Tính công sự chịu tác dụng của bom JDAM theo phương thức bắn diện

Tính công sự chịu tác dụng của bom JDAM theo phương thức bắn diện

Bộ giáo dục và đào tạo Bộ quốc phòng

Học viện kỹ thuật quân sự

-

Bùi Chí Thành

tính công sự chịu tác dụng của bom jdam theo phương thức bắn diện

Chuyên nghành : Xây dựng công trình đặc biệt

M∙ số : 62 58 50 05

Tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật

Hà nội - 2009

Phản biện 1: GS.TSKH Nguyễn Đông Anh

Viện Cơ học Việt Nam

Phản biện 2: GS.TS Nguyễn Văn Lệ

Trường Đại học Thuỷ lợi

Phản biện 3: PGS.TS Lê Ngọc Thạch

Trường Đại học Xây dựng

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Nhà nước Họp tại: Học viện Kỹ thuật Quân sự

Vào hồi: 8 giờ 30 ngày 19 tháng 5 năm 2009

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

- Thư viện Học viện Kỹ thuật Quân sự

Mở đầu

Công sự thuộc loại công trình phục vụ chiến đấu được thiết kế để chịu được tác dụng của bom đạn Việc không ngừng bổ sung, hoàn thiện mô hình, phương pháp cũng như các tiêu chuẩn tính toán đối với loại tải trọng này phục vụ cho thiết kế và đánh giá trạng thái kỹ thuật của chúng phù hợp với sự thay đổi không ngừng của vũ khí theo thời gian là nhiệm vụ thường xuyên trong lĩnh vực xây dựng công trình quốc phòng Trong thời

đại hiện nay, với sự tiến bộ nhanh chóng về khoa học kỹ thuật và công nghệ, các cuộc chiến tranh diễn ra trên thế giới đã bước sang giai đoạn phát triển của chiến tranh công nghệ cao (CNC), gắn liền với nó là phương thức hỏa lực mới, một trong số đó là phương thức bắn diện - phương thức cơ bản

được quân đội của nhiều nước chú trọng sử dụng[5]

Phương thức hỏa lực này, trước đây, được áp dụng chủ yếu cho pháo binh, sau đó cũng được không quân sử dụng như các vụ ném bom rải thảm bằng “pháo đài bay” B-52, B-1, FB-111 của Mỹ hay B-2 của Anh v.v Tuy nhiên, các loại bom đạn được sử dụng trước đây là loại bom đạn chuyển

động đến mục tiêu (trong đó có công trình) theo quán tính Ngày nay, trong chiến tranh CNC, các loại bom được không quân sử dụng như JDAM, JSOW, TASSAM là bom hướng đến các tọa độ của mục tiêu theo

điều khiển GPS (Global Positioning Sytem) đã được lập trình sẵn Khác với các phương thức hỏa lực sử dụng các loại bom đạn quán tính trước đây, các phương thức hỏa lực mới trong chiến tranh CNC với việc sử dụng bom đạn

có điều khiển khi tấn công vào các mục tiêu được thực hiện phương thức bắn diện Với phương thức bắn diện, các công trình nằm trong vùng bị tấn công phải chịu tác dụng của tổ hợp nhiều vụ nổ liên tiếp, có điểm rơi ngẫu nhiên phân bố trên diện rộng, tác động của chúng vào công trình từ nhiều hướng và không đồng thời Với tính chất tác dụng của các loại bom đạn có

điều khiển nói trên, phương pháp tính toán và thiết kế truyền thống đối với công sự theo lượng nổ đơn, có điểm nổ xác định, kết cấu được tính theo mô hình phẳng không còn phù hợp nữa

Để nhận được kết quả sát với thực tế đối với loại vũ khí và phương thức bắn nói trên, công trình cần phải được tính toán theo tổ hợp tải trọng gây ra do bom đạn nổ đồng thời hoặc liên tiếp với các điểm rơi và nổ của chúng phân bố trên diện rộng, cũng như được tính toán theo mô hình kết cấu không gian Cho đến nay, phương pháp tính toán công sự với các đặc

