1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Khả năng vượt hệ thống phòng không đối phương có ý nghĩa quyết định đối với hiệu
quả chiến đấu của tên lửa đối hạm (TLĐH). Hầu hết các TLĐH đều có chế độ tự dẫn giai
đoạn cuối nên có xác suất trúng đích rất cao trong điều kiện không bị đánh chặn. Mục tiêu
của TLĐH là các loại tàu chiến với diện tích phản xạ hiệu dụng rất lớn lại chuyển động
chậm cho nên nếu không có hệ thống phòng không chống trả thì rất dễ bị tiêu diệt. Hệ
thống phòng không của các tàu chiến hiện đại có tính năng chiến đấu rất cao và là “rào
cản” chính ngăn TLĐH bay đến mục tiêu, đặc biệt là các tên lửa phòng không (TLPK) và
pháo phòng không tầm gần.
Để tiêu diệt được mục tiêu, TLĐH cần thực hiện hai nhiệm vụ: vượt hỏa lực phòng
không và đánh trúng tàu đối phương với hiệu quả cao nhất. Đối với nhiệm vụ thứ nhất,
giải pháp thường dùng là cơ động với quỹ đạo phức tạp để làm tăng độ trượt của TLPK.
Các tài liệu [1-3] chỉ ra dạng cơ động điển hình của các phương tiện tấn công đường
không chống TLPK là cơ động hình sin, trong đó, cơ động “ống không gian” gây khó khăn
nhất cho TLPK. Đối với nhiệm vụ thứ hai, bằng cách điều khiển góc tiếp cận khi gặp mục
tiêu sẽ làm tăng hiệu quả của đầu đạn.
Trong bài báo này, các tác giả đưa ra một luật dẫn mới cho TLĐH có thể tạo ra chuyển
động “ống không gian” để vượt hỏa lực phòng không và gặp tàu theo góc chỉ định để làm
tăng hiệu quả của đầu đạn. Trước tiên, tổng hợp một luật dẫn phẳng đối với mục tiêu cố
định bằng cách kết hợp một gia tốc lệnh hình sin cho trước với một gia tốc lệnh tự dẫn sao
cho TLĐH cơ động lượn sóng đến gặp mục tiêu với độ trượt bằng không và góc tiếp cận
mong muốn trong khi tối thiểu năng lượng điều khiển. Sau đó, áp dụng đồng thời luật cơ
động phẳng này cho mặt phẳng đứng và ngang với cường độ và tần số của hai gia tốc lệnh
hình sin như nhau, độ lệch pha là 900 để tổng hợp luật cơ động “ống không gian”. Cường
độ, tần số của hai gia tốc lệnh hình sin được xem như là tham số quỹ đạo của TLĐH. Do
độ trễ phản ứng là một trong những yếu tố quan trọng nhất gây ra độ trượt, nên trong bài
viết này, động học hệ thống được đơn giản hóa như một khâu trễ bậc nhất khi tổng hợp
luật dẫn. Dùng mô phỏng số để đánh giá các đặc trưng của luật dẫn đề xuất.
12 trang |
Chia sẻ: thanhle95 | Lượt xem: 264 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu tổng hợp luật cơ động kiểu “Ống không gian” cho tên lửa đối hạm chống tên lửa phòng không tàu đối phương, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 67, 6 - 2020 13
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP LUẬT CƠ ĐỘNG KIỂU “ỐNG KHÔNG
GIAN” CHO TÊN LỬA ĐỐI HẠM CHỐNG TÊN LỬA PHÒNG
KHÔNG TÀU ĐỐI PHƯƠNG
Bùi Quốc Dũng1*, Đàm Hữu Nghị1, Lê Kỳ Biên2
Tóm tắt: Bài báo trình bày một luật dẫn có thể tạo ra chuyển động “ống không
gian” cho tên lửa đối hạm. Luật dẫn này đảm bảo dẫn tên lửa đối hạm tới gặp tàu
với góc tiếp cận chỉ định đồng thời gây khó khăn cho tên lửa phòng không khi đánh
chặn. Mô phỏng số để khảo sát các đặc trưng của luật dẫn đã tổng hợp.
