.

Недостатком изложенного выше методического подхода является то, что распределения поражающих элементов по форме, массе и направлениям разлета, общее число поражающих элементов определяются не прямым, а косвенным методом, т.е. не при оценке частных характеристик поражающего действия поля поражения дистанционного боеприпаса, а путем проведения дополнительных экспериментов. Следует отметить также, что при определении распределений поражающих элементов не определяется распределение поражающих элементов по скорости.

Следующим недостатком известного методического подхода является то, что при проведении расчетов используются зависимости вероятностей пробивного, зажигательного, инициирующего действия для одиночного поражающего элемента, а не для поля поражения (потока поражающих элементов). Соответственно, при проведении расчетов используются показатели и критерии поражения для одиночных поражающих элементов, а не для поля поражения. Поле поражения боеприпасов дистанционного действия рассматривается при таком подходе, как механическая сумма отдельных поражающих элементов. Вместе с тем, результаты исследований свидетельствуют о том, что при определенных плотностях полей поражения существует своеобразная «помощь» поражающих элементов друг другу и результаты действия поля поражения значительно отличаются от действия отдельных поражающих элементов. При этом при проведении реальных испытаний боеприпасов дистанционного действия на эффективность поражающего действия всегда приходится иметь дело с полем поражения, а не с отдельными поражающими элементами. Поэтому в настоящем изобретении авторы предлагают подход, позволяющий при проведении испытаний в одном опыте определять как законы распределения поражающих элементов по форме массе, направлениям, скорости разлета, общее число поражающих элементов, так и вычислять величины показателей пробивного, зажигательного, инициирующего действия, аэро(гидро)удара для поля поражения конкретного боеприпаса дистанционного действия.

Такой подход позволяет повысить оперативность и точность оценки эффективности поражающего действия дистанционного боеприпаса, сократить трудоемкость и стоимость проведения испытаний. Кроме того, при таком подходе появляется возможность сравнивать конкретные боеприпасы дистанционного действия между собой, выявлять их сильные и слабые стороны.

Учитывая специфику изобретения, авторы считают необходимым дать некоторые пояснения, касающиеся состояния вопроса и используемого понятийного аппарата.

В последние годы благодаря большому числу проведенных исследований накоплен значительный опыт по построению координатных законов поражения исследуемых объектов и определению S_пр с помощью ЭВМ, определены показатели поражающего действия и расчетные (эмпирические) зависимости, позволяющие оценить факт поражения типовых жизненно важных отсеков (агрегатов) исследуемых объектов поражающими элементами боеприпасов дистанционного действия. Это делает возможным на этапах создания научно-технического задела и выполнения НИР использовать предлагаемый способ автоматизированной оценки эффективности поражающего действия боеприпаса дистанционного действия.

Поражающее действие боеприпаса дистанционного действия на исследуемый объект определяется воздействием на его жизненно важные отсеки (агрегаты) совокупности физических факторов боеприпаса.

Под физическими факторами изделия (боеприпаса) понимается ударная волна, тепловое поле, кинетическая энергия движения поражающих элементов поля поражения боеприпаса, их способность к пробивному, зажигательному, инициирующему действию, аэро(гидро) удару и т.д.

Под показателями поражающего действия боеприпаса дистанционного действия, определяемыми значениями его физических факторов, приводящих к поражению отсеков (зон) исследуемого объекта в соответствии с действующей терминологией, понимаются показатели фугасного действия боеприпаса (избыточное давление на фронте ударной волны, удельный импульс ударной волны), показатель зажигательного действия боеприпаса, показатель пробивного действия боеприпаса, показатель инициирующего действия боеприпаса, показатель аэроудара и т.д.

Например, фугасное действие боеприпаса дистанционного действия определяется ударной волной, возникающей в окружающей среде при его подрыве. Показателями фугасного действия такого боеприпаса применительно к его воздействию на исследуемый объект обычно считают избыточное давление на фронте ударной волны и удельный импульс ударной волны [2].

Широко известная формула для определения избыточного давления на фронте ударной волны имеет вид [2]:

где A, B, C - константы, определяемые при проведении экспериментов для каждого боеприпаса индивидуально.

Формула для определения удельного импульса имеет вид

,

где Δр - избыточное давление ударной волны,

τ - время действия фазы сжатия ударной волны.

