Індекс рубрикатора НБУВ: З810.41

Рубрики:

Теорія прийняття рішень

Шифр НБУВ: Ж24320 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Досліджено можливість оцінки рівня зносу стволів артилерійських гармат за акустичними полями пострілів. Незважаючи на важливість знання поточного стану стволу, існуючі методи оцінки зносу є недостатньо оперативними. Ці методи надають можливість досить наближені оцінки або вимагають дорогого устаткування. На відміну від відомих методів, запропонований метод є оперативним, не вимагає великих витрат, може бути поєднаний із тренувальними стрільбами та легко автоматизується. Досліджено характеристики балістичної та дульної хвиль, що утворюються під час пострілу з гармати, показано відмінності їх параметрів для стволів без зносу та стволів із критичним рівнем зношеності. Критеріальним показником зносу слугує початкова швидкість снаряда. Показано, що за акустичними характеристиками постріл зі ствола, що має будь-яку ступень зносу, еквівалентний пострілу з гармати меншого калібру. Проведено обчислювальний експеримент на реальних акустичних сигналах, що зареєстровані під час стрільби 155 мм гаубиці. Обрано інформативні ознаки акустичних сигналів від пострілів, що надають можливість автоматично класифікувати стволи на 2 класи - стволи, придатні до використання, та стволи зі зносом, що перевищує критичний. Показано, що застосування методу опорних векторів (SVM) надає можливість впевнено класифікувати стволи за рівнем зносу на підставі часових і спектральних ознак балістичної та дульної хвиль. Під час аналізу акустичних сигналів від пострілів застосовано кумулятивний аналіз спектральних характеристик. Це надало можливість суттєво підвищити ймовірність правильної класифікації стволів. Отримані результати є корисними для практичного застосування в артилерійських підрозділах у польових умовах. Результати досліджень надають можливість розробити автоматизовану систему оцінки стану стволів із високою оперативністю, що забезпечує достатню в бойовій практиці точність оцінки рівня зносу стволів.

Широке застосування трансформаторів струму як в системах релейного захисту, так і в вимірювальних цілях робить досить актуальною задачу оцінки їх похибок. При цьому похибки багатодіпазонних трансформаторів струму з неповним заповненням магнітопроводу витками вторинної обмотки (ВО) визначаються розподілом магнітного поля (МП) у магнітній системі, що залежать від потоків розсіювання обмоток. Проведено аналіз можливостей різних програмних продуктів, що реалізують метод кінцевих елементів для розрахунку електромагнітних систем. За допомогою програмного комплексу FEMM, виконано дослідження розподілу МП трансформатора струму за неповного заповнення магнітної системи витками ВО та за різного розташування зворотного проводу багатовиткової первинної обмотки щодо ВО для трансформатора струму з тороідальною магнітною системою. Для трансформатора з прямокутною магнітною системою виконано моделювання МП за однієї та двох котушок ВО. Отримано характеристики розподілу МП у магнітній системі та нормальної складової поля розсіювання трансформатора. Побудовано діаграми векторів напруженості МП для різних ділянок магнітної системи трансформатора. Показано, що у разі неповного заповнення магнітної системи витками ВО виникає значна нерівномірність розподілу магнітної індукції вздовж магнітопроводу, що призводить до збільшення похибки трансформатора струму. Проведені дослідження показують ефективність застосування методу скінченних елементів для моделювання МП і оцінки похибок трансформаторів струму. Програмне середовище FEMM, використане для дослідження, є універсальною та точною інформаційною технологією аналізу МП трансформаторів струму, зручною для користувачів без спеціальної підготовки.

Розроблено інформаційну технологію (ІТ) автоматизованої оцінки рівня зносу артилерійських стволів. ІТ засновано на аналізі акустичних полів, які супроводжують постріл. Акустичне поле пострілу складається з балістичної хвилі, що супроводжує вилітаючий з надзвуковою швидкістю снаряд, і дульної хвилі, що утворюється при викиді зі стволу порохових газів. Параметри балістичної та дульної хвиль істотно залежать від рівня зносу стволу. Це надає можливість побудувати автоматичний класифікатор стволів за рівнем зносу на підставі аналізу інформативних ознак акустичних сигналів, зареєстрованих мікрофонами поблизу вогневої позиції гармати. В основу ІТ покладено бінарний SVM-класифікатор. Синтезовано набір записів акустичних полів пострілів на основі реальних сигналів, зареєстрованих при стрільбі 155 мм гаубиці. З набору записів сформовано навчальну та тестову вибірку інформаційних ознак для навчання класифікатора та оцінки його якості. Досліджено методи попередньої нормалізації даних навчальної та тестової вибірок. Розроблено методику оптимізації гіперпараметрів класифікатора шляхом поекземплярної крос-валідації. Методика є двоетапним пошуком оптимальних значень гіперпараметрів. На першому етапі пошук здійснюється на експоненційній десяткової сітці. На другому етапі оптимальні значення гіперпараметрів уточняються на лінійній сітці. Сформульовано метод бінарної класифікації артилерійських стволів за рівнем зносу. Перевірка класифікатора на спроможній тестової вибірці показала, що він забезпечує правильну класифікацію зносу стволів з імовірністю 0,94. Розроблено ІТ класифікації артилерійських стволів за рівнем зносу на підставі аналізу акустичних полів пострілів. ІТ складається з трьох стадій: підготовка даних, побудова, навчання та оптимізація бінарного SVM-класифікатор та експлуатація бінарного SVM-класифікатора. Проведено польовий експеримент, що підтвердив правильність основних наукових і технічних рішень. Розроблено автоматизовану систему для класифікації стволів за рівнем зносу.