điểm của tải trọng và kết cấu nói trên còn ít được nghiên cứu Vì vậy, vấn

đề nghiên cứu mô hình và phương pháp tính toán công sự chịu tác dụng của các loại bom đạn có điều khiển trong chiến tranh CNC thực hiện theo phương thức bắn diện như kiểu bom JDAM đã trở nên cấp bách, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn

Với các lý do trên, vấn đề " Tính toán công sự chịu tác dụng của

bom JDAM theo phương thức bắn diện" được chọn làm đề tài nghiên

cứu của luận án

Cấu trúc của luận án gồm phần mở đầu, năm chương và phần kết

luận, cuối cùng là tài liệu tham khảo và phụ lục Phần mở đầu nêu tính cấp thiết của đề tài và cấu trúc của luận án Chương 1 tổng quan về chương

trình bom JDAM và phương thức hỏa lực bắn diện trong chiến tranh công nghệ cao, các dạng tải trọng nổ của bom đạn tác dụng lên công sự và các công thức tính toán, các phương pháp tính toán kết cấu công sự chịu tải trọng sóng nổ của bom đạn Từ tổng quan xác định mục tiêu, nội dung, phạm vi và phương pháp nghiên cứu của luận án Chương 2 giành cho việc xây dựng thuật toán và chương trình tính toán động lực học công sự bằng phương pháp phần tử hữu hạn, chịu tải trọng động dạng tổng quát, theo mô hình kết cấu không gian có tính đến sự làm việc đồng thời của kết cấu và môi trường Trong chương này phần tính tải trọng được thiết kế dưới dạng mở và

sẽ được nghiên cứu trong chương 3 và 4 tiếp theo Chương 3 trình bầy nội

dung xây dựng thuật toán và chương trình mô phỏng tọa độ các điểm rơi ngẫu nhiên của bom JDAM theo phương thức bắn diện và xác định miền

điểm rơi tính toán của chúng Chương 4 giành cho việc xây dựng thuật toán

và chương trình tính toán véc tơ tải trọng của sóng nổ tác dụng lên các bề mặt công trình và véc tơ tải trọng quy nút theo bước thời gian tích phân trên các PTHH của hệ công sự - môi trường, gây ra do nổ của các quả bom nằm trong miền điểm rơi tính toán đã được xác định trong chương 3, có kể

đến hiện tượng phản xạ và chảy bao sóng tới Đồng thời trình bày nội dung và kết quả nghiên cứu thực nghiệm tại hiện trường để xác định tải sóng nổ tác dụng lên công sự gây bởi nhiều vụ nổ liên tiếp, bố trí theo sơ

đồ diện để kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết Chương 5 trình bầy

kết quả của việc sử dụng chương trình chính đã xây dựng ở chương 2 kết nối với các chương trình con đã lập được ở các chương 3 và 4 tạo thành bộ chương trình liên thông trong tính toán kết cấu công sự chịu tác dụng của tải trọng sóng nổ bom JDAM theo phương thức bắn diện Đồng thời tiến hành nghiên cứu bằng số về ảnh hưởng của các tham số tải trọng nói trên (như tọa độ nổ của bom, độ trễ thời gian phát nổ) đến trạng thái chịu lực của kết cấu công sự và đưa ra một số kiến nghị về việc áp dụng các kết quả

nghiên cứu của luận án trong tính toán và thiết kế công sự Phần kết luận

chung nêu các kết quả chính và mới đã đạt được của luận án và những vấn

đề còn tồn tại cần tiếp tục nghiên cứu Phần Phụ lục giới thiệu một phần

mã nguồn chương trình tính

Nội dung cơ bản của luận án được công bố trong công trình 1, 2, 3, 4,

5, 6, 7 của tác giả

Chương 1 Tổng quan

Trong chương 1 tổng quan về chương trình bom JDAM và phương

thức hỏa lực bắn diện trong chiến tranh công nghệ cao , các dạng tải trọng

nổ của bom đạn tác dụng lên công sự và các công thức tính toán, các phương pháp tính toán kết cấu công sự chịu tải trọng sóng nổ của bom đạn

