مدل‌سازی و تولید جداول تیر توپخانه (مطالعه موردی)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

رئیس کمیته راکت اندازها و موشکها

چکیده

دقت و درستی شلیک گلوله، مسئله‌ای مهم در توپخانه جهت افزایش احتمال کشتار با حداقل تعداد گلوله‌ها در هر هدف است. این غایت، از طریق ایجاد یک جدول تیراندازی با در نظر گرفتن هر دو شرایط استاندارد و غیراستاندارد قابل تحقق است؛ بنابراین، گلوله‌های بسیار زیادی برای اهداف متفاوت دربردهای مختلف و نیز شرایط هواسنجی جهت افزایش دقت شلیک موردنیاز است. ایجاد یک جدول تیراندازی محاسباتی دقیق پیش از تیراندازی‌ها، از مزایای به حداقل رساندن هزینه و ایجاد پیش‌بینی اولیه پراکندگی است. در این مطالعه، یک الگوریتم جدول تیراندازی محاسباتی بر مبنای مدل خط سیر پرتابه جرم نقطه‌ای اصلاح‌شده، برای حل مشکل بالستیک و یک فلوچارت جهت نمایش سطوح تولید جدول تیراندازی و فرآیندهای متناظر پیشنهادشده است. یک مطالعه موردی برای گلوله ۱۵۵ م م – ام ۱۰۷ سوختارشدید استفاده گردیده و به‌منظور اعتبارسنجی الگوریتم پیشنهادی، مقایسه‌ای با نتایج به‌دست‌آمده از بسته تجاری معروف سیستم نمایش تصویر[1] انجام‌شده است. نهایتاً، بر مبنای داده‌های شلیک واقعی، ازجمله شرایط هواسنجی متناظر، یک جدول تیراندازی موقت ایجادشده است.
 
[1] PRODAS (projection display system) سیستم نمایش تصویر

کلیدواژه‌ها


مقدمه

جداول تیراندازی، دستاویز اصلی ضروری برای آموزش جنگ نظامی و تشخیص‌های تیراندازی هستند. تیراندازی مؤثر را نمی‌توان بدون جدول تیراندازی انجام داد. جدول تیراندازی، عناصر و داده‌های اصلی، عناصر و داده‌های تصحیح انحراف شلیک و داده‌های مرتبط موردنیاز برای فرمان شلیک و به دست آوردن دقت توپخانه‌ای مؤثر را حاصل می‌کند. به لحاظ تاریخی، جداول تیراندازی پیوسته طی چندین دهه ایجادشده است. روش سیاچی[1] به علت سادگی برای محاسبه مشکلات خط سیر (مسیر پرواز) استفاده شد. در سال 1917م. روش‌های قوس کوتاه فرانسوی[2] توسط سندی هووک و آبردین به‌منظور محاسبه مسیرهای پروازی و روش‌های ادغام عددی توسط آبردین طی سال 1918م. به‌منظور حل دقیق مشکلات خط سیر و نیز محاسبات جدول تیراندازی معرفی شد.

