Файл: Дракин, И. И. Основы проектирования беспилотных летательных аппаратов с учетом экономической эффективности.pdf

же ниже единицы, что еще больше снижает вероятность пораже­ ния цели.

Следует заметить, что вероятность поражения цели истреби­ телем и бомбардировщиком также является лимитирующим (критериальным) фактором. Поэтому достижение максимальной вероятности выполнения тактической задачи является основным критерием при тактическом анализе готового ЛА. Иногда вместо этого критерия применяют математическое ожидание величины наносимого противнику ущерба [10], [48], [59].

Вероятность поражения цели для БЛА может являться кри­ терием не только при разработке тактики применения, но и при проектировании некоторых систем, например, системы управ­ ления.

1.3. Экономические критерии

Достижение высоких значений вероятности поражения цели связано обычно с усложнением системы управления (СУ) и уве­ личением веса боевой части (БЧ). Это ведет к возрастанию за­ трат на выстрел и, кроме того, снижается боеготовность БЛА.

Пусть, например, исходный вариант без учета противодейст­ вия имел вероятность поражения цели />і = 0,8. Модифицируя СУ и увеличивая вес БЧ, допустим достигнута вероятность пораже­ ния цели /Ѵ = 0,95, при этом стоимость выстрела возросла вдвое. Если же стрелять залпом двумя снарядами исходного варианта, получим вероятность (см .гл. V)

/>2=1 — (1 — Л ) 2 = 0,96.

Как видим, в этом случае при тех же затратах достигнута при­ мерно такая же вероятность.

Необходимость стрельбы несколькими снарядами по одной цели возникает, кроме того, в связи с противодействием против­ ника, которое неизбежно в войне с технически развитым против­ ником. Пусть, например, вероятность противодействия равна £пр=0,5, тогда для исходного варианта вероятность поражения цели одним снарядом будет

/>і =(1 — 0,5)0,8 = 0,4,

среднее количество потребных снарядов для поражения цели -с вероятностью Лпц=0,95 (см. гл. V, разд. 2).

/^ ==.1е<1 - />"»>= 5 87. Ig (l- P i)

Для модифицированного снаряда

/Ѵ=(1 — 0,5)0,95=0,475.

5 7

Следовательно, среднее количество снарядов, необходимых для поражения цели с вероятностью Лщ=0,95 будет

п2= lg(- " —ш- = 4 ,6 5 . lg 0 — Р\')

Относительная стоимость выстрела первых снарядов

0І = -Я1-= Лі = 5,87.

ѵо

относительная стоимость модифицированных снарядов

0 , = — =2/г2==9,3,

2 Qo -

т.е. на 58% больше.

Вряде случаев при залповой стрельбе, значительных допол­ нительных трудностей не возникает. Например, зенитная ракета

для поражения низколетящих целей «Кроталь» спроектирована для запуска по две штуки в залпе [14]. Возможность залпового запуска предусмотрена на ряде иностранных ракет: «Хоук», «Терьер», «Сайдуиндер» и др.

Из рассматриваемого примера видно, что достижение задан­ ной вероятности поражения цели можно осуществить с помо­ щью тех или иных конструктивных мер или путем стрельбы раз­ ным количеством снарядов или тем и другим способами. Критерием целесообразности различных проектировочных меро­ приятий могут являться экономические затраты на выполнение целевой задачи с заданной вероятностью.

В качестве целевых задач БЛА могут быть: поражение це­ ли, поднятие метеорологических приборов на определенную высо­ ту, достижение определенной дальности для фоторазведки, вы­ ход на орбиту определенной высоты и др.

Применение экономического критерия целесообразно в том случае, если выполнение поставленной задачи возможно с помо­ щью различных вариантов технических решений. Если техниче­ ская задача исключает многовариантность решения, то экономи­ ческий критерий применять бессмысленно.

Затраты на выполнение целевой задачи являются наиболее общим критерием при проектировании. Такой критерий с теми или иными допущениями (неучетом второстепенных для решае­ мой задачи затрат) довольно широко используется. Например, в работе (68] определяются оптимальные вес БЧ и вероятность поражения цели одним зенитным снарядом. Там же решается задача оптимизации дальности зенитной ракеты, при этом в ка­ честве критерия принимается стоимость ракетных комплексов, обеспечивающая заданный уровень эффективности.

