劉 川，薛德慶，賈長治

(軍械工程學(xué)院 火炮工程系，河北 石家莊 050003)

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輪式車載火炮火力與底盤系統(tǒng)匹配性能評估方法研究

劉 川，薛德慶，賈長治

(軍械工程學(xué)院 火炮工程系，河北 石家莊 050003)

針對輪式車載火炮火力與底盤系統(tǒng)匹配性能評估難的問題，將模糊綜合評判法引入到火炮火力與底盤系統(tǒng)匹配性能評估中。通過分析車載火炮火力與底盤系統(tǒng)的匹配評價因素，建立了相應(yīng)的匹配評價體系。應(yīng)用AHP法獲得各評價因素權(quán)重系數(shù)，基于模糊綜合評判法建立評估模型，綜合專家經(jīng)驗(yàn)確定各評價因素的隸屬度函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對車載火炮火力與底盤系統(tǒng)匹配性能的定量化評估。計(jì)算結(jié)果表明了車載火炮火力與底盤系統(tǒng)匹配性能評估的可行性。

輪式車載火炮；底盤；火力系統(tǒng)；匹配評估

近年來，隨著世界范圍內(nèi)局部戰(zhàn)爭的屢屢發(fā)生，高機(jī)動性能的輪式車載火炮越來越得到世界各國的青睞。作為炮與車的連接核心，底盤系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)其與火力系統(tǒng)的良好匹配直接關(guān)系到火炮的射擊穩(wěn)定性。隨著車載火炮武器系統(tǒng)的發(fā)展，對于火炮設(shè)計(jì)者，車載火炮火力與底盤系統(tǒng)的匹配性問題已成為關(guān)注重點(diǎn)。

火力與底盤系統(tǒng)的匹配性指的是火力與底盤系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和性能等方面相結(jié)合的合理程度和協(xié)調(diào)一致性等。目前，國內(nèi)已有一些學(xué)者，如毛保全，穆歌[1]等對坦克炮火力與裝甲底盤系統(tǒng)的匹配性進(jìn)行了研究，但對車載式火炮的火力與底盤系統(tǒng)的匹配性研究還較少。車載火炮并非只是牽引火炮與汽車底盤的簡單結(jié)合，新組成的車載火炮的射擊穩(wěn)定性在很大程度上受到底盤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響，因此，對車載火炮火力與底盤系統(tǒng)的匹配性研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

模糊綜合評判法是對具有多種屬性的事物，或者說其總體優(yōu)劣受多種因素影響的事物，作出一個能合理地綜合這些屬性的評判。將其引入到具有多影響因素的車載火炮的火力與底盤系統(tǒng)的匹配性能評估中，將能較好地完成兩者的評估。

1 評價因素的確定與指標(biāo)評估體系的構(gòu)建

1.1 評價因素的確定

輪式車載火炮不同于裝甲底盤火炮，在評價因素的選定上，應(yīng)更多考慮車載火炮特有的汽車底盤對射擊穩(wěn)定性的影響。

通過對車載火炮戰(zhàn)斗狀態(tài)特點(diǎn)和射擊載荷的分析研究，明確影響自行平臺機(jī)械性能、力學(xué)性能等參數(shù)的主要因素；通過對影響火炮自行平臺打擊精度、機(jī)動能力等主要性能的分析研究，明確火炮自行平臺戰(zhàn)斗狀態(tài)的主要影響因素；并通過實(shí)際測取和詢問專家，將火力與底盤系統(tǒng)的匹配評價因素分類整理如表1所示。

表1 評價因素表

續(xù)表1 評價因素表

1.2 主要評價因素的確定

主要評價因素的選定需考慮底盤系統(tǒng)與火力系統(tǒng)兩方面的因素，所選因素應(yīng)能客觀地評價兩者的匹配性，即火炮對整車的適裝性。同時，對評價因素的選取需具有先進(jìn)性、合理性和可行性[2]。以車載火炮底盤系統(tǒng)與火力系統(tǒng)匹配性最優(yōu)為評價準(zhǔn)則，選取結(jié)構(gòu)匹配和性能匹配兩方面為評價指標(biāo)，每個評價指標(biāo)下又包含若干評價因素。由于需考慮的評價因素較多，為方便計(jì)算，結(jié)合文獻(xiàn)[2]，并通過向?qū)＜以儐?，歸納主要評價因素如表2所示。

