舰炮武器系统的适装性评估模型研究

张 俊,谭 波,常 博,裴桂艳

(1. 海军研究院,北京 100161;2. 海军工程大学,湖北 武汉 430033)

舰炮武器系统的适装性是武器系统选型配置的一个重要因素,主要与系统组成中各设备的数量、体积、重量、占用舱面及舱室的空间位置、电磁兼容性及火炮后坐力等因素有关。在一定约束下,如何全面考虑这些因素和定量评估舰炮武器系统的适装性是舰炮武器系统论证部门的技术难题。国内针对适装性的研究较少,目前公开的文献一般从几个方面分别分析,或从单一方面进行定量分析,没有对各因素进行量化分析建模,难以准确评估装备的适装性[1-2]。

本文从跟踪传感器、火控设备和火炮三个分系统出发,综合考虑各分系统重量、体积、环境适应性、雷达反射面积、火炮后坐力、跟踪传感器电磁兼容性、火控设备平台通用性等因素,基于层次分析法提出一套评价优选方法,针对不同舰炮武器系统的适装性进行综合评价,提出舰炮武器系统的最优适装性方案[3-4]。

1 适装性评估模型

1.1 适装性指数

适装性指数主要用于舰炮武器系统适装性好坏的定量描述。为便于定量分析,将舰炮武器系统的组成分为三部分,即跟踪传感器部分(包括雷达和光电)、火控设备和火炮。该系统的适装性可以由跟踪传感器、火控设备和火炮的适装性决定。

适装性指数的定量分析采用模糊数学的方法,首先选择模糊变量,对模糊变量赋值,并分析影响因素的重要性,确定模糊变量的权值,用加权法计算出各方案的发展潜力指数[5-6],用数学公式表示为

LZ=λ1Z1+λ2Z2+λ3Z3

(1)

其中:Z1为火炮适装性;Z2为跟踪传感器适装性;Z3为火控设备适装性;λ1、λ2、λ3为模糊变量权值,且λ1+λ2+λ3=1。

模糊变量重要性权值按各变量重要性程度由专家打分,然后进行归一化处理,各模糊变量的重要性经打分和归一化处理后即可求出相应的权值λ1,λ2,λ3,打分采用10分制[7-8],如表1所示。

1.1.1 火炮适装性指数

舰炮适装性的定量分析同样采用模糊数学的方法。选取重量、体积、后坐力、环境适应性、雷达反射面积和易操作使用性作为模糊变量。

mu=λ1u1+λ2u2+λ3u3+λ4u4+λ5u5+λ6u6

(2)

其中:mu为舰炮适装性指数;u1为重量对船总体的影响;u2为体积对船总体的影响;u3为后坐力对船总体的影响;u4为环境适应性;u5为雷达反射面积;u6为易操作使用性;λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6为权重系数,λ1+λ2+λ3+λ4+λ5+λ6=1,求取方法同前。

u1、u2、u3赋值准则如表2所示。

表1 模糊变量重要性赋值准则Tab.1 Evaluation ruler of fuzzy variable importance

表2 对船总体影响赋值准则

u4赋值准则如表3所示。

表3 环境适应性赋值准则

u5赋值准则如表4所示。

表4 雷达反射面积赋值准则

u6赋值准则如表5所示。

表5 操作使用性赋值准则

1.1.2 跟踪传感器适装性指数

对于跟踪传感器选取重量、体积、环境适应性、雷达反射面积、电磁兼容性和易操作使用性作为模糊变量,则适装性指数为

nv=λ1v1+λ2v2+λ3v3+λ4v4+λ5v5+λ6v6

(3)

其中:nv为跟踪传感器适装性指数;v1为重量对船总体影响;v2为体积对船总体影响;v3为环境适应性;v4为雷达反射面积对船总体影响;v5为电磁兼容性;v6为易操作使用性;λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6为对应的权重系数,求取方法同前。

v1、v2取值方法参见u1、u2、u3;v3、v4、v6取值方法分别参见u4、u5、u6;v5赋值准则如表6所示。

表6 电磁兼容性赋值准则Tab.6 Evaluation ruler of electromagnetic compatibility

1.1.3 火控设备适装性指数

对于火控设备,选取重量、体积、通用性和易操作使用性作为模糊变量,则火控设备适装性指数可用下式计算:

gθ=λ1·θ1+λ2·θ2+λ3·θ3+λ4·θ4

(4)

其中:gθ为火控设备适装性指数;θ1为重量对船总体影响;θ2为体积对船总体影响;θ3为设备的通用性;θ4为易操作使用性;λ1、λ2、λ3、λ4为对应的权重系数,求取方法同前。