Hình 1.3 Sử dụng bom JDAM không kích mục tiêu diện

Từ tổng quan đã rút ra các kết luận:

1 Tính toán kết cấu công sự chịu tác dụng của tải trọng bom đạn truyền thống là vấn đề đã được quan tâm từ lâu trong tính toán thiết kế và xây dựng các công trình bảo đảm chiến đấu cho quân đội Ngày nay, do sự phát triển nhanh của chiến tranh CNC nên các loại vũ khí và phương thức hỏa lực bắn vào mục tiêu, trong đó có hệ thống công trình, cũng đã thay

đổi Vì vậy, việc nghiên cứu các mô hình và phương pháp tính toán tải trọng sóng nổ và kết cấu công sự phù hợp với loại vũ khí và phương thức bắn tương ứng, như loại bom kiểu JDAM thực hiện theo phương thức bắn diện, đã trở nên cấp thiết, có ý nghĩa lớn về thực tiễn và khoa học

2 Cho đến nay, hầu hết các phương pháp tính toán công sự chịu tác dụng của bom đạn đều chỉ tính với một vụ nổ, có vị trí cho trước Đối với bom đạn thực hiện phương thức bắn diện có điều khiển kiểu bom JDAM thì mỗi loạt bắn gồm nhiều quả có điểm rơi ngẫu nhiên trong miền bắn, có thể nổ đồng thời hoặc nổ liên tiếp Với các đặc điểm nói trên, tải trọng sóng nổ tác dụng lên công sự là loại tải trọng phức tạp, gồm nhiều tải trọng sóng thành phần, đến từ nhiều hướng, tác dụng lên công sự đồng thời hoặc không đồng thời Do đó, tiêu chuẩn thiết kế công sự chỉ chịu tác dụng của một vụ nổ đơn không còn phù hợp nữa Ngoài ra, do kích thước công sự có tính không gian rõ rệt, còn vị trí nổ của bom là bất kỳ, nên các thành phần của tải trọng sóng chịu ảnh hưởng mạnh của sự phản xạ và chảy bao của sóng nổ và các vùng chịu tác dụng của các sóng này trên công trình không còn cố định như khi hướng sóng vuông góc với mặt bên của công sự theo sơ đồ tính toán truyền thống Vì vậy, cần có sơ đồ tính tải trọng sóng nổ phù hợp hơn đối với bom JDAM theo phương thức bắn diện, trong đó hướng sóng không vuông góc với mặt bên của công sự và loại sóng nổ (ST, SPX, SCB) tác dụng lên mỗi bề mặt xác định của công sự không phải là cố

định mà phụ thuộc vào vị trí nổ của bom

3 Kết cấu công sự hầu hết là kết cấu có kích thước theo các phương trong không gian cùng bậc với nhau đặt trong các môi trường đất đá Trong tính toán truyền thống, do bị hạn chế bởi công cụ tính nên thường sử dụng mô hình, theo đó kết cấu được tách ra khỏi môi trường và tách thành các bộ phận riêng rẽ hoặc sử dụng mô hình của bài toán phẳng Các mô hình tính trên không phù hợp với trạng thái chịu lực không gian của công sự đặt trong các môi trường biến dạng của đất đá, đặc biệt khi xét tới các điểm rơi ngẫu nhiên của bom đạn bắn diện kiểu bom JDAM trong miền bắn Do đó,

để phù hợp với thực tế, khi tính toán và thiết kế công sự cần phải sử dụng mô hình kết cấu không gian có kể đến sự làm việc đồng thời của kết cấu và môi trường

4 Để tính toán động lực học đối với công sự có kể đến sự làm việc đồng thời với môi trường đất đá theo mô hình kết cấu không gian chịu tác dụng của bom JDAM có tính đến các đặc điểm phức tạp của kết cấu và tải trọng nói trên, phương pháp hiệu quả nhất chỉ có thể là phương pháp PTHH với việc sử dụng các phần tử khối

Từ các kết luận trên, mục tiêu nghiên cứu của luận án được lựa chọn là:

Xây dựng mô hình, thuật toán và chương trình tính toán kết cấu công

sự chịu tác dụng của tải trọng sóng nổ của bom JDAM bắn diện theo mô hình kết cấu không gian, có tính đến sự làm việc đồng thời của hệ kết cấu

và môi trường Đồng thời nghiên cứu bằng số về ảnh hưởng của các tham

số tính toán của tải sóng nổ đến trạng thái nội lực - chuyển vị của kết cấu Để đạt được mục tiêu này, trong luận án đã thực hiện các nội dung

chính như sau:

1 Xây dựng mô hình, thuật toán, chương trình tính toán động lực học kết cấu công sự theo mô hình kết cấu không gian có kể đến sự làm việc

đồng thời của hệ kết cấu – môi trường bằng phương pháp PTHH

2 Thiết lập mô hình, thuật toán và chương trình mô phỏng điểm rơi ngẫu nhiên của bom JDAM theo phương thức bắn diện và xác định miền

điểm rơi tính toán của chúng

3 Xây dựng thuật toán, chương trình tính tải trọng sóng nổ quy nút gây ra do bom JDAM tác dụng lên công sự theo phương thức bắn diện có kể

đến hiện tượng phản xạ và chảy bao của sóng nổ với sóng tới hợp với bề mặt nhận tải một góc bất kỳ Thử nghiệm ngoài hiện trường xác định áp lực SXK tác dụng lên nóc công sự gây ra bởi nhiều lượng nổ đồng thời hoặc liên tiếp theo sơ đồ bố trí diện để kiểm tra độ tin cậy của chương trình tính

4 Tính toán bằng số đối với chuyển vị của kết cấu công sự chịu tác dụng của bom JDAM theo phương thức bắn diện và khảo sát ảnh hưởng của tham số tải trọng sóng nổ đến trạng thái chịu lực của kết cấu

Phạm vi nghiên cứu của luận án:

- Về tải trọng nổ: chỉ đề cập đến tải trọng gây ra bởi sóng nổ của bom

đạn thông thường theo phương thức bắn diện, cụ thể là bom JDAM với vị trí nổ trên mặt đất

- Về công sự và môi trường nền: xét cho các trường hợp công sự đặt nổi, nửa nổi nửa chìm hoặc đặt nông dưới mặt đất (sự phá hoại của công sự chủ yếu bị gây nên bởi sóng xung kích)

Phương pháp nghiên cứu của luận án:

Nghiên cứu lý thuyết và thử nghiệm số trên máy tính kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm ngoài hiện trường (để đánh giá độ tin cậy của các kết quả nghiên cứu lý thuyết) và rút ra các kết luận, kiến nghị cần thiết

Chương 2 Xây dựng thuật toán vμ chương trình tính toán động lực học công sự theo mô hình kết cấu không gian bằng phương pháp phần tử hữu hạn 2.1 Các giả thiết tính toán và mô hình tính

Khảo sát công sự đặt nông trong môi trường đất đá nhiều lớp chịu tác dụng của tải trọng động loại tổng quát (hình 2.1) Cần xây dựng các phương trình, thuật toán và chương trình tính toán động lực học công sự làm việc theo mô hình kết cấu không gian có kể đến sự làm việc đồng thời của hệ kết cấu-môi trường bằng phương pháp PTHH

Để giải bài toán đặt ra theo phương pháp PTHH thừa nhận các giả thiết sau:

- Cơ hệ khảo sát gồm kết cấu công sự và môi trường đất đá xung quanh cùng làm việc đồng thời Chuyển vị trên bề mặt tiếp xúc giữa kết cấu và môi trường là liên tục

- Vật liệu của kết cấu công sự và của từng lớp môi trường đất đá xung

quanh là đồng nhất, đẳng hướng, biến dạng đàn hồi tuyến tính

- Tải trọng động tác động lên hệ có thể đặt trên kết cấu hoặc có thể

đặt trên bề mặt môi trường

- Chuyển vị của kết cấu và môi trường đất đá là bé

Hình 2.1 Mô hình xuất phát của bài toán

P 2 (t)