表2 主要評價因素表

1.3 評價體系的構(gòu)建

結(jié)合評價指標(biāo)和主要評價因素，采用AHP方法，將評價體系分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層。其中，目標(biāo)層為火力與底盤系統(tǒng)匹配性能，以結(jié)構(gòu)匹配和性能匹配為兩準(zhǔn)則，方案層為兩準(zhǔn)則層下分別對應(yīng)的各評價因素。建立評價體系如圖1所示。

1.4 權(quán)重系數(shù)的求解

層次分析法，簡稱AHP方法，是一種多目標(biāo)多準(zhǔn)則的決策方法[3]。一般層次分析法的步驟是：

1)先將所要分析的問題按級分層，一般將指標(biāo)體系分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層。

2)構(gòu)造判斷矩陣。

3)根據(jù)判斷矩陣計(jì)算權(quán)重。

4)對排序結(jié)果進(jìn)行內(nèi)部一致性檢驗(yàn)。

在構(gòu)造兩兩判斷矩陣時采用1-9標(biāo)度方法，對于A下層指標(biāo)權(quán)重系數(shù)ω，由于指標(biāo)較少，經(jīng)查閱文獻(xiàn)[4]并綜合專家意見，確定ω=[0.3 0.7]。構(gòu)造A1下各指標(biāo)的判斷矩陣：

求得最大特征值λ1=6.169 7,一致性比例CR=0.0274<0.1，判斷矩陣具有良好的一致性。最終所求權(quán)重系數(shù)為

ω1=[0.346 0.159 0.087 0.118 0.228 0.062]

同理可求得A2下各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)為

ω2=[0.252 0.145 0.086 0.054 0.340 0.123]

其中，最大特征值λ2=6.235 1，一致性比例CR=0.037 9<0.1。

2 模糊綜合評判模型

2.1 模糊綜合評判

模糊綜合評判即模糊綜合決策，指對各種因素及它們與各種決策方案之間的關(guān)系進(jìn)行綜合考慮后作出優(yōu)化判決的一種數(shù)學(xué)方法。一個模糊綜合評判模型，包含因素集X={xi;1≤i≤n}，決策集Y={yi;1≤j≤m}，以及X到Y(jié)的模糊關(guān)系R={rij;1≤i≤n,1≤j≤m}。如果a=(a1,a2,…,an)為X上的模糊向量，通過a與R的復(fù)合運(yùn)算得到Y(jié)上的模糊向量b=(b1,b2,…,bm)。

2.2 評語集的建立

評語集是評判者對評判對象的各種評判結(jié)果的集合,是對單因素和多因素性能的評價[5]，針對各評價指標(biāo)特點(diǎn)，將各評價指標(biāo)分為優(yōu)、良、中、差4個評價等級，各評價等級取值范圍由專家討論所得。即構(gòu)成評語集V=[v1v2v3v4]。

2.3 各指標(biāo)隸屬度的確定

指標(biāo)隸屬度的確定在模糊綜合評判過程中具有重要作用，經(jīng)專家討論，對于可定量處理的指標(biāo)確定用效益型和成本型兩種指標(biāo)類型來描述[6]，對于需定性分析的指標(biāo)，采用專家打分的方法。效益型和成本型可分別用下梯形函數(shù)和上梯形函數(shù)兩種隸屬度函數(shù)來描述。

效益型隸屬度函數(shù)表達(dá)式為

(1)

(2)

(3)

(4)

成本型隸屬度函數(shù)表達(dá)式為

(5)

(6)

(7)

(8)