58

Раш, Брэкен и Маккормик [52] производят оптимизацию па­ раметров ракет — носителей по критерию стоимости.

Хубер в работе (133] определяет оптимальную мощность ядерной БЧ для баллистических ракет, исходя из условной стоимости ракетного комплекса. Кокс и Хартер в работе [92] определяют оптимальную надежность, исходя из стоимости поражения цели.

Естественно, что при экономической оценке необходимо учи­ тывать не только затраты на производство снаряда, но и затра­ ты на производство и эксплуатацию всего комплекса вооруже­ ния, связанного со снарядом (ракетоносителя, стартовых устройств, системы обнаружения целей и управления, техниче­ ских средств для профилактических мероприятий по обеспечению; надежности и т. д.).

Поэтому общим критерием проектировочных задач должны являться все затраты на выполнение поставленной задачи, в ко­ торые должны входить как затраты на ЛА, так и затраты на все средства и их эксплуатацию, которые обеспечивают эффектив­ ность ЛА.

Экономические критерии могут быть и более «низких ран­ гов». Если анализируемое мероприятие не влияет, например, на вероятность поражения цели, то можно ограничиться «стоимо­ стью выстрела», т. е. затратами на обеспечение запуска одного БЛА. Если анализируемое мероприятие влияет только на произ­ водственную стоимость ЛА, то в качестве критерия можно при­ нять эту стоимость. Исходя из этого критерия можно определять многие параметры конструкций планера и двигательной уста­ новки.

Вкачестве экономического критерия нередко применяется се­ бестоимость производства проектируемого агрегата. Этот крите­ рий можно применять только в том случае, если вес и надежность сравниваемых вариантов агрегата или детали одинаковы.

Вкачестве экономического критерия иногда применяются удельные затраты, выражающиеся отношением затрат на выпол­ нение тактической или транспортной задачи к весу транспорти­ руемой целевой нагрузки. Такой критерий применяется в транс­ портной авиации, где критерием являются затраты на перевозку одной тогны груза на один километр.

Необходимо заметить, что указанные удельные затраты не являются критерием «в виде дроби», который выше был подверг­ нут критике. В удельных затратах — не отношение двух крите­ риев, а отношение затрат к величине, характеризующей целевую нагрузку.

Вышеприведенный критерий — затраты на поражение единич­ ной цели с заданной вероятностью является по существу удель­ ным критерием. Действительно, практическое его определение может быть сделано на основе массовых стрельб, которые неиз-

59

бежно будут осуществляться в разных условиях. Пусть Qi — за­ траты иа один выстрел, которые могут, в зависимости от условий эксплуатации (рельефные, климатические и др.), быть различ­ ными для одного и того же типа БЛА. Если по стране или в каком-нибудь районе поражено лц целей и при этом пришлось выпустить пс снарядов, то средние затраты на поражение цели будут

1

а среднее количество снарядов, приходящихся на одну цель, будет

Заметим, что величина пс, ц в общем случае является дробной. При теоретическом определении величины критерия приходится исходить из средних условий.

При определении затрат на поражение цели или на один вы­ стрел в ряде случаев необходимо учитывать затраты на раз­ работку БЛА. Дело в том, что затраты на разработку БЛА ино­ гда доходят до очень большой величины и могут составлять большой удельный вес в общих затратах на БЛА. Например, затраты на разработку системы баллистической ракеты СШ А «Посейдон» оценивались в 1,3 млрд, долларов, а все затраты на систему, включая переоборудование подводных лодок в 3,5 млрд, долларов [118]. Следовательно, затраты на разработ­ ку составили 37% от всех затрат или 59% от производственных затрат. Затраты на разработку в значительной степени зависят от сложности комплекса БЛА и потребной надежности. Поэто­ му в тех случаях, когда сравниваемые варианты отличаются сложностью, в особенности блоков системы управления, необхо­ димо учитывать возможную разницу в затратах на разработку.