Từ khóa: Cơ động, ống không gian; Tên lửa đối hạm; Tên lửa phòng không.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Khả năng vượt hệ thống phòng không đối phương có ý nghĩa quyết định đối với hiệu
quả chiến đấu của tên lửa đối hạm (TLĐH). Hầu hết các TLĐH đều có chế độ tự dẫn giai
đoạn cuối nên có xác suất trúng đích rất cao trong điều kiện không bị đánh chặn. Mục tiêu
của TLĐH là các loại tàu chiến với diện tích phản xạ hiệu dụng rất lớn lại chuyển động
chậm cho nên nếu không có hệ thống phòng không chống trả thì rất dễ bị tiêu diệt. Hệ
thống phòng không của các tàu chiến hiện đại có tính năng chiến đấu rất cao và là “rào
cản” chính ngăn TLĐH bay đến mục tiêu, đặc biệt là các tên lửa phòng không (TLPK) và
pháo phòng không tầm gần.
Để tiêu diệt được mục tiêu, TLĐH cần thực hiện hai nhiệm vụ: vượt hỏa lực phòng
không và đánh trúng tàu đối phương với hiệu quả cao nhất. Đối với nhiệm vụ thứ nhất,
giải pháp thường dùng là cơ động với quỹ đạo phức tạp để làm tăng độ trượt của TLPK.
Các tài liệu [1-3] chỉ ra dạng cơ động điển hình của các phương tiện tấn công đường
không chống TLPK là cơ động hình sin, trong đó, cơ động “ống không gian” gây khó khăn
nhất cho TLPK. Đối với nhiệm vụ thứ hai, bằng cách điều khiển góc tiếp cận khi gặp mục
tiêu sẽ làm tăng hiệu quả của đầu đạn.
Trong bài báo này, các tác giả đưa ra một luật dẫn mới cho TLĐH có thể tạo ra chuyển
động “ống không gian” để vượt hỏa lực phòng không và gặp tàu theo góc chỉ định để làm
tăng hiệu quả của đầu đạn. Trước tiên, tổng hợp một luật dẫn phẳng đối với mục tiêu cố
định bằng cách kết hợp một gia tốc lệnh hình sin cho trước với một gia tốc lệnh tự dẫn sao
cho TLĐH cơ động lượn sóng đến gặp mục tiêu với độ trượt bằng không và góc tiếp cận
mong muốn trong khi tối thiểu năng lượng điều khiển. Sau đó, áp dụng đồng thời luật cơ
động phẳng này cho mặt phẳng đứng và ngang với cường độ và tần số của hai gia tốc lệnh
hình sin như nhau, độ lệch pha là 900 để tổng hợp luật cơ động “ống không gian”. Cường
độ, tần số của hai gia tốc lệnh hình sin được xem như là tham số quỹ đạo của TLĐH. Do
độ trễ phản ứng là một trong những yếu tố quan trọng nhất gây ra độ trượt, nên trong bài
viết này, động học hệ thống được đơn giản hóa như một khâu trễ bậc nhất khi tổng hợp
luật dẫn. Dùng mô phỏng số để đánh giá các đặc trưng của luật dẫn đề xuất.
2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.1. Xây dựng bài toán tổng hợp luật dẫn phẳng cho TLĐH
Trên hình 1a mô tả mối quan hệ động hình học giữa TLĐH (ký hiệu là M) với tàu mục
tiêu (ký hiệu là T) trong mặt phẳng nằm ngang. Hai hệ tọa độ được sử dụng để mô tả
chuyển động của TLĐH: hệ tọa độ quán tính I IOX Z và hệ tọa độ dẫn Oxz , trong đó,
trục Ox trùng với phương đường ngắm ban đầu, được sử dụng để tuyến tính hóa và trục
Oz vuông góc với nó. Mục tiêu được xem là đứng yên tại tọa độ ( , )F FT x z . TLĐH
Tên lửa & Thiết bị bay
B. Q. Dũng, Đ. H. Nghị, L. K. Biên, “Nghiên cứu phòng không tàu đối phương.” 14
chuyển động với vận tốc MV không đổi trong suốt quá trình bay với góc vòng quỹ đạo
trong hệ tọa độ Oxz và góc 0 trong hệ tọa độ quán tính, ở đây, 0 là góc
đường ngắm ban đầu cũng là góc liên hệ giữa hai hệ tọa độ. Gia tốc của tên lửa Ma vuông
góc với vận tốc của nó. Thời điểm ban đầu 0t là lúc bắt đầu vào tự dẫn TLĐH có tọa
độ tại 0 0 0( , )M x z với góc vòng 0 trong hệ tọa độ dẫn và 0 0 0 trong hệ tọa độ
quán tính, thời điểm kết thúc t T là lúc tên lửa gặp tàu mục tiêu tại ( , )F FT x z với góc
tiếp cận F trong hệ tọa độ dẫn và 0F F trong hệ tọa độ quán tính. Các ký hiệu
0( , ), , , ,M x z D D tương ứng với tọa độ tức thời của TLĐH, cự li ban đầu, cự li tức
thời tên lửa – mục tiêu, góc đường ngắm trong hệ tọa độ dẫn Oxz và góc đường ngắm
trong I IOX Z .