Розроблено та досліджено фізичні моделі формування балістичної та дульної хвилі, що утворюються при артилерійському пострілі. Перспективним методом оцінки ступеня зносу артилерійських стволів є акустичний безконтактний метод. Однак для його здійснення необхідна роздільна реєстрація балістичної хвилі (БХ) і дульної хвилі (ДХ). Для оцінки можливості такої реєстрації розроблено ряд фізичних моделей. Побудовано модель для розрахунку параметрів БХ, що супроводжує артилерійський постріл. Особливістю запропонованої моделі є заміна задачі про просторове вісесиметричне обтікання поверхні снаряда задачею про плоске обтікання клину. Модель надає можливість визначити значення кута нахилу косого стрибка до напрямку потоку, що набігає на клин, залежно від числа Маха. Розрахунок тиску порохових газів (ПГ), що витікають з дульного зрізу ствола за снарядом, засновано на застосуванні закону збереження енергії для стислих ПГ. Це надає можливість уникнути розв'язання складної модифікованої задачі Лагранжа. Розрахунки показують, що тиск ДХ змінюється в діапазоні 30 - 300 МПа. Запропоновано фізичну модель поширення ДХ на початковому етапі витікання ПГ з каналу ствола. У процесі поширення ДХ на початковому етапі можлива ситуація, за якої ця хвиля потрапить в точку реєстрації раніше БХ. Така ситуація може мати місце, якщо кути прицілювання та розчину клину є малими. За відповідного підбору кута цього явища можна уникнути. Запропонована модель визначає закон поширення ДХ і надає можливість оцінити швидкість її загасання. Встановлено, що вимірювальні мікрофони, які реєструють власне БХ, можна розташовувати на відстанях 50 - 500 м від дульного зрізу. Розроблені моделі є корисними на практиці. За роздільної реєстрації БХ і ДХ можна оцінити початкову швидкість снаряда та рівень зносу стволу.

This paper reports a method for improving the firing efficiency of an artillery unit that results in enhanced effectiveness. Given the modern use of artillery for counter-battery warfare, the effectiveness of shooting is not enough assessed by accuracy only. It is also necessary to take into consideration and minimize the time spent by the unit in the firing position and the consumption of shells to hit the target. It has been shown that in order to assess the effectiveness of an artillery shot due to the initial velocity of the projectile, the most rapid and simple means is to classify the quality of the shot by the acoustic field. A procedure for categorizing the shot has been improved by applying an automatic classifier with training based on a machine of support vectors with the least squares. It is established that the error in the classification of the effectiveness of the second shot does not exceed 0,05. The concept of the effectiveness of a single artillery shot was introduced. Under the conditions of intense shooting, there may be accidental disturbances in each shot due to the wear of the charging chamber of the gun, its barrel, and incomplete information about the powder charge. When firing involves disturbances, the firing of an artillery unit can be described by a model of a discrete Markov chain. Based on the Markov model, a method for improving the efficiency of artillery fire has been devised. The method is based on the identification of guns that produce ineffective shots. The fire control phase of the unit has been introduced. In the process of controlling the fire of the unit, such guns are excluded from further firing. A generalized criterion for the effectiveness of artillery firing of a unit, based on the convolution of criteria, has been introduced. It is shown that the devised method significantly improves the effectiveness of shooting according to the generalized criterion.

Артилерійський постріл супроводжується викидом зі стволу продуктів згоряння порохових газів. Запропоновано використовувати дульний викид для класифікації рівня зносу стволу в процесі стрільби. Проведено натурний експеримент зі швидкісною відеореєстрацією у видимому та інфрачервоному діапазонах динаміки розвитку дульного викиду при стрільбі гармат із бездефектним і зношеним стволом. Дульний викид при пострілі з гармати великого калібру складається з трьох просторових областей: фронтальної та двох бічних, пов'язаних із викидом порохових газів через отвори компенсаторів. Області дульного викиду реєструвалися у бічному та вертикальному ракурсах. Розроблено методику аналізу трьох синхронізованих відеопотоків. Методика надала можливість досить повно дослідити процеси динаміки розвитку дульного викиду у бездефектному та зношеному стволах. Вибрано інформативні ознаки, різні для динаміки дульного викиду з бездефектного та зношеного стволів. Це надало змогу побудувати бінарний класифікатор стану стволів за рівнем зносу на підставі методу опорних векторів із найменшими квадратами. На відміну від класичного SVM класифікатора це надало змогу скоротити час розрахунків і зменшити необхідний розмір навчальної вибірки. Для оцінки якості класифікації запропоновано розраховувати не лише помилки першого та другого роду, а й інтегральний показник - імовірність безпомилкової класифікації. На підставі результатів польового експерименту показано перспективність застосування відеореєстрації динаміки розвитку дульного викиду для класифікації стволів за рівнем зносу. Для підвищення достовірності класифікації запропоновано концепцію універсального бінарного класифікатора, який використовує для діагностики стану стволу як відеореєстрацію дульного викиду, так і акустичні поля пострілу - балістичну та дульну хвилі. На підставі експериментальних даних показано, що застосування для бінарної SVM класифікації всіх фізичних полів, що супроводжують артилерійський постріл, надає змогу отримати високе значення ймовірності безпомилкової класифікації. Запропонована концепція діагностики зносу стволів не супроводжується додатковими випромінюваннями, заснована на реєстрації фізичних полів, що виникають при пострілі, і може здійснюватися безпосередньо на вогневій позиції при стрільбі гармати.