При выборе критерия для решения проектировочных задач БЛА может возникнуть сомнение в целесообразности примене­ ния экономического критерия, особенно при выборе конструк­ тивных вариантов или при оптимизации параметров конструкции и топлива, тем более, что при проектировании самолетов доволь­ но широко применяется весовой критерий. Действительно, в не­ которых случаях целесообразно применять весовой критерий (см. разд. 1.4 и 2).

Однако в ряде случаев применение весового критерия может повести к существенным ошибкам,'ведущим к необоснованному ущербу для народного хозяйства. Для иллюстрации этого ниже приведены некоторые численные примеры, для которых исполь­ зованы данные примеров последующих параграфов. При срав

60

нении вариантов энергоблока 1-й ступени ракеты-носителя с Ж РД и РДТТ (см. гл. II, разд. 7. 1) вес энергоблока (отделяемой ча­ сти ступени) с Ж РД на 43,2% меньше, чем с РДТТ, а стоимость его на 71,3% больше стоимости энергоблока с РДТТ. Отсюда следует, что если исходить из весового критерия, то целесооб­ разно установить Ж РД, а если исходить из экономического критерия, то целесообразен РДТТ.

Влияние весового критерия на ошибку оптимизации парамет­ ров БЛА приведено в табл. 2. 1, где даются в процентах ошиб­ ки определения оптимизируемого параметра по весовому крите­ рию (стартовый вес). Как видно из табл. 2. 1, применяя весовой критерий для оптимизации параметров БЛА, допускаются ошиб­

Иногда применение экономического критерия может затруд­ няться неопределенностью возможных удельных затрат. Дейст­ вительно, проектируемый БЛА может быть запущен в серийное производство лишь через несколько лет. За это время цены на материалы, в особенности на новые, могут существенно изме­ ниться. Может измениться и стоимость технологического процес­ са. Кроме того, следует учитывать и тот факт, что в процессе проектирования может измениться выбранный материал и тех­ нологический процесс.

61

При оценке удельных затрат необходимо статистическое про­ гнозирование с учетом особенностей проектируемых агрегатов. Однако ошибки при этом могут быть существенные. Для иллю­ страции порядка получающихся при этом ошибок в величине оптимизируемых параметров в последней графе табл. 2. 1 при­ водятся ошибки определения параметров БЛА при ошибках в удельных затратах на конструкцию планера ±50% • Из табл. 2. 1 видно, что эти ошибки определения параметров во много раз меньше ошибок, вызванных применением весового критерия. Таким образом, целесообразней производить оптимизацию по экономическому критерию, даже если при этом ошибки опреде­ ления'удельных стоимостей могут быть весьма существенны.

В работе [18] указывается, что экономическая оценка, сделан­ ная во время предварительного проектирования, будет удачной, если она правильна с точностью до коэффициента 2. Из приве­ денных в табл. 2. 1 примеров видно, что при оптимизации пара­ метров вполне допустимо определение удельных стоимостей с ошибкой до двух крат.

Большие ошибки определения оптимальных параметров по весовому критерию объясняются тем, что весовой критерий экви­ валентен экономическому с одинаковыми удельными стоимостя­ ми конструкции и топлива. В действительности удельные стоимо­ сти конструкций обычно в десятки и сотни раз больше, чем удельные стоимости топлива. Например, по работе [117], удель­ ная стоимость конструкции БЛА с Ж РД в 750 раз больше удель­ ной стоимости топлива.

Экономический критерий следует применять в тех случаях, когда в сравниваемых вариантах или при изменении параметров меняется соотношение весов конструкции и топлива.

1.4. Весовые критерии

Вес ЛА или детали является косвенным критерием экономи­ ческого качества: производственная стоимость ЛА или детали определенного типа примерно пропорциональна весу. Поэтому весовой критерий в ряде случаев можно рассматривать как раз­ новидность экономического критерия.

Для самолетостроения полетный вес самолета приобретает самостоятельное значение как критерий, причем он становится разновидностью не только экономического, но и тактического критерия.

Его значение становится в некоторых случаях даже более важным, чем экономический критерий. Это объясняется многоразовостью применения самолета. Вследствие этого расходы га топливо и смазку возрастают до относительно большой величи­ ны. Например, для пассажирского самолета СШ А «Боинг 727» амортизация самолета составляет 25,3%, расходы на топливо и масло 24% от всех расходов на эксплуатацию [73]. Следует

62