Таким образом, для того чтобы правильно определять показатели фугасного действия конкретного боеприпаса дистанционного действия, необходимо уметь измерять давление и импульс ударной волны, возникающей в окружающей среде в результате его подрыва. Для этого авторами разработан прибор, защищенный патентами РФ №2367919 и №2395794. В результате проведения экспериментов по подрыву боеприпаса, измерения давления и импульса ударной волны, обработки результатов экспериментов появляется возможность уточнения констант A, B, C в формуле (2) (избыточное давление на фронте ударной волны) и построения эмпирической расчетной зависимости для определения удельного импульса ударной волны применительно к данному конкретному боеприпасу.

Далее полученные зависимости используются при определении вероятности поражения исследуемого объекта за счет фугасного действия боеприпаса.

При попадании элементов поля поражения боеприпаса дистанционного действия в исследуемый объект он может быть поражен за счет зажигательного действия поля поражения, инициирующего поля поражения, пробивного действия поля поражения, аэро(гидро) удара.

Зажигательное действие поля поражения боеприпаса дистанционного действия предлагается определять величиной текущего показателя зажигательной способности К_т, который определяют по формуле , где I₁ - величина светового импульса излучения лицевого факела металлических частиц, выбиваемых из металлической пластины поражающими элементами опытной боевой части, I_и - величина светового импульса излучения лицевого факела металлических частиц, выбиваемых из металлической пластины поражающими элементами исследуемой боевой части боеприпаса дистанционного действия.

Инициирующее действие поля поражения дистанционного боеприпаса предлагается определять величиной текущего показателя инициирования по формуле , где К₂ - величина показателя инициирования на основании усредненных параметров инициирующей ударной волны для пассивного заряда взрывчатого вещества в инертном исполнении для случая механического разрушения пассивного заряда взрывчатого вещества полем поражения опытной боевой части, К_и - величина показателя инициирования на основании усредненных параметров инициирующей ударной волны для пассивного заряда взрывчатого вещества в инертном исполнении для поля поражения боевой части испытываемого боеприпаса дистанционного действия.

Пробивное действие боеприпаса дистанционного действия определяется величиной показателя пробивной способности поля поражения боеприпаса по формуле , где V₁ - средняя скорость поля поражения испытываемого боеприпаса до пробития закрепленной преграды заданной толщины, V₂ - средняя скорость поля поражения исследуемого боеприпаса после пробития закрепленной преграды заданной толщины.

Величина показателя аэроудара поля поражения испытываемого боеприпаса определяется по формуле П_a=Э_уд/С₀, где Э_уд - энергия аэроудара в типовом отсеке, С₀ - энергетический критерий разрушения.

Распределение поражающих элементов поля поражения боеприпаса дистанционного действия по форме, массам, направлениям и скорости разлета определяется первым блоком 3 неконтактных датчиков.

Первый блок 3 неконтактных датчиков может быть выполнен, например, в виде специальной мишенной обстановки, представляющей собой полуцилиндр, улавливающий часть поражающих элементов поля поражения боеприпаса дистанционного действия, летящих в направлении, определяемом двугранным углом Δθ (фиг.5). Щиты полуцилиндра устанавливаются на одинаковом расстоянии R от центра БЧ дистанционного боеприпаса. Угол φ разбивается на угловые секторы шириной Δφ_j=φ_j-φ_j-1 (j=1, 2, …, n), границы которых на щитах обозначены вертикальными линиями. Линии пересечения полуцилиндра плоскостями двугранного угла вместе с вертикальными линиями образуют площадки, улавливающие поражающие элементы, летящие в направлениях, ограниченных углами Δθ и Δφ_j. При взрыве боеприпаса дистанционного действия неконтактными датчиками фиксируются пробоины, число Δn_j которых подсчитывается в каждой площадке. Число Δn_j увеличивается в раз и тем самым определяется количество поражающих элементов ΔN_j, летящих в угловом секторе Δφ_j, примыкающем к углу φ_j. Далее находится относительное число поражающих элементов и рассчитывается соответствующая высота столбца гистограммы

, j=1,2, …, n.

Примерный вид гистограммы, а также сглаживающая кривая приведены на фигуре 6.

Аналогичным способом можно построить и статистическую зависимость

,

в которой - количество поражающих элементов, летящих в конусе, определяемом углом φ_j относительно оси БЧ боеприпаса дистанционного действия.