θ1、θ2取值方法参见u1、u2、u3;θ4取值方法参见u6;θ3赋值准则如表7所示。

表7 通用性赋值准则Tab.7 Evaluation ruler of universality

1.2 适装性指数的计算

计算出各模糊变量量值并确定各变量权重系数后,应用公式LZ=λ1Z1+λ2Z2+λ3Z3即可计算出该方案的适装性指数,如表8所示。

表8 适装性指数计算Tab.8 Value calculation of mounting adaptability

2 模型应用

现以本文提出的模型对舰炮武器系统方案的适装性进行计算。以A、B、C、D四种舰炮武器系统为待选方案。首先对A、B、C、D四种方案的火炮适装性指数按照一定的量化准则对重量对船总体的影响、体积对船总体的影响、后坐力对船总体的影响、火炮环境适应性、雷达反射面积和易操作使用性进行赋值。

通过设置a1、a2、a3、a4、a5、a6的值,将重量分为7个档次,根据重量所在范围确定重量对船总体影响的得分。

当a

当a1

当a2

当a3

当a4

当a5

当a>a6,u1= 1～3。

方案A:火炮重量a1

方案B:火炮u1=7,u2= 7,u3= 8,u4= 7,u5= 8,u6= 8;

方案C:火炮u1=6,u2= 7,u3= 8,u4= 7,u5= 8,u6= 9;

方案D:火炮u1=5,u2= 5,u3=7,u4= 7,u5= 7,u6= 9;

模糊变量的重要性经打分和归一化处理后即可求出相应的权值λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6。具体计算方法可参考文献[3],通过计算可得重量对船总体的影响、体积对船总体的影响、后坐力对船总体的影响、火炮环境适应性、雷达反射面积对船总体影响分别对应的权重值为[0.25,0.25,0.15,0.15,0.1,0.1]。

A方案muA=8×0.25+8×0.25+8×0.15+9×0.15+8×0.15+7×0.1=8.05;

同理,可计算出B方案muB=7.35,C方案muC=7.2,D方案muD=6.2。

方案A跟踪传感器v1= 8,v2= 7,v3= 8,v4= 7,v5= 7,v6= 9;

方案B跟踪传感器v1= 7,v2= 6,v3= 8,v4= 8,v5= 9,v6= 7;

方案C跟踪传感器v1= 9,v2= 8,v3= 8,v4= 8,v5= 9,v6=8;

方案D跟踪传感器v1= 7,v2= 7,v3= 8,v4= 7,v5= 8,v6=9。

同理,可得跟踪器权重值为[0.2,0.2,0.1,0.1,0.3,0.1]。计算可得A方案nvA=7.5,B方案nvB=7.6,C方案nvC=8.5,D方案nvD=7.6。

方案A火控设备θ1= 8,θ2= 7,θ3= 8,θ4= 7;

方案B火控设备θ1= 7,θ2= 6,θ3= 7,θ4= 8;

方案C火控设备θ1= 8,θ2= 8,θ3= 7,θ4= 8;

方案D火控设备θ1= 6,θ2= 7,θ3= 6,θ4= 7。

同理可得火控设备权重值[0.25,0.25,0.3,0.2]。

计算出A方案gθA=7.55,B方案gθB=6.95,C方案gθC=7.5,D方案gθD=6.45。

因此,适装性权重值λ1=0.35,λ2=0.4,λ3=0.25。

由LZ=λ1Z1+λ2Z2+λ3Z3计算方案的适装性指数为

LZA=8.05×0.35+7.5×0.4+7.55×0.25=7.705。

同理计算出LZB=7.35,LZC=7.795,LZD=6.822 5。

由此可得,适装性指数向量为K=[7.705 7.35

7.795 6.822 5]。可见C方案的适装性最好,D方案的适装性最差。

3 结束语

武器系统的适装性是确定系统方案的重要依据。舰炮武器系统的适装性分析是舰炮武器系统论证部门的一项重要工作。舰炮武器系统选型论证过程中, 需要对系统的适装性进行充分分析和论证,释放研制风险,确保舰炮武器系统有良好的适装性。

本文针对舰炮武器系统,提出了一种基于层次分析法的适装性计算模型,针对火炮选取重量、体积、后坐力、环境适应性、雷达反射面积和易操作使用性作为模糊变量;针对跟踪传感器选取重量、体积、环境适应性、雷达反射面积、电磁兼容性和易操作使用性作为模糊变量;针对火控设备选取重量、体积、通用性和易操作使用性作为模糊变量,分别给出了各模糊变量的赋值准则及火炮、跟踪传感器和火控设备适装性的计算方法,以火炮、跟踪传感器和火控设备的适装性作为模糊变量计算评估舰炮武器系统的适装性。该模型实现了舰炮武器系统适装性的量化评估,考虑因素全面,可操作性强,在舰炮武器系统适装性评估方面具有应用价值。