1.5.1 Выбор критерия оптимизации, системы ограничений и вектора оптимизируемых параметров

Оптимизация ствольного комплекса проводилась по двум направлениям. В первом направлении за целевую функцию была принята стоимость выполнения боевой задачи (подавление открытой живой силы). Задача сводилась к минимизации принятой целевой функции. Так как решается задача для уже существующих единиц вооружения, то существуют параметры, у которых пределы изменения строго ограничены. Для фиксации этих параметров вводят так называемый вектор ограничений. Во втором направлении целевой функцией являлась максимальная дальность, до которой мог долететь снаряд. Боевая задача не изменялась. Далее будут представлены лучшие варианты оптимизации.

Система ограничений (G):

G = (PMAX ? [PMAX], VOTK ? [V OTK], L ? LГAP)

Вектор оптимизируемых параметров (X):

X = (q, Ik, ?)

1.5.2 Постановка задачи оптимизации баллистического проектирования

Для заданного артиллерийского комплекса и калибра снаряда, подобрать условия заряжания, массу снаряда и порох, удовлетворяющий поставленной задаче.

1.5.3 Выбор метода оптимизации и условий машинного эксперимента (диапазон варьируемых параметров относительно номинального значения), вектор ситуаций, вектор ограничений

Оптимизация производится с помощью ЭВМ в программе Main_pas методом случайного поиска.

Диапазон варьируемых параметров, вектор ситуаций, вектор ограничений:

q - 30 %

Ik, - 30 %

? - 30 %

Y = (..)

G = (PMAX ? [PMAX], VOTK ? [V OTK], L ? LГAP)

Cf - Xmax, СБЗ

ОПТИМИЗАЦИЯ РЕШЕНИЯ.

Оптимизация по стоимости боевой задачи (ПОРОХ 12/7В/А):