Функции f(φ) и F(φ) принято называть соответственно дифференциальным и интегральным законами распределения поражающих элементов по направлениям разлета. Между собой они связаны обычными соотношениями

,

.

Закон распределения поражающих элементов по углу разлета в меридиональной плоскости дает возможность определить плотность поля поражения в любой точке в окрестности точки подрыва.

Пульты управления названы авторами многофункциональными, т.к. они выполняют функции снятия результатов измерений с измерителей параметров быстропротекающих процессов, обработки результатов измерений, их долговременного хранения и накопления, неконтактной (контактной) передачи, обеспечивают высокую оперативность снятия результатов измерений, сигнализацию об исправности пульта управления и готовности его к использованию.

При получении (уточнении) зависимостей, связывающих показатели, характеризующие поражающее действие боеприпаса дистанционного действия с параметрами физических факторов боеприпаса при минимально необходимом числе испытаний в заявляемом способе используется следующий методический подход.

Известно, что при исследовании процесса поражения исследуемого объекта при воздействии по нему боеприпаса дистанционного действия возможно получение (уточнение известных) расчетных алгоритмов или зависимостей, связывающих показатели Y={y_e}, характеризующие поражающее действие боеприпаса, с параметрами воздействия, которые описываются некоторым множеством X={xj}.

Для этого необходимо спланировать, провести эксперименты, обработать их данные, чтобы получить некоторое семейство функций

где {х₁,х₂,…,x_N}={x_i}.

Таким образом, выражение (3) является функцией ряда параметров. Значение у_е является случайной величиной. Входные параметры x_i в опытах могут задаваться целенаправленно на необходимом для получения зависимости (3) уровне, т.е. детерминированно. Связь между {y_е} и {x_i} характеризуется нежесткими соотношениями, а зависимость (3) является не функциональной, а стохастической. В этом случае связь зависимой переменной y_е от независимых переменных {x_i} может быть представлена уравнением регрессии (регрессионной моделью), а в основе статистического анализа экспериментальных данных для ее построения лежат методы регрессионного анализа.

Процесс построения регрессионной модели вида (3) в [3, 4, 5] рекомендуется разделить на несколько этапов, а именно:

планирование эксперимента;

проведение эксперимента - получение экспериментальных данных и их первичная обработка;

статистический анализ экспериментальных данных и построение регрессионной модели.

На этапе планирования эксперимента:

определяются входные переменные, области их варьирования, уровни, проводится их преобразование;

определяются выходные переменные, способы и погрешность их измерения;

выбирается структура регрессионной модели;

разрабатывается план эксперимента - выбираются экспериментальные точки.

На этапе получения экспериментальных данных: проводятся опыты, вычисления значений выходных переменных; проводятся обобщение и первичный анализ экспериментальных данных.

При построении регрессионной модели:

проверяется выполнение исходных предпосылок, необходимых для построения модели;

оцениваются параметры модели;

проверяется адекватность построенной модели;

оцениваются доверительные интервалы регрессии и прогнозные значения выходной переменной.

Планирование экспериментов позволяет получить зависимости, связывающие показатели, характеризующие поражающее действие испытываемого боеприпаса дистанционного действия, с величинами его физических факторов, при минимально необходимом числе испытаний.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить оперативность и точность получения исходных данных для построения координатного закона поражения исследуемого объекта и вычисления величины интегральной характеристики эффективности поражающего действия боеприпаса дистанционного действия за счет получения (уточнения) в результате испытаний зависимостей, связывающих показатели, характеризующие поражающее действие поля поражения дистанционного боеприпаса, с параметрами физических факторов боеприпаса и техническими характеристиками исследуемого объекта, при минимально необходимом количестве испытаний, а также снизить трудоемкость и стоимость проведения испытаний.

Источники информации

1. Патент РФ на изобретение №2442104, 2012 г.

2. Ф.П.Миропольский, Е.В.Пырьев, В.В.Головенкин, С.В.Хрулин. Авиационные боеприпасы. - М.: ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е.Жуковского и Ю.А.Гагарина», 2010, с.335-342.

3. Демиденко Е.З. Линейная и нелинейная регрессия. - М.: Финансы и статистика, 1981.

4. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. - М: Финансы и статистика, 1986.