P i (t)

P 1 (t) P(t)

Công sự

Nền đất đá

nhiều lớp

Để tính toán cơ hệ bằng phương pháp PTHH và kể đến các giả thiết

đã thừa nhận, mô hình tính được chọn như sau: Từ hệ thực bán vô hạn ta tách ra một miền hữu hạn bao gồm kết cấu công sự và một phần môi trường đất đá bao quanh kết cấu-gọi là miền tính toán Khi rời rạc hóa miền tính toán thành các PTHH sử dụng các phần tử khối lục diện, 8 nút Thay cho tác dụng của phần môi trường còn lại đối với miền tính toán, trên biên của miền này (tại các nút của các phần tử) được đặt các liên kết gối tựa cứng Miền tính toán của cơ hệ cùng với các liên kết như đã mô tả sẽ là

mô hình tính của bài toán và được thể hiện trên hình 2.2

2.2 Các quan hệ cơ bản của lý thuyết đàn hồi tuyến tính 3 chiều

Trong mục này dẫn ra các quan hệ cơ bản của lý thuyết đàn hồi tuyến

tính 3 chiều để làm cơ sở thiết lập các phương trình cơ bản của phương pháp PTHH đối với phần tử khối được trình bày ở các mục tiếp theo

2.3 Thiết lập các phương trình cơ bản của phương pháp PTHH đối với phần tử khối

Phần tử hữu hạn được lựa chọn để tính toán động lực học của cơ hệ công sự-môi trường làm việc theo mô hình kết cấu không gian có kể đến sự làm việc

đồng thời của chúng bằng PTHH là phần tử khối lục diện, tám nút, đồng tham số- kí hiệu là LD8 Hình dạng phần tử trong hệ tọa độ Descartes (xyz) và hệ tọa độ tự nhiên 0r*s*t* thể hiện trên hình 2.3 và 2.4

Quan hệ chuyển vị tại điểm bất kỳ trong phần tử với chuyển vị nút:

x z

B*

bcs

Các liên kết gối tựa cứng

hcs 0

{ }d T ={u v w1 1 1 u v w i i i u v w8 8 8}={d d d1 2 3 d d d22 23 24}-véc tơ chuyển vị nút phần tử,[ ]N là ma trận hàm dáng ,

Quan hệ biến dạng-chuyển vị: { }ε =[ ]B { }d , (2.8)

với: { }ε T ={ε ε ε γ γ γx y z xy yz zx}-véc tơ biến dạng, [ ]B là ma trận biến

dạng-chuyển vị nút

Quan hệ ứng suất-biến dạng : { }σ = ⎡⎣C VL⎤⎦{ }ε = ⎡⎣C VL⎤ ⎡ ⎤⎦ ⎣ ⎦B { }d , (2.9) trong đó: { } { y z xy yz zx}

T x

σ = σ σ σ τ τ τ -véc tơ ứng suất, [ ]C VL là ma trận vật liệu

Sử dụng nguyên lý chuyển vị khả đã nhận được ma trận khối lượng [M] m,

ma trận độ cứng [K] , véc tơ tải trọng quy nút {P} m của phần tử Các ma trận trên khi tính toán bằng phương pháp cầu phương Gauss trong hệ tọa độ tự nhiên 0r*s*t* có dạng:

Hình 2.3 Phần tử khối LD8

trong hệ tọa độ tổng quát xyz

Hình 2.4 Phần tử khối LD8 trong hệ tọa độ tự nhiên r*s*t*

Trong luận án đã dẫn ra sơ đồ thuật toán để tính các ma trận phần tử

bằng phương pháp cầu phương Gauss

2.4 Sắp xếp và lưu trữ các ma trận phần tử vào các ma trận chung của toàn

hệ - phương pháp và thuật toán

Trên cơ sở các ma trận của các phần tử đã nhận được đã thiết lập các

ma trận tổng thể tương ứng (độ cứng, khối lượng, cản, tải trọng) cho toàn hệ

bằng phương pháp độ cứng trực tiếp Đã trình bày phương pháp, sơ đồ thuật

toán của chương trình để tổ chức sắp xếp và lưu giữ chúng dưới dạng Skyline

2.5 Các phương trình cân bằng của toàn hệ - phương pháp và thuật giải

2.5.1 Phương trình cân bằng của toàn hệ

Sau khi đưa các điều kiện biên vào bài toán,phương trình cân bằng

động đối với toàn hệ có dạng:

[ ]M { }&r +[ ]C { }r& +[ ]K { } {r = P t( )}, (2.32)

trong đó: { }r ưvéc tơ chuyển vị nút của toàn hệ, [ ] [ ] [ ]M , K , C -tương ứng là

các ma trận khối lượng, ma trận độ cứng, ma trận cản của toàn hệ,{ }P - véc

tơ tải trọng nút của toàn hệ,t-thời gian,[ ]C là ma trận cản của hệ,

[ ]C = αr[ ]M + βr[ ]K ,với αr và βr là các hằng số cản Rayleigh

2.5.2 Phương pháp và thuật toán giải các phương trình của toàn hệ

a Giải phương trình dao động riêng

Phương trình dao động tự do của hệ có dạng:[ ]M { }r& +[ ]K { }r = 0 (2.39)

Nghiệm của bài toán dao động riêng tương ứng được xác định từ

phương trình: [ ][ ] [ ][ ][ ]K Φ = M Φ Λ , (2.41)

trong đó: [Φ] là ma trận các véc tơ riêng φi, [Λ] là ma trận đường chéo chứa

các trị riêng cần tìm λi trên đường chéo chính, λi = ωi2, với ωi là tần số dao

động riêng thứ i của hệ Để giải phương trình trên sử dụng phương pháp lặp

không gian con, theo đó đã lập được chương trình con function giaibttr

b Giải các phương trình cân bằng

Phương trình cân bằng động (2.32) được giải bằng phương pháp tích phân

trực tiếp theo Newmark Phương pháp này dẫn phương trình trên về phương

trình cân bằng dạng tựa tĩnh Khi giải phương trình tựa tĩnh sử dụng thuật toán

Decomposition Kết quả đã lập được 3 chương trình con function decom

(K,NDS), function GiaiPTCBT và function GiaiPTCBD (K,M,NDS)

2.6 Tổ chức chương trình tính

Trên cơ sở các thuật toán đã trình bày trên đã lập được trình để tính toán

động lực học công sự theo mô hình kết cấu không gian bằng phương pháp

phần tử hữu hạn có kể đến sự làm việc đồng thời của hệ công sự - nền đàn hồi

Chương trình mang tên CSTh, được lập trong môi trường Matlab, là chương

trình chính liên kết các chương trình con đã lập ở trên Cấu trúc chương trình

CSTh được dẫn ra trên hình 2.6 Đến đây, CSTh đang ở dưới dạng mở đối với

véc tơ tải trọng quy nút vì tải trọng động mới được khảo sát dưới dạng tổng quát Đại lượng này trong các chương tiếp theo sẽ được triển khai tính toán cụ thể cho một loại tác dụng đặc biệt - tải trọng sóng nổ do bom JDAM gây ra

Hình 2.6 Cấu trúc chương trình CSTh

2.7 Tính toán bằng số

Các tính toán bằng số trong mục này được thực hiện để kiểm tra tính

đúng đắn và mức độ tin cậy của chương trình CSTh

Bài toán 2.1: dầm có liên kết ngàm 2 đầu chịu tải trọng tập trung

Bài toán 2.2: công sự dạng hình hộp chữ nhật kiểu đặt nông chịu tải trọng

phân bố

Từ tính toán số bằng chương trình đã lập (CSTh) và chương trình

SAP2000 theo mô hình kết cấu không gian và kết cấu phẳng đối với bài

toán tĩnh và động cho thấy, sai số kết quả tính giữa 2 chương trình khoảng (5 ữ 8)%, giữa 2 mô hình khoảng 3,3% ữ 26,4% Các kết quả trên chứng tỏ

chương trình CSTh có cơ sở để tin cậy và khẳng định thêm sự cần thiết của

việc sử dụng mô hình kết cấu không gian trong tính toán công sự

Chương 3 Mô phỏng điểm rơi ngẫu nhiên của bom JDAMbắn diện vμ xác định miền điểm rơi tính toán 3.1 Quy luật phõn bố của bom đạn xung quanh điểm ngắm