ГPAHИЦЫ BAPЬИPУEMЫX ПAPAMETPOB

28.0 52.0 1.1 1.1 3.2 3.2 420.0 780.0 8.2E5 8.2E5

ОПТИМИЗАЦИЯ МЕТОДОМ СЛУЧАЙНОГО ПОИСКА

CF= 14523.140000.5000.5000.5000.5000.5000.0000.000

CF= 14409.150000.4260.2000.5450.4940.4091.0001.000

CF= 14265.830000.5610.1220.4410.4480.2718.0002.000

CF= 14151.750000.5350.0150.2980.4340.48411.0003.000

CF= 14140.090000.5410.0250.2920.4310.48249.0004.000

CF= 14136.770000.5200.0220.2830.4340.47373.0005.000

CF= 14135.960000.5190.0290.2810.4340.477113.0006.000

CF= 14132.250000.5190.0290.2810.4340.477166.0007.000

CF= 14128.010000.5170.0300.2800.4330.477211.0008.000

CF= 14123.940000.5170.0300.2800.4330.477263.0009.000

OPTIM= 14123.940000.5170.0300.2800.4330.477316.0009.000

Дальность полета XX < допустимой

Выбранные значения варьируемых параметров

Масса снаряда кг 40.4

К-т уширения каморы-1.08

Масса метательного заряда кг 3.28

Длина ствола, дульная м 3.23

Плотность заряжания кг/м^3 576

Конечный импульс давл. н*с/м^2 820000

Расчетные характеристики

Площадь канала ствола м^2 0.0187

Приведенная длина каморым 0.30

Объём каморы м^3 0.00570

К-т фиктивности -1.09

Мах. давление ПГMПa 220.6

Нач. скорость снарядам/с519

К-т сгорания с.т.-1.00

К-т формы снаряда /43/-1.150

Высота гол. Части клб 2.54

Высота гол. Части м 0.385

Длина ствола м 3.74

Масса ствола кг 560.1

Дальность полета м 12400

Конечная скорость м/с2 90

Угол бросания рад 0.784

Угол падения рад -0.989

Дальность полета/45 гр/м 12400

Ср. ошибки по дальности м 62.9

Ср. ошибки по направлению м 31.4

Потр. кол. изделий на пл-ти-158

Потр. кол. изделий в окопе-28

К-т могущества кг/м^2 158

Параметр Дроздова-1.59

Стоимость пз. и г. у.ед 15.0

Стоимость снаряда у.ед 25.3

Стоимость ствола у.ед 1206.1

Стоимость бз. на пл-ти у.ед 14123.9

Стоимость бз. в окопе у.ед2478.4

Применив данное решение на практике, мы уменьшим стоимость решения БЗ примерно на 2% не в ущерб основным ТТХ.

Оптимизация по максимальной дальности полета (ПОРОХ 15/7):

ГРАНИЦЫ BAPЬИPУEMЫX ПAPAMETPOB

28.0 52.0 1.1 1.1 3.2 3.2 420.0 780.0 1.05E6 1.05E6

ОПТИМИЗАЦИЯ МЕТОДОМ СЛУЧАЙНОГО ПОИСКА

CF= -13493.940000.5850.6470.2320.8800.1128.0000.000

CF= -13578.770000.5170.5700.0000.9160.02813.0001.000

CF= -14018.850000.4680.4250.0421.0000.11415.0002.000

CF= -14319.740000.5750.5910.1191.0000.21116.0003.000

CF= -14338.980000.5820.5960.1271.0000.17944.0004.000

CF= -14340.150000.5830.5960.1260.9990.17888.0005.000

CF= -14340.640000.5820.6000.1261.0000.182127.0006.000

CF= -14341.810000.5810.6070.1171.0000.162146.0007.000

CF= -14342.520000.5810.6070.1161.0000.162199.0008.000

CF= -14343.130000.5810.6060.1151.0000.162252.0009.000

CF= -14343.360000.5820.6010.1181.0000.159280.00010.000

CF= -14343.360000.5820.6010.1181.0000.159333.00011.000

OPTIM= -14343.360000.5820.6010.1181.0000.159386.00011.000

Дальность полета XX < допустимой

Выбранные значения варьируемых параметров

Масса снаряда кг 42.0

К-т уширения каморы-1.08

Масса метательного заряда кг 4.45

Длина ствола, дульная м 3.23

Плотность заряжания кг/м^3 780

Конечный импульс давл. н*с/м^2 1050000

Расчетные характеристики

Площадь канала ствола м^2 0.0187

Приведенная длина каморы м 0.30

Объём каморы м^3 0.00570

К-т фиктивности -1.10

Мах. давление ПГMПa286.2

Нач. скорость снаряда м/с 585

К-т сгорания с.т.-1.00

К-т формы снаряда /43/-1.150

Высота гол. Части клб 2.75

Высота гол. Части м 0.418

Длина ствола м 3.74

Масса ствола кг 663.8

Дальность полета м 12403

Конечная скорость м/с 283

Угол бросания рад 0.475

Угол падения рад -0.717

Дальность полета/45 гр/м 14343

Ср. ошибки по дальности м 61.6

Ср. ошибки по направлению м 30.8

Потр.кол. изделий на пл-ти-153

Потр.кол. изделий в окопе-28

К-т могущества кг/м^2 209

Параметр Дроздова-1.86

Стоимость пз. и г. у.ед 20.5

Стоимость снаряда у.ед 27.0

Стоимость ствола у.ед 1468.9

Стоимость бз. на пл-ти у.ед 16778.4

Стоимость бз. в окопе у.ед 3024.1

Данное же решение дает нам существенный прирост по дальности (порядка 14,5%), но также сильно возрастает и стоимость решения БЗ (около 16,5 %). баллистический неуправляемый реактивный снаряд

Анализируя полученные решения можно отметить, что полученное решение по стоимости БЗ (удешевление на 2%) скорее всего не оправдает себя на практике, т.к. например, даже внесение изменений в уже налаженное производство требуют больших финансовых затрат; решение по увеличению дальности тоже считаю не совсем состоятельным, т.к. полученную дальность с легкостью можно получить, используя уже существующие дальнобойные орудия (пушки), хотя увеличение дальности почти на 1% за 1% стоимости, довольно неплохой результат.