5. Айвазян С.А. и др. Прикладная статистика. Справочное издание. - М.: Финансы и статистика, 1983.

Группа изобретений относится к области испытания боеприпасов. Способ заключается в том, что при проведении испытаний определяют в автоматизированном режиме законы распределения поражающих элементов поля поражения боеприпаса по форме, массе, направлениям и скорости разлета, общее число поражающих элементов, величины показателей поражающего действия поля поражения дистанционного боеприпаса. Получают (уточняют) зависимости, связывающие показатели, характеризующие поражающее действие поля поражения дистанционного боеприпаса с величинами его физических факторов и техническими характеристиками поражаемого объекта при минимально необходимом количестве испытаний. Строят координатный закон поражения исследуемого объекта. Определяют величину интегральной характеристики эффективности поражающего действия боеприпаса дистанционного действия для исследуемого объекта. Сравнивают по величине интегральной характеристики дистанционные боеприпасы между собой. Устройство содержит устройство метания, трубку холодной пристрелки, исследуемый объект, первый и второй блоки неконтактных датчиков, блок передающих устройств, блок определения показателей поражающего действия боеприпаса и определения величины интегральной характеристики эффективности боеприпаса, устройство инициирования и взрывную камеру. Достигается повышение оперативности и точности получения исходных данных, а также снижение трудоемкости и стоимости проведения испытаний. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ автоматизированной оценки эффективности поражающего действия боеприпаса дистанционного действия, заключающийся в выделении на чертеже исследуемого объекта отсеков (агрегатов), имеющих различную уязвимость к действию физических факторов боеприпаса, и определении их характеристик уязвимости, описании внешних контуров объекта и его отдельных конструктивных элементов, получении проекции объекта на картинную плоскость, определении частных характеристик поражающего действия боеприпаса, отличающийся тем, что при проведении испытаний определяют в автоматизированном режиме законы распределения поражающих элементов поля поражения боеприпаса по форме, массе, направлениям и скорости разлета, общее число поражающих элементов, величины показателей поражающего действия поля поражения дистанционного боеприпаса, получают (уточняют) зависимости, связывающие показатели, характеризующие поражающее действие поля поражения дистанционного боеприпаса, с величинами его физических факторов и техническими характеристиками поражаемого объекта при минимально необходимом количестве испытаний, строят координатный закон поражения исследуемого объекта, определяют величину интегральной характеристики эффективности поражающего действия боеприпаса дистанционного действия для исследуемого объекта, сравнивают по величине интегральной характеристики дистанционные боеприпасы между собой.

2. Способ автоматизированной оценки эффективности поражающего действия дистанционного боеприпаса по п.1, отличающийся тем, что подрыв дистанционного боеприпаса осуществляют с помощью устройства инициирования во взрывной камере, имеющей щель (щели), размеры которой (которых) позволяют выделять часть (части) поля поражения боеприпаса дистанционного действия, летящую (летящие) в направлении (направлениях), определяемом двугранным углом Δθ, на заданном расстоянии от боеприпаса устанавливают исследуемый объект, до и после взаимодействия поля поражения боеприпаса с исследуемым объектом измеряют физические факторы, которые воздействуют на все или некоторые из n измерителей М физических факторов боеприпаса, фиксируют одно или несколько изменяющихся во времени значений М физических факторов боеприпаса, которые передают на вход первого многофункционального пульта управления, осуществляют первым многофункциональным пультом управления запоминание, предварительную обработку результатов измерений, хранение и передачу результатов измерений в цифровом коде на вход второго многофункционального пульта управления, осуществляют вторым многофункциональным пультом управления получение законов распределений поражающих элементов поля поражения боеприпаса по массе, направлениям и скорости разлета, определение общего числа поражающих элементов, определение числовых значений показателей поражающего действия поля поражения боеприпаса и получение (уточнение) зависимостей, связывающих показатели, характеризующие поражающее действие поля поражения боеприпаса, с параметрами физических факторов, образующихся в окружающей среде в результате его подрыва, их хранение и передачу на вход ЭВМ.

