Построение трехмерной тактической диаграммы для визуально-аналитической оценки поражения бронемашины в условиях сложного ландшафта местности и высотной городской застройки

Построение трехмерной тактической диаграммы для визуально-аналитической оценки поражения бронемашины  в условиях сложного ландшафта местности и высотной городской застройки

УДК 623.5, 623.438, 623.437.093, 623.093

Я. Г. Пуказов, И. А. Коршакова, В.И. Яугонен

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

ПОСТРОЕНИЕ ТРЕХМЕРНОЙ ТАКТИЧЕСКОЙ ДИАГРАММЫ
ДЛЯ ВИЗУАЛЬНО-АНАЛИТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ПОРАЖЕНИЯ БРОНЕМАШИНЫ
В УСЛОВИЯХ СЛОЖНОГО ЛАНДШАФТА МЕСТНОСТИ
И ВЫСОТНОЙ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ

Введение

На сегодняшний день в мире прослеживается тенденция роста вооруженных конфликтов с террористическими организациями. Боевые столкновения характеризуются отсутствием линии фронта и происходят как в городах, так и на открытой местности с большими перепадами высот. Развитие противотанкового реактивного и стрелкового оружия привело к тому, что применение танков в городских условиях приводит к неоправданным потерям из-за различных направлений и многообразия условий обстрела. В борьбе с террористическими организациями широкое применение нашли быстрые, легкие и мобильные бронетранспортеры и автомобили [1]. Построение и анализ трехмерных тактических диаграмм для такого вида техники может способствовать повышению эффективности при выполнении боевой задачи.

История

Активная история научного изучения броневой защиты вооруженной техники началась во время Второй мировой войны [2]. В то время, основной боевой единицей считались танки. В архивных документах сохранилось очень мало информации по оценке броневой защиты легких бронированных машин (ЛБМ). Тем не менее подход к анализу и проектированию защиты танков мало чем отличается от точно такой же оценки ЛБМ. Общий уровень защиты бронемашины принято оценивать с помощью тактической диаграммы (рис. 1). Эта диаграмма представляет собой совокупность замкнутых кривых, построенных для всех основных бронедеталей. По диаграмме можно определить безопасные для бронемашины (от конкретного средства поражения) углы маневрирования и дальности обстрела. Чем меньше суммарная площадь, ограниченная кривыми тактической диаграммы, тем выше защищенность. Однако тактическая диаграмма не учитывает точность стрельбы, многообразие условий обстрела, а также возможность обстрела машины с различных направлений и высот.

Рис. 1. Вариант тактической диаграммы корпуса и башни танка

Проблема

При рассмотрении современного вооруженного конфликта можно увидеть, что отсутствие четко выраженной линии столкновения конфликтующих сторон приводит к перераспределению снарядной нагрузки по всему корпусу, а также по крыше боевой машины [3]. Это требует пересмотра подходов к оценке, а также проектированию броневой защиты от действия средств поражения.

Решение

Для того, чтобы оценить защищенность ЛБМ, необходимо все пространство, окружающее конкретную бронедеталь, разделить на две области: опасную область, которая находится внутри замкнутой кривой тактической диаграммы, и в которой существует опасность пробития брони определенным снарядом, а также безопасную область, все что находиться за пределами замкнутой кривой тактической диаграммы. Опасная область для всей машины является совокупностью опасных областей всех бронедеталей (рис. 2). Отсюда возникает необходимость математического описания трехмерной поверхности границы между опасной и безопасной областью.

Рис. 2. Совокупность опасных областей бронеавтомобиля Panhard VBL при поражении снарядами калибром 12.7 мм

Представление тактических диаграмм в разных проекциях в сравнении с традиционным методом, в котором рассматривается только проекция вида сверху, имеет следующие преимущества: 

  1. возможность оценить защищенность машины при обстреле в городе или местности с большими перепадами высот;
  2. возможность оценить защищенность машины при обстреле пушками и пулеметами авиации.

Аналоги. В работах О. Е. Шаталова, Е. Е. Дударя и А. Ю. Васильева [4 - 8] рассматривается алгоритм, в котором расчет построения тактической диаграммы производиться в трехмерном пространстве. Данный расчет опирается на специально подготовленную 3D ГИС-карту [9], а также на 3D модель бронемашины. Созданный математический аппарат служит для обеспечения всестороннего анализа и построения трехмерной поверхности области поражения. Необходимо учесть, что геометрия данной поверхности зависит от текущих мгновенных значений тангажа, крена корпуса и параметров движения машины. В результате авторами данных работ был разработан программный комплекс СПМК «Бузок» (рис. 3 - 4).

Рис. 3. Интерфейс программной оболочки специализированного программно-модельного комплекса «Бузок»
Рис. 4. Результат работы программы 3dtd.exe (СПМК «Бузок»)

Предложение

В качестве визуального обоснования данного метода авторами данной статьи предлагается использование объёмных 3D моделей опасных областей тактической диаграммы. Данная модель (рис. 5) области (купол) была построена в программном комплексе SolidWorks при использовании таких инструментов как «Повернутая бобышка/основание», а также «Сплайн» по точкам.