Отличие характеристик штатного снаряда от снаряда после оптимизации

Таблица 4

Вывод: Приняв за постановку задачи оптимизации относительно дешевое улучшение ТТХ или их сохранение при существенном удешевлении выполнения БЗ, считаю изменение штатных характеристик ствольного комплекса не уместным.

Заключение по разделу 1

При анализе системы были получены представления о влиянии параметров ствольного комплекса на дальность стрельбы и стоимость БЗ. Оптимизация показала что существующее (штатное) решение в свое время было весьма удачным.

2. Баллистическое проектирование неуправляемых реактивных снарядов (НРС)

2.1 Постановка задачи

Определить основные конструктивные параметры неуправляемого реактивного снаряда, обеспечивающие минимальную стартовую массу образца, при заданной дальности стрельбы (L =22 000 м) и заданной массе полезной нагрузки (mПН = 45 кг).

2.2 Программное обеспечение баллистического проектирования НРС

Данная часть ПО предназначена для параметрического оценивания и выбора лучшего варианта изделия по одному из критериев - максимальной дальности стрельбы, минимальной стартовой массы, минимальной стоимости неуправляемого реактивного снаряда (НРС), либо минимальной стоимости решения боевой задачи.

Программное обеспечение параметрического анализа и синтеза НРС представлено расчетными модулями (BEC1, ВЕС2, THP, PRIC, RASHOD и SPRUL), поисковыми модулями (POISKM, POISKR, POISKS и POISKnt) и головной программой НРС.exe, через главное окно которой задаются исходные данные (ИД) и окончательно формулируются задачи анализа или синтеза.

Набор ИД, расположенный на пяти тематических панелях и панели формирования задачи, состоит из трех частей: массива FL(20) для задания вектора ситуаций, массива варьируемого параметра DH(16), который содержит ряд значений изучаемого параметра, например, длины заряда AL3, и отдельных параметров, задание значений которым придают конкретный физический смысл задаче. Здесь же фиксируются значения тех параметров, влияние которых в данном "прогоне" не исследуется (например, давление в камере сгорания РТ, калибр изделия D, параметр заряжания m = cвн/ cнар. и т.д.).

Накопление необходимой информации о влиянии выбранных для изучения параметров на массогабаритные, тяговые и баллистические характеристики НРС и ее анализ удобнее проводить, представив выходную информацию в графической форме.

2.3 Параметрический анализ баллистического проектирования НРС

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ АНАЛИЗА НРС

ЗАРЯД ТАНДЕМНЫЙ

ВЕКТОР СИТУАЦИИ

Количество шашек 1

Термохимическая характеристика топлива 320

Мин. технологическая толщина стенки 0.0015

Коэффициент адиабаты 1.244

Пороговая скорость газового потока 100

Работоспособность топлива Дж/кг 850000

Плотность топлива кг/м 31600

Плотность материала камеры кг/м 37840

Предел прочности материала Н/м 2900000000

Закон горения - степенной

Коэффициент V в степенном законе горения 0.574

Коэффициент U1 в степенном законе горения 9E-7

Длина сопловой части, клб. 1.300

Длина оживальной части, клб. 2.500

Коэффициент наполнения БЧ0. 320

Плотность снаряжения БЧ кг/м 31600

Скорость детонации ВВ м/с 7800

Закон сопротивления 1943 года

Коэффициент формы (не используется)2.400

Угол скоса сопел 0.000

Начальный угол бросания 0.785

ВЕКТОР ОГРАНИЧЕНИЙ

Mинимальная дальность 22000

Максимальная длина НРС, клб. 20.000