Sự phõn bố (tản mát) của đạn xung quanh điểm ngắm cú tính ngẫu nhiên.Trong luận án thừa nhận tản mát của bom đạn xung quanh điểm ngắm

là các đại lượng ngẫu nhiên chuẩn hai chiều, một chiều theo tầm bắn (Y) và một chiều theo hướng bắn (X),các đại lượng ngẫu nhiên trên độc lập với nhau Hàm mật độ phõn bố chuẩn 2 chiều cú dạng :

2 2

độ lệch trung bình bình phương σx quen biết tồn tại mối quan hệ : Ex = 0,677σx Khi sử dụng độ lệch xác suất Ex ta sẽ thay qui luật 3σx bằng qui luật 4Ex Đối với Ey và σy cũng tương tự Các giá trị Ex, Ey phụ thuộc vào cỏc loại bom đạn và có trong hồ sơ của vũ khí

Quy luật (3.3) đó được khẳng định qua vô số các thử nghiệm bắn thật[2],[14]

3.2 Mụ phỏng các điểm rơi ngẫu nhiên của bom đạn xung quanh điểm ngắm

Bài toỏn đặt ra ở đây là: xỏc định cỏc tọa độ điểm rơi ngẫu nhiên x và

y của bom đạn xung quanh điểm ngắm khi biết cỏc đại lượng này phõn bố chuẩn với mật độ phõn bố điểm rơi f(x,y), các giá trị kỳ vọng mx, my (tọa độ điểm ngắm) và cỏc độ lệch xác suất Ex, Ey cho trước Bài toỏn này là bài toỏn ngược của bài toỏn thống kờ

Bài toán này giải bằng phương phỏp giải tớch sẽ gặp khó khăn nên trong luận ỏn đó sử dụng phương phỏp gần đỳng được trỡnh bày trong [2], theo đó thay đồ thị hàm mật độ phõn bố liờn tục dạng đường cong bất kỳ f(x) f(x) bằng đồ thị hàm bậc thang (histogram) Tiếp đú, dựa vào histogram vừa nhận được xõy dựng đồ thị của hàm phõn bố F(x) (cú dạng đường góy khỳc), từ đó

có thể nhận được nghiệm của bài toán Dưới đây là các thuật toán của phương pháp:

, ,

Để tạo phát các số này sử dụng các phần mềm có sẵn (chẳng hạn phần mềm trong MATLAB)

3.3 Mụ phỏng điểm rơi ngẫu nhiên của bom JDAM theo phương thức bắn diện 3.3.1 Các phương thức bắn (phương thức hoả lực)

Phương thức bắn được hiểu là sự lựa chọn cỡ đạn, số lượng đạn và sự phân chia lưới điểm ngắm để đạt hiệu quả sát thương theo ý định Cỡ đạn và số lượng đạn được lựa chọn trên cơ sở kháng lực và qui mô của công trình

Phương thức bắn được chia ra: bắn theo mục tiêu điểm và bắn theo mục tiêu diện Đối với các loại vũ khí như bom JDAM, JSOW, TASSAM thường tấn công theo mục tiêu diện,theo đó mỗi lần bắn (có thể có nhiều quả), các quả bom được điều khiển đến các tọa độ đã định trước bằng chương trình đã lập sẵn Trong luận án hạn chế nghiên cứu trong phạm vi phương thức bắn diện của bom JDAM

3.3.2 Mụ phỏng tọa độ cỏc điểm rơi ngẫu nhiên của bom JDAM khi

bắn theo mục tiêu diện

Với bom không quân, trong đó có bom JDAM, khi bắn theo mục tiêu

điểm diện tích tản mát xung quanh một điểm ngắm gần đúng là một hình tròn, có đường kính bằng 8E, (Ex = Ey = E) Khi bắn theo mục tiêu diện, để