Hình 1a. Động hình học của TLĐH trong mặt phẳng nằm ngang.
Hình 1b. Cấu trúc gia tốc lệnh của TLĐH trong mặt phẳng nằm ngang.
Theo sơ đồ động hình học hình 1a, ta có các phương trình mô tả chuyển động của tên
lửa trong hệ tọa độ dẫn Oxz như sau:
0cos , (0)Mx V x x (1)
0sin , z(0)Mz V z (2)
0/ , (0)M Ma V (3)
Tuyến tính hóa (1), (2) theo giả định nhỏ, ta có:
0, (0)Mx V x x (4)
0, z(0)Mz V z (5)
Nếu xem hệ thống điều khiển của TLĐH là khâu trễ bậc nhất với hằng số thời gian ,
thì ta có phương trình động học sau:
0( ) / , (0)M M M M Ma u a a a (6)
Ở đây, Mu là gia tốc lệnh của luật dẫn xây dựng theo cấu trúc trên hình 1b.
Eu
+
1
1s
Cu
Mu Ma
Ma
MV
MV
0
0
0
F
F
0D
D
MV
- Fz z
//x
//z
//ZI
// IX 0 0 0( , )x zM
( , )x zM
( , )F Fx zT
O IX
x
IZ z
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 67, 6 - 2020 15
M E Cu u u (7)
Trong đó, Cu là thành phần gia tốc lệnh điều khiển TLĐH gặp tàu với góc tiếp cận
được chỉ định, Eu là thành phần gia tốc lệnh đưa vào trước để tạo ra cơ động hình sin với
cường độ k và tần số .
sinEu k t (8)
Đặt sinSa t và cosCa t , ta có:
E Su ka (9)
0, (0)
M S C
M M M
a ka u
a a a
(10)
0, (0)S C S Sa a a a (11)
0, (0)C S C Ca a a a (12)
Để tìm thời gian dẫn TLĐH đến gặp tàu ta tích phân hai vế phương trình (4) trong
khoảng thời gian [0, ]T , ta có:
0( ) /F MT x x V (13)
Đặt véc tơ trạng thái của hệ thống là:
[ ]TM S Cz a a ax (14)
Từ (5), (3), (10), (11), (12) ta thu được hệ phương trình không gian trạng thái của hệ
thống sau đây:
Cu x Ax B (15)
Trong đó:
0 0 0 0 0
0 0 1/ 0 0 0
, 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0
0 0
M
M
V
A Bk
V
(16)
Với 1/ .
Bây giờ, xem xét bài toán điều khiển tối ưu để tối thiểu hóa phiếm hàm chỉ tiêu chất
lượng sau:
2
0
1
2
T
CJ u dt (17)
Và tuân theo động học hệ thống (15) với điều kiện ràng buộc cuối TLĐH gặp tàu mục
tiêu với độ trượt bằng không và góc tiếp cận theo chỉ định, tức là:
( ) , ( )F Fz T z T (18)
Bằng cách giải bài toán tối ưu ở trên, chúng ta có được luật dẫn tối ưu giá trị lệnh điều
khiển (tối ưu năng lượng) để đưa TLĐH tới gặp tàu với góc tiếp cận mong muốn và tạo ra
cơ động lượn sóng hình sin chống lại TLPK.