3. Устройство автоматизированной оценки эффективности поражающего действия дистанционного боеприпаса, содержащее устройство метания, трубку холодной пристрелки, исследуемый объект, при этом выход устройства метания через трубку холодной пристрелки оптически связан с точкой попадания боеприпаса в исследуемый объект и координатами формирования физических факторов боеприпаса, первый и второй блоки неконтактных датчиков, блок передающих устройств, блок определения показателей поражающего действия боеприпаса и определения величины интегральной характеристики эффективности боеприпаса, который состоит из последовательно соединенных первого, второго многофункционального пульта управления и ЭВМ, причем n-входы первого и второго блоков неконтактных датчиков оптически связаны с координатами поля поражения после подрыва боеприпаса, а выходы соединены через блок передающих устройств с n-входами первого многофункционального пульта управления, отличающееся тем, что устройство метания боеприпасов выполнено в виде первого набора, содержащего дистанционный боеприпас и набор опытных боевых частей, исследуемый объект выполнен в виде второго набора, состоящего из закрепленной пластины заданной толщины, типового отсека со сменными передней и задней стенками, имитатора типового топливного отсека, типового объекта подрыва, первый блок датчиков выполнен в виде устройства для определения распределений элементов поля поражения дистанционного боеприпаса по форме, массе, направлениям и скорости разлета, дополнительно введены устройство инициирования и взрывная камера, имеющая щель (щели), размеры которой (которых) позволяют выделять часть (части) поля поражения дистанционного боеприпаса, летящую (летящие) в направлении (направлениях), определяемом (определяемых) двугранным углом (двугранными углами) Δθ.

4. Устройство автоматизированной оценки эффективности поражающего действия дистанционного боеприпаса по п.3, отличающееся тем, что микроЭВМ второго многофункционального пульта управления определяет общее число поражающих элементов, законы распределения элементов поля поражения дистанционного боеприпаса по форме, массе, направлениям и скорости разлета, осуществляет определение показателей поражающего действия боеприпаса, фугасного, зажигательного, пробивного, инициирующего, в соответствии со следующим алгоритмом: фугасное действие определяют на основе определения избыточного давления и удельного импульса ударной волны, избыточное давление на фронте ударной волны определяется в соответствии с выражением

где A, B, C - константы, определяемые при проведении экспериментов для каждого дистанционного боеприпаса индивидуально; R - расстояние до точки подрыва боеприпаса; ω - масса взрывчатого вещества боеприпаса, а удельный импульс определяется в виде выражения
,
где Δр - избыточное давление на фронте ударной волны; τ - время действия фазы сжатия ударной волны, величина показателя аэроудара поля поражения испытываемого боеприпаса определяется по формуле П_а=Э_уд/С₀, где Э_уд - энергия аэроудара в типовом отсеке, С₀ - энергетический критерий разрушения, зажигательное действие поля поражения боеприпаса определяется величиной текущего показателя зажигательной способности К_т, который определяют по формуле , где I₁ - величина светового импульса излучения лицевого факела металлических частиц, выбиваемых из металлической пластины поражающими элементами опытной боевой части, I₁ - величина светового импульса излучения лицевого факела металлических частиц, выбиваемых из металлической пластины поражающими элементами исследуемого боеприпаса; пробивное действие боеприпаса определяется величиной показателя пробивной способности поля поражения боеприпаса по формуле , где V₁ - средняя скорость поля поражения исследуемого боеприпаса до пробития закрепленной преграды заданной толщины, V₂ - средняя скорость поля поражения исследуемого боеприпаса после пробития закрепленной преграды заданной толщины; инициирующее действие определяется величиной текущего показателя инициирования по формуле , где K₂ - величина показателя инициирования на основании усредненных параметров инициирующей ударной волны для пассивного заряда взрывчатого вещества в инертном исполнении для случая механического разрушения пассивного заряда взрывчатого вещества полем поражения опытной боевой части, К_и - величина показателя инициирования на основании усредненных параметров инициирующей ударной волны для пассивного заряда взрывчатого вещества в инертном исполнении для поля поражения испытываемого боеприпаса.

5. Устройство автоматизированной оценки эффективности поражающего действия дистанционного боеприпаса по п.3, отличающееся тем, что ЭВМ на основе полученных показателей и зависимостей строит координатный закон поражения исследуемого объекта с учетом его характеристик уязвимости и вычисляет величину интегральной характеристики эффективности поражающего действия боеприпаса дистанционного действия, при этом для координатного закона поражения интегральной характеристикой эффективности поражающего действия боеприпаса является приведенная площадь поражения S_пр.