طی مراحل آماده‌سازی و تهیه جدول تیراندازی، باید مشخص شود که شرایط تیراندازی منتخبی وجود دارد که تحت عنوان شرایط تیراندازی استاندارد شناخته‌شده است. عوامل بسیاری وجود دارند که بر خط سیر پرواز تأثیر می‌گذارند، ازجمله توپخانه، گلوله، عناصر هواسنجی و سایر عوامل. طی زمان تیراندازی واقعی، این عوامل متغیر هستند و ازاین‌رو مشخص نمودن شرایط تیراندازی واقعی برای هر شلیک غیرممکن است که نمی‌تواند نیازهای عملیاتی جدول تیراندازی را برآورده نماید؛ بنابراین شرایط استاندارد و واقعی تیراندازی دائمی و ثابت نیستند. شرایط استاندارد در تیراندازی، با شامل شدن شرایط استاندارد هواسنجی، بالستیک و زمینی (آب و هوایی) مشخص‌شده و بدین طریق تأثیرات این انحرافات و اختلافات اصلاح می‌شوند. به‌منظور ساخت دقیق جداول تیراندازی، بیش از دویست هزار شبیه‌سازی خط سیر پرواز تنها از طریق فاز نهایی موردنیاز است (دیکسون، 1967)[3]. در مورد گلوله‌های برد متوسط، میانگین زمان پرواز تقریباً ۵۰ ثانیه بوده و ازاین‌رو زمان پردازش تقریباً دوروزه برای کامپیوتر عادی موردنیاز است. در سال 1943م. ارتش امریکا یک دستگاه الکترونیکی به نام کامپیوتر و انتگراتور (ترکیب‌کننده) عددی الکترونیکی[4] را ایجاد نمود که قادر به محاسبه جداول تیراندازی توپخانه‌ای تا هزار برابر سریع‌تر از هر کامپیوتری که قبلاً شناخته‌شده بود) جان ویلیام ماکلی، 1980 )[5]. محققان مختلف (دیکنسون، 1967؛ گورن و جانکوسا ۱۹۵۴[6]؛ شین جان ۱۹۹۷[7]؛ یینگ بین ۱۹۹۵[8]؛ آژانس ان _اس[9]2009(فرآیندی را برای پردازش عناصر و داده‌های اندازه‌گیری شده موجود از تیراندازی‌های واقعی به‌منظور تولید یک جدول موقت و نیز جدول تیراندازی نهایی پیشنهاد نمودند. عوامل برا (لیفت) و پسا (درگ)[10] را می‌توان از طریق محاسبه پارامترهای بالستیک محاسبه‌شده با پارامترهای اندازه‌گیری شده از طریق فرآیند مناسب‌سازی، کاهش داد (شکل 1). یک شرح ریاضی‌وار از جدول تیراندازی گرافیکی نشان داده‌شده است (ریید،[11]۱۹۵۲) و (متس و مککوی،[12]۱۹۷۰) که در آن، پارامترهای تیراندازی مانند سمت و درجه تیراندازی بر مبنای شرایط استاندارد و غیراستاندارد به دست می‌آیند. ایجاد یک نرم‌افزار جدول تیراندازی را می‌توان در پیکربندی‌های مختلف بر مبنای پیچیدگی مدل نشان داد که این فرآیند، از مدل جرم نقطه‌ای (جان ویلیام ماکلی، 1980) و (دیکنسون، 1967)

 

 

 

 

 

شکل 1- عوامل برا (lift) و پسا (drag)

تا مدل شش درجه آزادی (چاسلیپ و چاروبون و ریدلان ۲۰۱۱[13])، چه گلوله از سکوی تیراندازی زمینی دیکنسون، 1967، پنگ ژین،[14]2014) یا هوایی پرتاب‌شده (بروکس، 1985[15]) و با در نظر گرفتن ماهیت عناصر هواسنجی (دیکنسون، 1967) آغاز می‌شود.

بااین‌وجود، با مدرنیته شدن جنگ، استفاده مستقیم از جداول تیراندازی به‌تدریج کاهش پیدا می‌کند. در عوض، سیستم کنترل آتش به‌منظور حل دقیق و سریع خودکار مجموعه‌ای از شرایط تیراندازی جهت به دست آوردن تصحیح انحراف موردنیاز استفاده می‌شود؛ بنابراین، یک مدل خط سیر دقیق و سریع را می‌توان به‌جای مدل شش درجه آزادی معروف ایجاد نمود. (بروکس، 1985).

در این مطالعه، یک فرآیند برای توسعه و ایجاد جدول تیراندازی از گلوله سوختارشدید در حال چرخش، شرح و نشان داده‌شده است.

مبانی نظری

این مقاله تحقیقی به‌صورت زیر سازمان‌دهی شده است:

 1 -بخش دوم فرآیند تدوین برای جدول تیراندازی توپخانه زمینی ازجمله مدل خط سیر، شرایط تیراندازی استاندارد و تعریفی برای هر ستون در سرتاسر جداول اصلی و اصلاحی را شرح می‌دهد.

2 -مطالعه موردی اجراشده، ارائه‌شده و نهایتاً، نتایج و بحث در بخش سوم شرح داده‌شده است.

3- نتیجه‌گیری در بخش چهارم بیان‌شده است.

روششناسی

دقت و درستی جدول تیراندازی ابتدا بر مبنای پیچیدگی مدل مسیر پرواز (خط سیر) استفاده‌شده و تعداد گلوله‌هایی که باید شلیک شوند است. ساخت جدول تیراندازی را می‌توان به سه فاز اصلی ساخت جدول تیراندازی اولیه با استفاده از یک مدل پرواز مناسب و داده‌های پرتابه موجود از طریق فاز تحقیق و توسعه[16] تقسیم نمود. پس از دستیابی به نیازها و الزامات فنی و عملیاتی از سیستم توپخانه توسعه‌یافته، یک تعداد آزمایش میدانی به‌منظور ساخت جدول تیراندازی موقت انجام می‌شوند که به تخمین هرچه بهتر اصابت گلوله طی تولید جدول تیراندازی نهایی کمک می‌کند که نیازمند تعداد بیشتری از شلیک‌ها از طریق زوایای درجه مختلف است.