Tên lửa & Thiết bị bay
B. Q. Dũng, Đ. H. Nghị, L. K. Biên, “Nghiên cứu phòng không tàu đối phương.” 16
2.2. Tổng hợp luật dẫn phẳng cho TLĐH
Do chỉ cần ràng buộc điều kiện cuối với hai biến ( , )z của véc tơ trạng thái nên có thể
đặt yêu cầu trạng thái cuối của hệ thống dưới dạng:
( ) ( )T Ty Cx (19)
Ở đây, ma trận C được sử dụng để lựa chọn biến trạng thái cần ràng buộc. Để thỏa
mãn ràng buộc (18), ma trận C được lựa chọn như sau:
1 0 0 0 0
0 1 0 0 0
C (20)
Xét một véc tơ trạng thái mới ở thời điểm t bất kì:
( ) ( , ) ( )t T t ty C x (21)
Trong đó, ( , )T t là ma trận cơ sở chuyển trạng thái của hệ (15) . Theo tài liệu [4] ma
trận này thỏa mãn tính chất sau:
( , ) ( , )T t T t A (22)
( , )T T I (23)
Vi phân hai vế của phương trình (21), sau đó, sử dụng (15) và (22) thay vào ta thu
được:
( ) ( ) Ct t uy F (24)
Trong đó:
( ) ( , )t T tF C B (25)
Từ (24) ta thấy, để đạt được trạng thái cuối ( )Ty cần thực hiện điều khiển đối với véc
tơ ( )ty . Khi này, bài toán điều khiển tối ưu được chuyển từ động học hệ thống (15) sang
(24) với biến trạng thái ( )ty .
Áp dụng phương pháp biến phân Euler-Lagrange trình bày trong các tài liệu [4-6] cho
hệ thống mô tả bởi (24), phiếm hàm chỉ tiêu chất lượng (17) và điều kiện cuối (19), ta thực
hiện các bước sau:
Lập hàm Haminton
21( , , ) ( )
2
T
C CH u t t u u p p F (26)
Trong đó, ( )tp là véc tơ đồng trạng thái.
Theo điều kiện cần để có nghiệm tối ưu, ta có:
0 ( ) 0T T TC
C
H
t u
u
p F (27)
( )TCu t F p (28)
Lập phương trình Euler-Lagrange đối với biến đồng trạng thái, ta thu được:
0
T
Td H d
dt y dt
p p
(29)
0 const p p (30)
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 67, 6 - 2020 17
Thay (30) vào (28), ta có:
0( )
T
Cu t F p (31)
Thay (31) vào (24), ta thu được:
0( ) ( )
Tt ty F F p (32)
Tích phân hai vế của phương trình (32) trong khoảng ,t T , ta có:
0( ) ( ) ( ) ( )
T
T
t
T t d
y y F F p
(33)
Đặt:
( ) ( ) ( )
T
T
t
t d G F F (34)
Từ (33) và (34) ta rút ra được:
10 ( ) ( ) ( )t T t
p G y y (35)
Thay (35) vào (31) ta nhận được thành phần gia tốc lệnh Cu như sau:
1( ) ( ) ( ) ( )TCu t t T t
F G y y (36)
Luật điều khiển (36) có thể giải thích như quá trình điều khiển với phản hồi ngược theo
trạng thái dự báo cuối.