đạt được phân bố điểm rơi tối ưu của bom đạn trên toàn miền mục tiêu, lưới

điểm ngắm được sử dụng dưới dạng lưới ô vuông và khoảng cách giữa các

điểm ngắm bằng (2ữ4)E Khi đó, tập hợp các phân bố chuẩn của bom xung quanh các điểm ngắm sẽ dẫn đến phân bố đều trên toàn miền mục tiêu

3.4 Xác định miền điểm rơi tính toán của bom đạn

Khi chịu tác dụng nổ của bom đạn sẽ xẩy ra một trong các trường hợp: 1/ công trình bị phá hủy (loại khỏi vòng chiến đấu), 2/ công trình bị chấn thương hoặc hư hỏng một phần (nhưng không bị phá hủy), 3/ công trình an toàn tuyệt đối Luận án chỉ quan tâm đến miền điểm rơi và nổ của bom đạn mà với nó công trình chỉ bị chấn thương hoặc hư hỏng một phần nào đó nhưng

chưa bị phá hủy (tương ứng với trường hợp 2) - gọi là miền điểm rơi tính

toán của bom đạn

Hình 3.3 Sơ đồ bắn diện của bom JDAM

Miền mục tiêu

Sai số hệ thống do đọc tọa độ của máy thu GPS Mục tiêu

diện

Đầu tiờn khảo sỏt cụng trỡnh là mục tiờu điểm Giả thiết số đạn bắn vào mục tiêu là một quả Mối quan hệ giữa xác suất sát thương (PST) và khoảng cách từ điểm chạm của đạn đến tâm mục tiờu (R), có dạng như trên hình 3.4 Từ hình vẽ trên ta thấy tồn tại 2 giỏ trị R1 và R2, theo đú khi R ≤ R1xác suất sát thương mục tiờu PST = 1, nghĩa là công trình chắc chắn bị phá hủy ; khi R > R2 xác suất sát thương mục tiờu PST = 0, nghĩa là công trình

được an toàn tuyệt đối Trong khoảng R1 ≤ R ≤ R2 công trình có thể bị chấn thương hoặc hư hỏng ở một mức độ nào đó

Hình 3.4 Quan hệ giữa xác suất sát thương và vị trí điểm chạm của bom đạn

Bán kính R1 và R2 có các giá trị khác nhau phụ thuộc vào hướng bắn,

cỡ đạn, chiều sâu xuyên của đạn, định hướng và khỏng lực của cụng trỡnh Với cụng trỡnh chỉ là một công sự đơn lẻ (chỉ cú một điểm ngắm là tõm cụng trỡnh) thỡ khi tớnh toỏn độ bền cụng trỡnh miền điểm rơi tính toán của bom đạn là miền giới hạn trong phạm vi :

R1 ≤ R ≤ R2. (3.15)

Trong trường hợp cụng trỡnh là mục tiờu diện, miền mục tiờu là miền bao gồm hệ thống cỏc cụng trỡnh bố trớ tại cỏc vị trớ khỏc nhau Phương thức bắn được thực hiện khụng phải chỉ cú một điểm ngắm mà theo lưới cỏc điểm ngắm Sử dụng cỏc thuật toỏn mụ phỏng điểm rơi của đạn đó trỡnh bày trong mục 3.3 đối với tất cả cỏc điểm ngắm ta nhận được tất cả các tọa độ điểm rơi của mục tiờu diện Tập hợp tọa độ điểm rơi của cỏc viờn đạn xung quanh tất cả cỏc điểm ngắm trên miền bắn thỏa mãn điều kiện (3.15) ta được miền tọa độ điểm rơi tính toán của bom đạn

3.5 Chương trình tính

Trên cơ sở các thuật toán thiết lập ở trên đã xây dựng chương trình mô phỏng điểm rơi ngẫu nhiên của các bom JDAM theo phương thức bắn diện và xác định miền điểm rơi tính toán của chúng Chương trình được

bị phá

hủy

Miền công sự chắc chắn an toàn

Miền công sự

có thể bị hư hỏng