شکل 2. سیستم مختصات گلوله و جهت‌های بالستیک

 

 

 

 

 

 

مدل انحراف / آشفتگی تأثیرات نابرابر

 

 

ایجاد مسیرهای پروازی متفاوت برای بردهای متفاوت در محدوده زوایای تیر

 

شرایط جوی (جو استاندارد 1962)

 

-خواص جرم

-ضریب آیرودینامیکی

-سرعت دهانه

-شرایط استاندارد

-حداقل و حداکثر زاویه تیر

 

مدل خط سیر جرم نقطه‌ای اصلاح‌شده

 

 

شکل 3. فلوچارت برای فرآیند توسعه و ایجاد جدول تیراندازی محاسباتی

 

مدل خط سیر پرواز

به علت پیچیدگی مدل خط سیر 6-DOF[17] جسم سخت، یک مدل جرم نقطه‌ای اصلاح‌شده (4-DOF) با ارجاع به هر مختصات تثبیت‌شده زمینی (X1, X2, X3) همان‌طور که در شکل 2 نشان داده‌شده، استفاده‌شده است. حرکت جرم نقطه‌ای گلوله به‌منظور گنجاندن تأثیر Magnus (ماگنس) گلوله، چرخش محوری و برآوردی برای حرکت انحرافی از حالت سکون اصلاح شد که در آن، حرکت پیرا چرخه‌ای نادیده گرفته شد. مرکز معادلات ثقل حرکت گلوله بر مبنای مدل جرم نقطه‌ای اصلاحی به‌صورت زیر است:

 

 

که در این معادلات،   بوده و V عبارت است از بردار شتاب پرتابه در مختصات تثبیت‌شده زمین،  عبارت است از بردار شتاب کل پرتابه با توجه به‌سرعت هوا W، v عبارت است از سرعت ایرودینامیک کل گلوله، ρ عبارت است از تراکم و چگالی هوا؛ m، d و Sref به ترتیب عبارتند از جرم گلوله، قطر مرجع و مساحت مرجع و ضرایب ،  و  به ترتیب عبارتند از ضرایب اصطکاک ایرودینامیک، بالابری و نیروی (ماگنس[18]) برای گلوله‌های چرخشی متقارن، سرعت چرخش گلوله را می‌توان با استفاده از معادله زیر به دست آورد:

 

که در آن، Ix عبارت است از گشتاورهای محوری اینرسی پرتابه،  عبارت است از ضرایب گشتاور میرایی چرخش ایرودینامیک و سرعت چرخش اولیه پرتابه را می‌توان توسط معادله زیر محاسبه نمود:

 

که در آن،  عبارت است از سرعت پیچش خان درون لوله در سر لوله جنگ‌افزار و  عبارت است از شتاب سر لوله جنگ‌افزار.

زاویه واکنش پرتابه، ، به‌صورت معادله زیر تعریف می‌شود:

 

و شتاب جاذبه‌ای، g، توسط معادله زیر به دست می‌آید:

 

که در این معادله،  بوده و Re عبارت است از میانگین شعاع زمین (= 6370 km).

شرایط تیراندازی استاندارد

طی آماده‌سازی جدول تیراندازی، باید مشخص شود که یک شرایط تیراندازی مشهود و شاخص وجود دارد، ازجمله:

  • شرایط هواسنجی استاندارد: به‌منظور تعیین شرایط جوی در ارتفاع صفر (سطح دریا) دمای هوا ، فشار و چگالش . شرایط جوی استاندارد به‌عنوان تابعی از ارتفاع بر مبنای جو استاندارد امریکا سال 1962 هستند. در کتاب بالستیک خارجی مدرن (مککوی 1969 [19]) نتیجه‌گیری شده است که استفاده از جو استاندارد، قابل‌قبول است اما گاهی یک مدل واقع‌گرایانه‌تر که تعریف‌کننده ناحیه خاصی از کره زمین است، موردنیاز است، به‌ویژه آن دسته از نواحی که از ارتفاعات بسیار کم/زیاد در مقایسه با سطح دریا برخوردارند. نهایتاً، سرعت باد طی کل خط سیر، برابر با صفر فرض می‌شود.
  • شرایط بالستیک استاندارد: شامل مقدار وزن استاندارد گلوله در جدول تیر است. گرچه به علت خطاهای تولید، وزن گلوله‌ها یکسان نیستند، اما مقادیرشان از یک توزیع نرمال با یک مقدار متوسط تحت عنوان مقدار وزن استاندارد تبعیت می‌کنند. وزن گلوله‌های بیشتر/کمتر از مقدار استاندارد، به مربعات با علامت +/- تقسیم می‌شوند که در آن، عناصر تیراندازی مطابق با تعداد علامت‌ها روی گلوله، اصلاح می‌شوند. دمای استاندارد خرج پرتاب، برابر با +15 درجه سانتی‌گراد تنظیم می‌شود. برای وزن استاندارد گلوله و دمای استاندارد خرج پرتاب، سرعت ابتدائی گلوله (هنگام خروج از دهانه لوله) با تعداد شلیک‌های توپ، یعنی برای یک جنگ‌افزار معین، در زمانی تغییر خواهد نمود که تعداد شلیک افزایش پیدا می‌کند و سرعت ابتدائی گلوله (هنگام خروج از دهانه لوله) به‌آرامی تغییر خواهد یافت (وارد,1979)[20] بنابراین، سرعت ابتدائی گلوله (هنگام خروج از دهانه لوله) باید از یک جنگ‌افزار استاندارد اندازه‌گیری شود.
  • شرایط زمین استاندارد: در سیستم مختصات (غیر چرخشی) اینرسی زمین، شتاب کوریولیس و شتاب گریز از مرکز برابر با صفر می‌باشند که در معادله شماره 2 نیز نشان داده ‌شده‌اند.

مدل جدول تیراندازی (اولیه) کامپیوتری توپخانه‌ای

جدول تیراندازی اولیه، متشکل از ستون‌های مختلف است که در این بخش، در مورد مشخصه‌های هر ستون، تعریف و معادلاتی که ما را قادر به برخورداری از این ستون می‌کنند، صحبت خواهیم نمود. این جداول تیراندازی اولیه متشکل از داده‌های اصلی و داده‌های اصلاحی

شماره

واحد

تعریف

1

m (متر)

برد، برد زمینی برآیند (سطح دریا) به‌صورت

2

Mils

(میلیم)

زاویه درجه (درجه)، زاویه درجه جنگ‌افزار متناظر با برد زمینی موردنیاز است.

3

s (ثانیه)

تنظیمات ماسوره FS: زمان ماسوره برای انفجار ترکش نزدیک به زمین، زمانی که باید جهت برخورداری از انفجار پیش از اصابت زمینی تنظیم شود، درست همانند حالت موجود در ترکش هوایی

4

s (ثانیه)

تغییر در زمان تنظیمات ماسوره  :تغییر زمان ماسوره به ازای کاهش 10m در ارتفاع ترکش

5

m (متر)

تغییر دربرد گلوله به ازای تغییر 1 mils در زاویه درجه،

6

mils (میلیم)

دوشاخه، تغییر در زاویه درجه موردنیاز جهت تولید یک تغییر دربرد زمینی معادل با 4 اشتباه احتمالی دربرد،  

7

s (ثانیه)

زمان پرواز،[21]TOF

8

Mils

(میلیم)

تصحیح سمتی به علت انحراف سمتی: تغییر در زاویه متقاطع موردنیاز برای رفع تأثیر انحراف حاصل از چرخش گلوله (انحراف باید به چپ تصحیح گردد در موردی که گردش خان از چپ به راست باشد.)

9

Mils

(میلیم)

تصحیح سمتی به علت باد سمتی: تغییر در زاویه سمتی موردنیاز جهت جبران برای 1 knot باد سمتی از راست یا از چپ که در آن تصحیح زاویه سمتی مخالف با جهت باد است.

هستند.

جدول 1 تعریف ستون‌های "داده‌های اصلی" جدول تیراندازی

 

همان‌طور که در شکل 3 نشان داده‌شده است، برای پارامترهای طراحی مطالعه موردی مشخص و شرایط پرواز صوری (ازجمله جو استاندارد)، تعداد پارامترهای خطوط سیر پرواز را می‌توان برای بازه معینی از حداقل و حداکثر زاویه تیر  (بانام تولید مجموعه خط سیر) با مقدار گام   تو د نمود. ایجاد و تنظیم مقدار کلیدی جدول تیراندازی که برد چرخش حاصله به‌جای زاویه تیر ([22]QE) باشد؛ بنابراین، یک درون‌یابی خطی به‌منظور به دست آوردن مقادیر برد شبه مکان گذاری شده و سایر پارامترهای پرواز همچون جدول داده‌های اصلی استفاده خواهد شد. نهایتاً، بر مبنای مدل آشفتگی، پارامترهای اصلاحی موردنیاز برای جبران اصابت در شرایط تیراندازی غیراستاندارد کاهش پیدا می‌کند که در قسمت داده‌های اصلاحی شرح داده‌شده است.