其中i代表第i個指標(biāo)，x1、x2、x3、x4分別代表各評語等級范圍值。

確定各指標(biāo)隸屬度函數(shù)，其中底盤高、火炮重與底盤重之比、戰(zhàn)斗極限重、車體最大角振幅、炮車比1、行軍戰(zhàn)斗轉(zhuǎn)換時間、炮口縱向角位移和車輪質(zhì)心垂直位移屬成本型；底盤座圈最小面積、火線高、極限后坐長和射速屬效益型。通過專家給出的評價等級范圍，結(jié)合所求權(quán)重，建立評估模型，如表3所示。

表3 評估模型

3 實(shí)例分析

現(xiàn)對某122 mm車載榴彈炮進(jìn)行分析，其各項(xiàng)指標(biāo)如表4所示。

表4 某122 mm車載榴彈炮指標(biāo)數(shù)據(jù)

首先求得結(jié)構(gòu)匹配下各指標(biāo)的隸屬度，并得模糊判斷矩陣R1：

結(jié)合權(quán)重系數(shù)ω1可得結(jié)構(gòu)匹配下各指標(biāo)綜合評判結(jié)果：B1=ω1×R1=[0.871 9 0.993 0 0.912 6 0.836 6]

同理可得性能匹配下各指標(biāo)綜合評判結(jié)果：B2=ω2×R2=[0.606 2 0.747 9 0.902 7 0.792 6]

結(jié)合權(quán)重系數(shù)ω可得結(jié)構(gòu)匹配下各指標(biāo)綜合評判結(jié)果：

B=ω×R=[0.685 9 0.821 4 0.905 6 0.805 0]

由評價結(jié)果，采用最大隸屬度原則，某122 mm車載榴彈炮火力與底盤系統(tǒng)匹配性能為中等。

4 結(jié)論

通過將模糊綜合評判法引入到車載火炮火力與底盤系統(tǒng)匹配性能評估中，實(shí)現(xiàn)了對車載火炮火力與底盤系統(tǒng)匹配性能的定量化評估。與普通的牽引火炮不同，對于卡車底盤的車載火炮，在評估中其底盤高度和車體的角振幅是重點(diǎn)考慮因素。由于試驗(yàn)條件的限制，對于一些參數(shù)如車體最大角振幅和炮口縱向角位移等，是在虛擬樣機(jī)模型上經(jīng)仿真得到的，若需提高評估的精確性，需進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

References)

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[2]吳亞東, 毛保全, 穆歌,等. 裝甲底盤與火炮匹配性評價方法研究[J]. 火炮發(fā)射與控制學(xué)報(bào)，2004(4):11- 14.

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Research on the Evaluation of the Matching Performance of the Fire and the Chassis System of the Wheeled Vehicle Gun

LIU Chuan, XUE Deqing, JIA Changzhi

(Department of Artillery Engineering,Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, Hebei, China)

Aimed at the limitation of the gun and vehicle matching used in the tank gun, the fuzzy comprehensive evaluation method is applied to the evaluation of the matching performance of the chassis and the fire system of the truck-mounted artillery. Through an analysis of the matching evaluation factors, the corresponding evaluation system is established. AHP method is used to calculate the weight coefficient of each evaluation factor with the evaluation model established based on the fuzzy comprehensive evaluation method, and with the expert experience taken into account to confirm the membership function of each evaluation factor so as to achieve the qualitative evaluation of matching perfor-mance of the chassis and the fire system of the truck-mounted artillery. The result of the example indicates the feasibility of the evaluation of the matching performance of the chassis and the fire system of the truck-mounted artillery.

wheeled vehicle gun; chassis; fire system; matching evaluation

10.19323/j.issn.1673-6524.2016.03.006

2015-11-03

劉川(1992—)，男，碩士研究生，主要從事武器系統(tǒng)仿真與信息化技術(shù)研究。E-mail：lcxx_bb@163.com

TJ819

A

1673-6524(2016)03-0025-05