Để xác định gia tốc lệnh của luật dẫn Mu theo véc tơ trạng thái ban đầu ( )tx ta thay
(19) và (21) vào (36), ta có:
1 1( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( , ) ( )T TCu t t T t t T t t
F G Cx F G C x (37)
Thay (8) và (37) vào (7) ta nhận được gia tốc lệnh của luật dẫn phẳng cho TLĐH có
dạng như sau:
( ) ( ) ( )Mu t t N t M x (38)
Trong đó:
1( ) ( ) ( ) ( , )Tt t t T t M F G C (39)
1( ) ( ) ( ) ( )T SN t t t T ka
F G Cx (40)
Tiếp theo ta sẽ tính ( )tM và ( )N t thông qua ( , )T t , ( )tF , ( )tG . Theo các tài liệu
[5, 6] ma trận ( , )T t được tính theo công thức sau:
1 1( , ) ( ) ( )T t T t L s I A (41)
Đặt got T t là thời gian bay còn lại tới điểm gặp, ta có:
12 13 14 15
23 24 25
33 34 35
44 45
54 55
1
0 1
( , ) ( ) 0 0
0 0 0
0 0 0
goT t t
(42)
Tên lửa & Thiết bị bay
B. Q. Dũng, Đ. H. Nghị, L. K. Biên, “Nghiên cứu phòng không tàu đối phương.” 18
Trong đó:
12 13 2
1 exp( )
;
go go
M go
t t
V t
2 2 2
14 2 2 2
( ) ( sin cos ) exp( )
( )
go go got t t
k
2 2 2 3
15 2 2 2
( 1)( ) ( sin cos ) exp( )
( )
go go go got t t t
k
23 24 2 2
1 exp( ) ( sin cos ) exp( )
;
( )
go go go go
M M
t t t t
k
V V
2 2 2
25 2 2
( ) ( sin cos ) exp( )
( )
go go go
M
t t t
k
V
33 34 2 2
( sin cos ) exp( )
exp( );
go go go
go
t t t
t k
35 2 2
( sin cos ) exp( )go go got t t
k
44 45 54 55cos , sin , sin , cosgo go go got t t t
Từ (25) ta xác định được ma trận ( )gotF như sau:
2
13 2 13 13 23
2
23 13 23 23
( ) ( ) ; ( ) ( )Tgo go go got t t t
F C B F F (43)
Thay (43) vào (34) ta tính được ma trận ( )gotG như sau:
0
11 12
21 22
( ) ( ) ( )
go
T
go
t
G G
t d
G G
G F F (44)
Ở đây:
3 2 2
11 3
2 6 6 3 12 3
6
m m m mn n
G
2 2
12 21 222 2
( 1) 2 3 4
;
2 2M M
m n m n n
G G G
V V
4 3 2 3 2
4 2
3 2 2
1
det [( 6 12 12) (4 12 24 24)
12
(2 12 24 12) ]
M
m m m m m m n
V
m m m n
G
Trong đó, , exp( )gom t n m . Ta xác định tiếp
1( )got
G bằng công thức sau:
22 121
12 11
1
( )
det
go
G G
t
G GG
G (45)
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 67, 6 - 2020 19
Từ đây, theo công thức (39), (40) ta tính được ( )gotM và ( )goN t như sau:
1 1 2 3 4 5( ) ( ) ( ) ( )
T
go go go got t t t M M M M M
M F G C (46)
Trong đó:
1 13 22 23 12 2 23 11 12 13 22 12 23 13 12( ); [ ( ) ]
det det
M G G M G G G
G G
2 2
3 23 11 13 22 13 23 12( 2 )
det
M G G G
G
4 23 24 11 13 14 22 13 24 23 14 12[ ( ) ]
det
M G G G
G
5 23 25 11 13 15 22 13 25 23 15 12[ ( ) ]
det
M G G G
G
Và
1
1 2 3( ) ( ) ( ) ( )
T
go go go S F F SN t t t T ka N z N N a
F G Cx (47)
Trong đó:
1 13 22 23 12 1 2 23 11 13 12 3( ) ; ( );
det det
N G G M N G G N k
G G
Thay (46), (47) vào (38) ta thu được phương trình luật dẫn như sau:
( ) ( )M go gou t N t M x (48)
Khai triển và biến đổi (48) ta có:
1 2 1 2 3
4 3 5
[( ) ] ( )
( )
M F M go M go F M
S C
u N z z V t M N V t N M a
M N a M a
(49)
Từ quan hệ động hình học hình 1a, ta có:
0 (50)
Vì Fz z D nên có thể xem nhỏ, ta có xấp xỉ gần đúng sau:
sin ( ) / ( ) / ( )F F M goz z D z z V t (51)
Vi phân hai vế (52) theo thời gian t với lưu ý godt dt và kết hợp (51), ta có:
2
( )F go
M go
z z zt
V t
(52)
Mặt khác, từ công thức tính độ trượt [1] kết hợp với biểu thức (53), ta được:
2 ( ) ( )M go F go F M goh V t z z zt z z V t (53)
Thay (53) vào (49) ta viết lại phương trình luật dẫn dưới dạng như sau:
2
1 2 1 2 3
4 3 5
( )
( )
M M go M go F M
S C
u N V t M N V t N M a
M N a M a
(54)
Theo (54), các thành phần Cu và Eu trong luật dẫn được xác định lại như sau:
Tên lửa & Thiết bị bay
B. Q. Dũng, Đ. H. Nghị, L. K. Biên, “Nghiên cứu phòng không tàu đối phương.” 20
2
1 2 1 2 3( )C M go M go F Mu N V t M N V t N M a (55)
4 3 5( )E S Cu M N a M a (56)
Ở đây, got có thể được tính theo công thức gần đúng /got D D .