  • داده‌های اصلی: شامل 9 ستون است که در جدول 1 شرح داده‌شده‌ است. تمامی پارامترهای خط سیر در شرایط استاندارد محاسبه می‌شوند.
  • داده‌های اصلاحی، عوامل و فاکتورهای اصلاحی را معرفی می‌کند که برای گزارش شرایط تیراندازی غیراستاندارد به‌عنوان یک واحد افزایش یا کاهش برای برخی پارامترهای پرواز از طریق ستون‌های 10 تا 19 به شرح زیر، موردنیاز هستند.
  • ستون‌های 10 و 11 نشان‌دهنده تصحیح برد  برحسب [m] که درنتیجه افزایش یا کاهش سرعت ابتدایی گلوله به‌صورت  که برد جدید را منتج می‌کند،  و این برد Rcبه‌منظور جبران مغایرت در سرعت ابتدایی با مقدار شرایط استاندارد محاسبه گردیده و برد تصحیحی عبارت خواهد بود:
  • ستون‌های 12 و 13 نشان‌دهنده اصلاح برد  حسب [m] درنتیجه باد برد سر یا دم به‌صورت گره    است که Rc را حاصل می‌کند.
  • ستون‌های 14 و 15 نشان‌دهنده تصحیح برد برحسب [m] درنتیجه کاهش/افزایش هوا (در سطح دریا) به‌صورت   اس که بر سرعت صوتی تأثیر گذاشته و Rc را حاصل می‌کنند.
  • ستون‌های 16 و 17 نشان‌دهنده اصلاح برد حسب [m] درنتیجه افزایش/کاهش چگالی هوای (در سطح دریا) به‌صورت  هستند که بر فشار هوا تأثیر گذاشته و برد جدید Rc را حاصل می‌کنند.
  • ستون‌های 18 و 19 به‌عنوان وزن گلوله بیشتر و یا کمتر از مقدار استاندارد آن به‌صورت که Rc را حاصل می‌کند و در آن، یک مربع نشان‌دهنده    است.

مدل جدول تیراندازی موقت

از طریق فاز دوم فرآیند تولید جدول تیراندازی، تیراندازی‌های واقعی به‌منظور بهبود دقت و درستی جدول تیراندازی محاسباتی به‌عنوان یک جدول تیراندازی موقت استفاده خواهند شد؛ بنابراین، داده‌ها برای سه زاویه درجه متناظر با حداقل، متوسط و حداکثر برد زمینی جمع‌آوری می‌شوند که می‌توانند از طریق فاز تحقیق و توسعه اجرا شوند. این داده‌ها عبارتند از داده‌های گلوله، برد، انحراف، حداکثر زمان پرواز/ارتفاع و داده‌های هواسنجی متناظر. این نوع از داده‌ها برای ایجاد این مرحله و مرحله بعدی از طریق ساخت جدول تیراندازی الزامی هستند. ازاین‌رو، جدول تیراندازی موقت، برآورد خوبی برای رابطه بین برد- زاویه درجه جنگ‌افزار جهت انجام تست‌های تیراندازی طی فاز تولید جدول تیراندازی نهایی است. داده‌های هواسنجی باید پیش از شلیک‌ها، اندازه‌گیری شده و هر ساعت به‌روزرسانی شوند. در پایان آزمایش‌ها، مشاهدات هواسنجی نهایی باید به دست آیند (دیکنسون، 1967). در این مقاله، یک برنامه کامپیوتری به‌منظور ارزیابی رابطه بین برد و درجه با دو شرایط استاندارد و غیراستاندارد ایجادشده است. به‌منظور مناسب‌سازی شلیک شبیه‌سازی‌شده و واقعی تحت داده‌های هواسنجی مشابه، سه عامل اصلی باید مکرراً برآورد شوند که عبارتند از ضریب بالستیک،[23]BC، عامل بالابری، FT[24] و عامل مناسب‌سازی نیروی[25]Magnus، QM که در آژانس (ان_اس، 2009) تعریف‌شده است.