Исходный замкнутый контур «купола» тактической диаграммы формировался по методике, описанной в открытых источниках [10]. Зная толщину брони, а также ТТХ скорости и баллистики полета снаряда. По формуле Якоба де Марра:

где - толщина брони в дециметрах,  - скорость встречи снаряда с броней в м/с,  - коэффициент стойкости брони, имеет величину от 1900 до 2400, но обычно 2200,  - масса снаряда в кг,  - калибр снаряда в дм,  - угол в градусах между продольной осью снаряда и нормалью к броне в момент встречи, можно определить координаты точек для построения нужного нам контура. Стоит обратить внимание на тот факт, что угол между продольной осью снаряда и нормалью к броне берётся с расчетом, что броня находится под прямым (нулевым) углом (рис. 6).

Рис. 5. 3D модель купола тактической диаграммы

Рис. 6. Угол встречи снаряда с броней

После построения замкнутого контура для пробития бронедетали, находящийся под нулевым углом встречи, следует сформировать 3D моделей опасных областей. Данные модели нужно разместить на модели машины (рис. 7 - 8). Для примера возьмем французский броневик Panhard VBL [11]:

Рис. 7. Увеличенный внешний вид бронеавтомобиля Panhard VBL с размещенными на основных бронедеталях объемных опасных областей
а)
б)
в)
Рис. 8. а) Вид сверху, б) Вид сбоку, в) Вид спереди бронеавтомобиля Panhard VBL с размещением на основных бронедеталях объемных опасных областей

Такое построение и анализ тактической диаграммы показывает, что в условиях обстрела машины не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскости, общий объем, а, следовательно, и площадь совокупных опасных областей гораздо больше, в сравнении с классическим вариантом построения. Количественный результат несовпадения еще предстоит изучить.

При рассмотрении ситуации, когда машина движется в условиях многоэтажной застройки, можно увидеть, что шансы поразить машину с наклонной броней увеличиваются при нахождении стрелка на последних этажах здания (рис. 8 - 9).

Выводы

Описанная идея использования объемной 3D-модели тактической диаграммы обеспечивает возможность нахождения опасных и безопасных зон при обстреле машины с различных направлений и высот. Перспективы развития данной работы могут заключаться в разработке аналога СПМК «Бузок», результаты работы которого могут лечь в основу разработки конструкции бронеавтомобиля с изменяющиеся углами наклона брони, а также обоснование использования в городских условиях машин с нулевым углом наклона брони.

Рис. 9. Визуализация 3D тактической диаграммы бронеавтомобиля Panhard VBL с использованием 20-ти этажных моделей зданий

ЛИТЕРАТУРА:

  1. Пуказов Я. Г., Лихоманов В. А., Поливода О. А. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ СОВРЕМЕННОГО ВОЕННОГО АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЯ // Неделя науки СПбПУ: сборник докладов научной конференции с международным участием. Факультет военного обучения. – 2017. – С. 109-112.
  2. Отчет ЦНИИ №48. "Изучение броневой защиты танков немецкой армии". 1942 год. Часть 1.
  3. Крыжный A.В., Зиркевич B.М. Особенности применения боевых машин легкой категории веса в современных вооруженных конфликтах // Наука и оборона. – 2005. – No3 – С.45-47.
  4. Шаталов О. Е. и др. Математическое представление построения трехмерных тактических диаграмм с учетом движения и изменения ориентации корпуса бронированной машины в пространстве. – 2005.
  5. Дудар Є. Є., Шаталов О. Є., Васильєв А. Ю. Методика врахування геометрії бойових машин легкої категорії ваги для побудови тактичних діаграм //Науковий вісник НЛТУ України. – 2017. – Т. 27. – №. 5.
  6. Дудар Є. Є. и др. Комплексна математична модель побудови тривимірних тактичних діаграм на місцевості та її програмна реалізація. – 2018.
  7. Шаталов О. Є., Дудар Є. Є., Васильєв А. Ю. Комплексна математична модель аналізу захищеності бойових машин легкої категорії за масою від стрілецької зброї з урахуванням геометрії машини, рельєфу місцевості й додаткового бронювання. – 2019.
  8. Шаталов О. Є., Дудар Є. Є., Васильєв А. Ю. Реалізація базових методів та моделей захищеності бойових машин легкої категорії за масою від кінетичних боєприпасів. – 2019
  9. Коростылёв Р. И., Еремин И. Е. Электронная карта с использованием реалистичных 3D-моделей зданий //Ученые заметки ТОГУ. – 2013. – Т. 4. – №. 3. – С. 067-071
  10. Бронепробиваемость // Wikipedia URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Бронепробиваемость (дата обращения: 14.02.2020).
  11. VBL (бронеавтомобиль) // Wikipedia URL:https://ru.wikipedia.org/wiki/VBL_(бронеавтомобиль) (дата обращения: 14.02.2020).