Thành phần (55) có thể xem như luật dẫn tiếp cận tỉ lệ tăng cường khi tính tới góc gặp
mục tiêu và hệ thống điều khiển có độ trễ. Thành phần (56) tạo ra cơ động vì các tín hiệu
Sa và Ca là hàm điều hòa.
Xem xét trường hợp TLĐH không cơ động và hệ thống điều khiển là lí tưởng (k = 0,
τ → 0, uE = 0), ta thấy, Mu trở thành luật dẫn tiếp cận tỉ lệ tăng cường như sau:
2 2
6 ( ) 6 [ ( )]M C M M F M M MzF Mz
D D
u u V V V V V V t
D D
(57)
Vẫn trường hợp này nhưng không có ràng buộc về góc gặp mục tiêu, khi đó, Mu trở
thành luật dẫn tiếp cận tỉ lệ thuần túy.
Trường hợp TLĐH có cơ động, hệ thống điều khiển lí tưởng ( 0, 0k ), ta có gia
tốc lệnh của luật dẫn như sau:
M C Eu u u (58)
Trong đó, Cu xác định theo (58), Eu tính theo (57) và được viết lại dưới dạng sau:
1 2E S Cu E a E a (59)
Ở đây,
2 2
1 4 3 2 2
2 sin 6cos 6go go go go
go
t t t t
E M N k
t
(60)
2 5 2 2
6sin 2 cos 4go go go go
go
t t t t
E M k
t
(61)
Áp dụng quy tắc tính giới hạn L’Hospital, ta có 1 2, 0E E khi 0got , tức là
0Eu khi 0got . Điều này có nghĩa, thành phần gia tốc lệnh tạo ra cơ động sẽ tắt dần
khi TLĐH tiến gần tới mục tiêu và thành phần gia tốc lệnh tự dẫn trở nên chiếm ưu thế để
đảm bảo đưa TLĐH tới gặp mục tiêu.
2.3. Tổng hợp luật cơ động “ống không gian” cho TLĐH
Bằng cách áp dụng luật cơ động phẳng đồng thời cho mặt phẳng đứng và ngang ta có
thể tổng hợp được luật cơ động “ống không gian”. Trên hình 2 động hình học không gian
của TLĐH được mô tả trong hai hệ tọa độ: hệ tọa độ quán tính I I IOX Y Z và hệ tọa độ dẫn
Oxyz , trong đó, trục Ox có phương trùng với đường ngắm ban đầu. Trong hệ tọa độ dẫn
Oxyz , các kí hiệu , lần lượt là góc vòng và góc nghiêng quỹ đạo, Mya là gia tốc đạt
đượt trong mặt phẳng đứng vuông góc với véc tơ MV , Mza là gia tốc trong mặt phẳng
ngang vuông góc với hình chiếu của véc tơ MV trên mặt phẳng ngang. Hệ tọa độ dẫn liên
hệ với hệ tọa độ quán tính thông qua ma trận cos-sin định hướng với hai góc đường ngắm
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 67, 6 - 2020 21
ban đầu
0 0,y z . Góc vòng và góc nghiêng quỹ đạo trong hệ tọa độ quán tính lần lượt là
0 0; z y .
Các phương trình chuyển động của TLĐH trong hệ tọa độ dẫn Oxyz :
cos cos ; sin ; cos sinM M Mx V y V z V
/ ; / ( cos )My M Mz Ma V a V
( ) / ; ( ) /My My My Mz Mz Mza u a a u a (62)
Trong đó, ,My Mzu u tương ứng là gia tốc lệnh của luật dẫn trong mặt phẳng đứng và mặt
phẳng ngang được xác định theo công thức của luật dẫn phẳng (49), ta có:
( ) ( ), [ ]My go y y go y My Sy Cyu t N t y a a a M x x (63)
( ) ( ), [ ]Mz go z z go z Mz Sz Czu t N t z a a a M x x (64)
Hình 2. Động hình học của TLĐH trong không gian.