تجزیه و تحلیل

  • مطالعه موردی و اعتبارسنجی مدل

طی این مطالعه، یک مطالعه موردی انتخاب شد که عبارت است از گلوله 155 م م – ام 107 سوختارشدید؛ ویژگی‌های جرم متناظر و ضرایب ایرودینامیک که با استفاده از بسته تجاری سیستم نمایش تصویری[26] محاسبه می‌شوند، در (M. Khalil, K. Osama, and H. Abdalla, 2009) لیست شده‌اند. به‌منظور اعتبار سنجی مدل پیشنهادی، یک مقایسه بین جدول تیراندازی تولیدشده با استفاده از مدل پیشنهادی و مدل تولیدشده توسط سیستم نمایش تصویری اجراشده است. تمامی نتایج Pest بر مبنای انحراف از پارامترهای جدول تیراندازی 155 م م – ام 107 منتشرشده PFT به‌صورت زیر هستند.

 

همان طور که در شکل 4 نشان داده‌شده است، زوایای درجه برآورده شده با استفاده از مدل پیشنهادی ازلحاظ عملکرد برتر از نتایج سیستم نمایش تصویری می‌باشند. در مورد خطای زمان پرواز این مورد به میزان بسیار بیشتری بین دو منحنی به‌منظور برخورداری از حداکثر خطا در حداکثر برد به‌صورت 2 ثانیه کمتر از مقدار جدول‌بندی شده ذکرشده است (شکل 5). شکل 6، خطای انحراف برآورده شده درنتیجه چرخش گلوله را نشان می‌دهد که در آن، مدل پیشنهادی از دقت و درستی بهتری نسبت به سیستم نمایش تصویری با خطای بیشینه کمتر از 1 mils در سرتاسر داده‌های جدول‌بندی شده برخوردار است.

مجدداً، همان‌طور که در شکل 7 مشاهده می‌شود، هردوی نتایج به‌دست‌آمده از سبک مشابه با داده‌های جدول‌بندی شده برخوردارند. خطای برد حاصله درنتیجه 1knot باد سر/ دم، در اشکال 8 و 9 نشان داده‌شده‌ است، اما در مورد تغییر در دمای هوا تا 1 درصد، برد برآورد شده از موارد

جدول‌بندی شده که در اشکال 10 و 11 نشان داده‌شده‌، منحرف شد.

 

 

 

 

 

شکل 5. خطای زمان پرواز                                    شکل 4. خطای QE زاویه تیر

 

 

 

 

شکل 7. خطای انحراف درنتیجه باد سمتی      شکل 6. خطای انحراف درنتیجه حرکت چرخشی

  • شرح مسئله

همان‌طور که در بخش مطالعه موردی و اعتبارسنجی مدل نشان داده شد، دقت و درستی جدول تیراندازی محاسباتی ایجادشده به‌اندازه کافی در مقایسه با جداول تیراندازی منتشرشده گلوله 155 م م – ام 107 سوختارشدید خوب است؛ بنابراین، به‌منظور برخورداری از یک مسئله مهندسی واقع‌گرایانه طی ایجاد جدول تیراندازی موقت، ضرایب ایرودینامیک مختلف (به‌عبارت‌دیگر، گلوله مبنا) به‌منظور شبیه‌سازی وضعیت ایجاد و توسعه گلوله‌های جدید استفاده‌شده‌اند. در این مطالعه، ما گلوله 155 م م – ام 107 را به‌عنوان مبنا انتخاب می‌کنیم که در آن، ضرایب ایرودینامیک متناظر آن، درکتاب بالستیک خارجی مدرن از (مککوی، 1999) لیست شده‌اند. مقایسه‌ای بین ضرایب ایرودینامیک برای هردوی پرتابه‌های 105 و 155 م م همان‌طور که در اشکال 12 و 14 نشان داده‌شده‌اند، انجام‌شده است. بر اساس ضریب نیروی ماگنس و شیب نیروی بالابری، تفاوت بزرگی مشاهده‌شده است. تنها دو گروه شلیک از آزمایش‌های گذشته به‌صورت QE = 141.4 و 743.2 mil جمع‌آوری‌شده‌اند. هر گروه متشکل از هفت گلوله است. میانگین جرم گلوله برای هر گروه جمع‌آوری‌شده است. داده‌های هواسنجی یک‌مرتبه قبل از تیراندازی سنجیده شده بودند، ازجمله دمای هوا، فشار، رطوبت و چگالی و جهت و سرعت باد. سرعت ابتدایی گلوله برای هر پرتاب اندازه‌گیری شده بود و بدین طریق میانگین سرعت برای هر گروه به‌دست‌آمده بود. همان‌طور که در جدول 2 نشان داده‌شده است، سایر داده‌های اندازه‌گیری شده ازجمله برد در محدوده پایین و انحراف تشریح گردیده‌اند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          شکل 9. خطای برد درنتیجه 1 نات باد دم         شکل 8. خطای برد درنتیجه 1 نات باد سر

