劉 川，薛德慶，賈長(zhǎng)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(chē)載火炮火力與底盤(pán)系統(tǒng)匹配性能評(píng)估方法研究

劉 川，薛德慶，賈長(zhǎng)治

(軍械工程學(xué)院 火炮工程系，河北 石家莊 050003)

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

輪式車(chē)載火炮；底盤(pán)；火力系統(tǒng)；匹配評(píng)估

近年來(lái)，隨著世界范圍內(nèi)局部戰(zhàn)爭(zhēng)的屢屢發(fā)生，高機(jī)動(dòng)性能的輪式車(chē)載火炮越來(lái)越得到世界各國(guó)的青睞。作為炮與車(chē)的連接核心，底盤(pán)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(chē)載火炮武器系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)于火炮設(shè)計(jì)者，車(chē)載火炮火力與底盤(pán)系統(tǒng)的匹配性問(wèn)題已成為關(guān)注重點(diǎn)。

火力與底盤(pán)系統(tǒng)的匹配性指的是火力與底盤(pán)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(guó)內(nèi)已有一些學(xué)者，如毛保全，穆歌[1]等對(duì)坦克炮火力與裝甲底盤(pán)系統(tǒng)的匹配性進(jìn)行了研究，但對(duì)車(chē)載式火炮的火力與底盤(pán)系統(tǒng)的匹配性研究還較少。車(chē)載火炮并非只是牽引火炮與汽車(chē)底盤(pán)的簡(jiǎn)單結(jié)合，新組成的車(chē)載火炮的射擊穩(wěn)定性在很大程度上受到底盤(pán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響，因此，對(duì)車(chē)載火炮火力與底盤(pán)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(píng)判法是對(duì)具有多種屬性的事物，或者說(shuō)其總體優(yōu)劣受多種因素影響的事物，作出一個(gè)能合理地綜合這些屬性的評(píng)判。將其引入到具有多影響因素的車(chē)載火炮的火力與底盤(pán)系統(tǒng)的匹配性能評(píng)估中，將能較好地完成兩者的評(píng)估。

1 評(píng)價(jià)因素的確定與指標(biāo)評(píng)估體系的構(gòu)建

1.1 評(píng)價(jià)因素的確定

輪式車(chē)載火炮不同于裝甲底盤(pán)火炮，在評(píng)價(jià)因素的選定上，應(yīng)更多考慮車(chē)載火炮特有的汽車(chē)底盤(pán)對(duì)射擊穩(wěn)定性的影響。

通過(guò)對(duì)車(chē)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(tái)機(jī)械性能、力學(xué)性能等參數(shù)的主要因素；通過(guò)對(duì)影響火炮自行平臺(tái)打擊精度、機(jī)動(dòng)能力等主要性能的分析研究，明確火炮自行平臺(tái)戰(zhàn)斗狀態(tài)的主要影響因素；并通過(guò)實(shí)際測(cè)取和詢問(wèn)專家，將火力與底盤(pán)系統(tǒng)的匹配評(píng)價(jià)因素分類整理如表1所示。

表1 評(píng)價(jià)因素表

續(xù)表1 評(píng)價(jià)因素表

1.2 主要評(píng)價(jià)因素的確定

主要評(píng)價(jià)因素的選定需考慮底盤(pán)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(píng)價(jià)兩者的匹配性，即火炮對(duì)整車(chē)的適裝性。同時(shí)，對(duì)評(píng)價(jià)因素的選取需具有先進(jìn)性、合理性和可行性[2]。以車(chē)載火炮底盤(pán)系統(tǒng)與火力系統(tǒng)匹配性最優(yōu)為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，選取結(jié)構(gòu)匹配和性能匹配兩方面為評(píng)價(jià)指標(biāo)，每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)下又包含若干評(píng)價(jià)因素。由于需考慮的評(píng)價(jià)因素較多，為方便計(jì)算，結(jié)合文獻(xiàn)[2]，并通過(guò)向?qū)＜以儐?wèn)，歸納主要評(píng)價(jià)因素如表2所示。

表2 主要評(píng)價(jià)因素表

1.3 評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

結(jié)合評(píng)價(jià)指標(biāo)和主要評(píng)價(jià)因素，采用AHP方法，將評(píng)價(jià)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(pán)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(duì)應(yīng)的各評(píng)價(jià)因素。建立評(píng)價(jià)體系如圖1所示。

1.4 權(quán)重系數(shù)的求解

層次分析法，簡(jiǎn)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(wèn)題按級(jí)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(duì)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(shí)采用1-9標(biāo)度方法，對(duì)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(jiàn)，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(píng)判模型

2.1 模糊綜合評(píng)判

模糊綜合評(píng)判即模糊綜合決策，指對(duì)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(gè)模糊綜合評(píng)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(guò)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(píng)語(yǔ)集的建立

評(píng)語(yǔ)集是評(píng)判者對(duì)評(píng)判對(duì)象的各種評(píng)判結(jié)果的集合,是對(duì)單因素和多因素性能的評(píng)價(jià)[5]，針對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)特點(diǎn)，將各評(píng)價(jià)指標(biāo)分為優(yōu)、良、中、差4個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，各評(píng)價(jià)等級(jí)取值范圍由專家討論所得。即構(gòu)成評(píng)語(yǔ)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(píng)判過(guò)程中具有重要作用，經(jīng)專家討論，對(duì)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(lái)描述[6]，對(duì)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(lái)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(gè)指標(biāo)，x1、x2、x3、x4分別代表各評(píng)語(yǔ)等級(jí)范圍值。

確定各指標(biāo)隸屬度函數(shù)，其中底盤(pán)高、火炮重與底盤(pán)重之比、戰(zhàn)斗極限重、車(chē)體最大角振幅、炮車(chē)比1、行軍戰(zhàn)斗轉(zhuǎn)換時(shí)間、炮口縱向角位移和車(chē)輪質(zhì)心垂直位移屬成本型；底盤(pán)座圈最小面積、火線高、極限后坐長(zhǎng)和射速屬效益型。通過(guò)專家給出的評(píng)價(jià)等級(jí)范圍，結(jié)合所求權(quán)重，建立評(píng)估模型，如表3所示。

表3 評(píng)估模型

3 實(shí)例分析

現(xiàn)對(duì)某122 mm車(chē)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(chē)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(píng)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(píng)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(píng)判結(jié)果：

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

由評(píng)價(jià)結(jié)果，采用最大隸屬度原則，某122 mm車(chē)載榴彈炮火力與底盤(pán)系統(tǒng)匹配性能為中等。

4 結(jié)論

通過(guò)將模糊綜合評(píng)判法引入到車(chē)載火炮火力與底盤(pán)系統(tǒng)匹配性能評(píng)估中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車(chē)載火炮火力與底盤(pán)系統(tǒng)匹配性能的定量化評(píng)估。與普通的牽引火炮不同，對(duì)于卡車(chē)底盤(pán)的車(chē)載火炮，在評(píng)估中其底盤(pán)高度和車(chē)體的角振幅是重點(diǎn)考慮因素。由于試驗(yàn)條件的限制，對(duì)于一些參數(shù)如車(chē)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(píng)估的精確性，需進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

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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