Ở đây, ta thấy, ma trận hệ số dẫn M sử dụng trong (63) và (64) là như nhau, điều này
có nghĩa, cường độ và tần số của cơ động trên mặt phẳng đứng và ngang giống nhau. yN ,
zN xác định theo công thức (47) tương ứng với các tham số trong mặt phẳng đứng và
ngang. Độ lệch pha giữa ( ,Sy Cya a ) và ( ,Sz Cza a ) là 90
0. Như vậy, các tham số ,k xác
định quỹ đạo cơ động trong không gian cho TLĐH.
3. MÔ PHỎNG, TÍNH TOÁN, THẢO LUẬN
Để đánh giá các đặc trưng của luật dẫn tổng hợp được, ta thực hiện mô phỏng khảo sát
khả năng vượt hỏa lực phòng không của TLĐH trước sự đánh chặn của TLPK và khả năng
gặp mục tiêu theo góc chỉ định. Các tham số quỹ đạo cơ động “ống không gian” cho
TLĐH gồm 0.3 rad/s, 100k , độ lệch pha 900. Điều kiện ban đầu và các ràng
buộc cuối của TLĐH được tóm tắt trong bảng 1. Thông số kỹ thuật của cả TLĐH và
TLPK được tóm tắt trong bảng 2.
Bảng 1. Điều kiện đầu và ràng buộc cuối của TLĐH.
Điều kiện đầu – cuối ( , , ) [m]I I IX Y Z ( , ) [độ]
Điều kiện ban đầu (-7000, 10, -1000) (20, 10)
Ràng buộc cuối (0, 0, 0) (-10, 0)
MV
Mya
Mza
//x
//y
//z
( , , )x y zM
IX
x
IY y
z
IZ
O
0z
0y
Tên lửa & Thiết bị bay
B. Q. Dũng, Đ. H. Nghị, L. K. Biên, “Nghiên cứu phòng không tàu đối phương.” 22
Bảng 2. Thông số kỹ thuật của TLĐH và TLPK.
Tên lửa TLĐH TLPK
Luật dẫn sử dụng “ống không gian” tiếp cận tỉ lệ (N=3)
Tốc độ [m/s] 300 600
Gia tốc cực đại [g] 10 20
Hằng số thời gian [s] 0.5 0.1
Đầu tiên, khảo sát các đặc trưng bay của TLĐH. Hình 3 cho thấy, quỹ đạo cơ động là
dạng “ống không gian”, còn không cơ động là một đường cong. Hình 4 chỉ ra, gia tốc cơ
động có dạng hàm điều hòa với biên độ giảm dần và góc quỹ đạo tiến về góc gặp mục tiêu
theo chỉ định ở bảng 1. Các gia tốc chiếu lên mặt phẳng y-z có dạng xoắn ốc sẽ làm tăng
độ trượt của TLPK (hình 5).
Hình 3. So sánh quỹ đạo của TLĐH có cơ động và không cơ động.
Hình 4. Sự thay đổi gia tốc và góc quỹ đạo của TLĐH theo thời gian bay.
Hình 5. Gia tốc của TLĐH trên mặt phẳng y-z và độ trượt của TLPK.
Tiếp theo, khảo sát khả năng vượt hỏa lực phòng không của TLĐH. Giả thiết rằng, các
TLPK được phóng liên tiếp từ tàu mục tiêu cứ sau 50m bay của TLĐH từ cự li xa đến cự li
gần của vùng phóng. Nếu độ trượt của TLPK khi gặp TLĐH nhỏ hơn bán kính hoạt động
của ngòi nổ vô tuyến thì coi như TLPK đã chặn được TLĐH. Đối tượng TLPK trong các
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 67, 6 - 2020 23
mô phỏng là tầm gần nên theo các tài liệu thuyết minh kỹ thuật bán kính hoạt động của
ngòi nổ vô tuyến vào khoảng 5 m. Tổng cộng 100 TLPK được phóng cho đến khi TLĐH
bay tới cự li gần của vùng phóng (cách mục tiêu 2 km). Theo kết quả mô phỏng trong bảng
3, ta thấy, tất cả TLPK đều chặn được TLĐH sử dụng luật dẫn không cơ động, trong khi
chỉ có 49 TLPK chặn được TLĐH sử dụng luật cơ động “ống không gian”. Trong bài báo
này, tạm xem khả năng vượt hỏa lực p