 

 

 

 

     شکل 11. خطای برد درنتیجه      شکل 10. خطای برد درنتیجه

جدول 2. داده‌های تیراندازی جمع‌آوری‌شده برای دو گروه

 

 

 

QE

 

27.2

7943.2

690.3

141.4

1

11.9

18075.5

692.7

743.2

2

 

 

 

 

 

 

 

 شکل 13. شیب ضریب نیروی بالابری                          شکل 12. ضریب نیروی اصطکاک صفر

 

 

 

 

 شکل 15. خطای QE زاویه تیر اصلاح‌شده                       شکل 14. ضریب نیروی Magnus

یافته‏های تحقیق

یک فرآیند تکراری به‌منظور مناسب‌سازی داده‌های اندازه‌گیری شده برای دو گروه شلیک درست همان‌طور که پیش‌تر نشان داده شد، اجراشده است. تنها دو عامل را می‌توان برآورد نمود، زیرا هردوی زمان کل پرواز و نقطه اوج اندازه‌گیری نشده بودند؛ بنابراین، عامل مناسب‌سازی نیروی ماگنس نادیده گرفته می‌شود . ضریب مناسب‌سازی برآورد شده دیگر بانام ضریب بالستیک و عامل بالابری در جدول 3 لیست شده‌ است. با گنجاندن این عوامل درون مدل ارائه‌شده برای جدول تیراندازی محاسباتی که پیش‌تر نشان داده‌شده است، یک پیش‌طرح اولیه را برای جدول تیراندازی موقت با دقت و درستی بهبودیافته به دست خواهیم آورد که در اشکال 15 و 17 نشان داده‌شده‌اند. خطا هنوز هم قابل‌ذکر است، زیرا ما تنها از یک مشاهده و بررسی هواسنجی برخورداریم که تنها برای یک ساعت معتبر است.

در اینجا، نتایج شامل خطا از جدول استاندارد پیش از مناسب‌سازی و پس از مناسب‌سازی در جدول زیر نشان داده می‌شوند:

جدول 3. ضرایب مناسب‌سازی شده به‌دست‌آمده

fL

BC

QE

Group no

0.955145

1.012186

141.4

1

0.964955

1.012186

743.2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

         شکل 17. خطای زمان پرواز اصلاح‌شده                 شکل 16. خطای انحراف اصلاح‌شده

 

نتیجه‌گیری و پیشنهاد

به علت اینکه جدول تیراندازی توپخانه‌ای، ابزاری اولیه و ضروری برای پیشرفت و توسعه‌های دستگاه‌های توپخانه‌ای است، این مقاله، مسئله ساخت جدول تیراندازی را که از جدول تیراندازی محاسباتی آغاز می‌شود و نیز طریقه به دست آوردن جدول تیراندازی موقت را شرح می‌دهد. فلوچارتی برای جدول تیراندازی محاسباتی (اولیه) پیشنهادشده است (شکل 3) که شامل هردوی شرایط تیراندازی استاندارد و غیراستاندارد است. یک تقریب زنی زمین مسطح با نادیده گرفتن چرخش زمین و نیز شتاب کوریولیس استفاده‌شده است. به‌منظور اعتبار سنجی مدل پیشنهادی، یک مطالعه موردی برای گلوله 155 م م – ام 107 سوختارشدید استفاده می‌شود. نتایج به‌دست‌آمده با استفاده از مدل پیشنهادی (جدول تیراندازی محاسباتی) با بسته تجاری معروف سیستم نمایش تصویری و جدول تیراندازی گلوله 155 م م – ام 107 سوختارشدید منتشرشده مجاز مقایسه می‌شود. می‌توان نتیجه‌گیری نمود که مدل پیشنهادی، از دقت درستی و نیز سیستم نمایش تصویری خوبی برخوردار است. نهایتاً، به‌منظور اثبات و نشان دادن اثربخشی، گنجاندن شلیک‌های واقعی طی تولید جدول تیراندازی موقتی، یک مدل ایرودینامیک متفاوت (105 م م سوختارشدید) برای آزمایش تیراندازی گلوله 155 م م – ام 107 سوختارشدید اجراشده است. ازاین‌رو، ضریب بالستیک و عامل بالابری به‌صورت مکرر برآورد شده‌اند. مشاهده‌شده است که دقت و دستی جدول تیراندازی موقتی از طریق اجرای آزمایش‌های تیراندازی موجود بهبود پیدا می‌کند. این مطالعه تنها شامل دو گروه شلیک برای دو برد زمینی با مشاهدات هواسنجی هست. هیچ اندازه‌گیری برای زمان پرواز کل مشاهده نشده بود. دقت و درستی جدول موقتی به‌دست‌آمده، هنوز هم نیازمند بهبودهای بیشتر با استفاده از داده‌های بیشتر برای زوایای تیراندازی از جمله زمان پرواز کل است.

 

 

قدردانی

از خبرگان توانمندی که در طول پژوهش، دانش خویش را سخاوتمندانه در اختیار محققان این پژوهش قرار دادند و استواری پژوهش حاضر بر مشارکت و دانش این بزرگواران قرارگرفته است بسیار سپاسگزاریم.

 

  1. AGENCY. N. S. The Modified Point Mass and five Degrees of Freedom Trajectory Models STANAG3. (STANAG-43552009).
  2. Atmosphere. U. S. C. o. E. t. t. S. Force. U. S. A., Bureau, U. S. W. Oceanic U. S. N. (1962). Administration, US Standard Atmosphere: National Oceanic and Amospheric [sic] Administration. National Aeronautics.
  3. Breaux H. J. (1985). A methodology for the development of fire control equations for guns and rockets fired from aircraft. (ARMY BALLISTIC RESEARCH LAB ABERDEEN PROVING GROUND MD).
  4. Chusilp P. Charubhun, W., and Ridluan. A. (2011). "Developing firing table software for artillery projectile using iterative search and 6-DOF trajectory model". (in the Second TSME International Conference on Mechanical Engineering. Krabi, , pp. 19-21).
  5. Dickinson E. R. (1967). The production of firing tables for cannon artillery. ARMY BALLISTIC RESEARCH LAB ABERDEEN PROVING GROUND MD.
  6. Gorn S Juncosa N. (1954). On the Computational Procedures for Firing and Bombing Tables. ARMY BALLISTIC RESEARCH LAB ABERDEEN PROVING GROUND MD.
  7. Khalil M Osama K. Abdalla H (2009 ). Dispersion analysis for spinning artillery projectile in International Conference on Aerospace. (Sciences and Aviation Technology pp. 1-12).
  8. Mauchly J. W. (1980). "The Eniac," in A History of Computing in the Twentieth Century. (ed. Elsevier. 1980 pp. 541-50).
  9. Matts A. McCoy D. H. (1970). A graphical firing table model and a comparison of the accuracy of three utilization schemes. (ARMY BALLISTIC RESEARCH LAB ABERDEEN PROVING GROUND MD).
  10. McCoy R. Modern exterior ballistics. (1999).The launch and flight dynamics of symmetric projectiles. (Schiffer Pub.).
  11. McCoy D. H. (1969). Standard Conditions for Cannon Artillery Firing Tables. (ARMY BALLISTIC RESEARCH LAB ABERDEEN PROVING GROUND MD).
  12. Mohamed M. Mostafa K. Mahmoud Y. (2013). Modelling and Production of artillery firing-tables. (Aerospace Engineering Department, Military Technical College, Cairo, 11766, Egypt, Translate by Vahid Kheirollahi).
  13. Pengxin Z. H. W. Z. D. F. M. Q. W. (2014). Method for compiling ground gun armor ejection table whose ammunition cannot be modified. (Journal of Armored Force Engineering Institute pp49-51).
  14. Reed Jr H. L. (1952). "Firing table computations on the ENIAC". (in Proceedings of the 1952 ACM national meeting (Pittsburgh) pp. 103-6).
  15. Sherif Y. Liou E. Chang T. and Yao S. (1985). Modelling the firing tables of field artillery (cannon 105 mm howitzer) Microelectronics Reliability. 2541-53.
  16. Ward J. R. May I. W. (1979). Muzzle Velocity Drop in Wear-Limited Army Guns. (ARMY BALLISTIC RESEARCH LAB ABERDEEN PROVING GROUND MD).
  17. Xinjun C. (1997). "Research on coincidence method in the preparation of grenade table". (Journal of Ballistics 9 72-5 1997).
  18. Yingbin W. (1995). THE APPLICATION OF BALLISTIC FILTERING THEORY IN THE PRODUCTION OF FIRING TABLES. (Journal of Ballistics5 6,).

 

 

دوره 4، شماره 13
شهریور 1401
صفحه 47-67
  • تاریخ دریافت: 12 فروردین 1401
  • تاریخ بازنگری: 29 اردیبهشت 1401
  • تاریخ پذیرش: 11 خرداد 1401
  • تاریخ اولین انتشار: 31 شهریور 1401