Xem mẫu
- Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021)
Tối Ưu Hóa Kiến Trúc Thượng Tầng Để Giảm
Diện Tích Bề Mặt Phản Xạ Của Tàu Nổi
Lê Doãn Trinh1, Vũ Văn Hiếu1, Trần Thị Hồng Thắm2, Hoàng Ngọc Tùng3, Vũ Hoàng Sơn4
1
Viện thiết kế tàu quân sự, Tổng cục Công nghiệp quốc phòng
2
Đại học kỹ thuật Lê Quý Đôn, Hà Nội, Việt Nam
3
Khoa Kỹ thuật Tác chiến điện tử, Trường Cao đẳng Kỹ thuật Thông tin
4
Khoa kỹ thuật hàng không, Học viện Phòng không – Không quân
Email: anhletrinhnd@gmail.com
Abstract — Trong những năm gần đây, ứng dụng nhiều lớp trên cột buồm được gắn trên tàu khu trục [5],
công nghệ tàng hình để đóng các gam tàu chiến mới tối ưu hóa hình dạng cột buồm của tàu nổi [6].
nhằm giảm diện tích bề mặt phản xạ (RCS) của tàu đã Tuy nhiên ở Việt Nam những nghiên cứu để giảm
trở thành xu thế chung của các nước trên thế giới. Trong RCS của tàu nổi vẫn đang rất hạn chế. Việc thiết kế và
bài báo này, bằng phương pháp mô phỏng trên phần
mềm Ansys Electronics Suite 2021, nhóm tác giả đề xuất
đóng mới các tàu hiện này vẫn dựa trên các bản thiết kế
phương án thiết kế lại tầng 2 và nóc cabin của tàu DV53 không có tính năng tàng hình. Trong khi đó, việc mua
nhằm giảm diện tích bề mặt phản xạ của tàu. Kết quả lại các thiết kế tàng hình của các nước trên thế giới rất
tính toán cho thấy rằng, trong trường hợp ra đa đơn tĩnh khó, chi phí cao và không khả thi. Chính vì vậy, trong
khi làm vát các thành của tầng 2 và nóc cabin một góc bài báo này chúng tôi sẽ đề xuất phương án để tối ưu
100, các góc nối được chuyển thành các mặt phẳng vát, và hóa kiến trúc thượng tầng nhằm giảm RCS của tàu nổi,
loại bỏ các thành phần trang trí, trong khi vẫn giữ và cụ thể là tàu DV53.
nguyên cách bố trí trang thiết bị trên tàu cũng như tuyến Để giảm RCS của tàu DV53, bài báo sẽ nghiên cứu
hình của tàu thì RCS lớn nhất của tàu DV53 theo hình dáng bên ngoài của tàu DV53 (phần II) để lựa
phương án đề xuất đối với đối tượng tác chiến là tàu nổi
giảm 1.8 lần, và đối với đối tượng tác chiến là phương
chọn thành phần sẽ tiến hành đi tối ưu, từ đó lựa chọn
tiện bay không người lái (UAV) giảm 3.2 lần so với RCS tầng 2 và nóc cabin của tàu (phần III) để tiến hành tính
của tàu DV53 nguyên bản. toán và đề xuất phương án để giảm RCS của chúng
(phần IV). Cuối cùng sẽ đánh giá ảnh hưởng RCS tầng
Keywords - Diện tích bề mặt phản xạ, ra đa đơn tĩnh, 2 và nóc cabin đến RCS của toàn tàu (phần V).
sóng vô tuyến, DV53.
II. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
I. GIỚI THIỆU Tàu DV53 (hình 1) là một trong những tàu nổi do
Sự phát triển của công nghệ tàng hình hiện đại ở Việt Nam tự thiết kế và đóng mới với chiều dài là
Mỹ bắt đầu vào năm 1958, và hiện nay đa số các nước 53.2m, chiều rộng là 9m.
trên thế giới đã tính toán và sử dụng công nghệ tàng
hình để chế tạo ra các tàu chiến (tàu nổi) của mình.
Bằng cách làm cho các tàu chiến “biến mất” trên các
màn hình hiển thị của ra đa của đối phương, việc ứng
dụng công nghệ tàng hình đã nâng cao khả năng tác
chiến các tàu chiến một cách rõ rệt, tạo ưu thế vượt trội
trên chiến trường. Các tàu chiến được ứng dụng công
nghệ tàng hình nổi bật trên thế giới phải kể đến như:
tàu US2000 của Thụy Điển, tàu Zumwalt của Mỹ, tàu
La Fayette của Pháp, tàu tên lửa thuộc dự án 22160 và
22631 của Nga.
Trong những năm gần đây, rất nhiều nghiên cứu về
Hình 1. Tàu DV53.
giảm RCS của tàu chiến đã được công bố với nhiều
phương pháp khác nhau như phân tích mặt cắt ngang Tuy nhiên, đây là một thiết kế không có tính năng
của tàu hải quân [2], sử dụng vật liệu siêu hấp thụ ra đa tàng hình. Vật liệu chính tàu tàu là thép và trên tàu
(vật liệu tải trọng phản kháng) [3], nghiên cứu về quy không sử dụng các vật liệu có khả năng hấp thu sóng
trình thiết lập giá trị tiêu chuẩn và giá trị mục tiêu cho điện từ. Để giảm RCS của tàu DV53, trong bài báo sẽ
mô hình của tàu hải quân [4], sử dụng lớp phủ điện môi tối ưu hóa hình dáng bên ngoài của tầng 2 và nóc
cabin (hình 2). Vì đây là một trong những phần ảnh
ISBN 978-604-80-5958-3 210
- Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021)
hưởng lớn đến RCS của tàu, việc tối ưu hóa hình dáng
của các phần này sẽ không ảnh hưởng lớn đến việc xắp
xếp bố trí lại các thiết bị trên tàu, cũng như tuyến hình
của tàu.
a) a)
b)
c) b)
Hình 2. Tầng 2 và nóc cabin của tàu DV53. Hình 3. RCS tầng 2 và nóc cabin của tàu DV53
nguyên bản khi đối tượng tác chiến là tàu nổi (a) và
Việc tính toán RCS của tàu sẽ được tiến hành trên UAV (b) của đối phương.
phần mềm Ansys Electronic 2019 R3 bằng phương Hình 3 thể hiện RCS tầng 2 và nóc cabin của tàu
pháp SBR+ [1]. RCS của tàu chỉ được tính toán với DV53 nguyên bản khi đối tượng tác chiến là tàu nổi (a)
những phần trên đường thước nước của tàu. và UAV (b) của đối phương.
III. RCS TẦNG 2 VÀ NÓC CABIN CỦA TÀU Ngoài ra, đối với đối tượng tác chiến là tàu nổi thì
DV53 NGUYÊN BẢN vách của tầng 2 và nóc cabin sẽ vuông góc với sóng
tới, vì vậy RCS của tầng 2 và nóc cabin có thể được
Phần này sẽ tính toán RCS tầng 2 và nóc cabin của
tính bằng công thức sau [7]:
tàu DV53 nguyên bản đối với 2 đối tượng tác chiến
RCS = 4πS12/λ2 + 4πS22/λ2
chính của tàu mặt nước đó là: tàu nổi và UAV của đối
Trong đó:
phương trong trường hợp ra đa đơn tĩnh (ăng ten thu
λ – Bước sóng của sóng tới (c/f = 0.1m);
và ăng ten phát nằm cùng một vị trí).
S1 – Diện tích của vách tầng 2 vuông góc với sóng
Đối với đối tượng tác chiến là tàu nổi, thì tàu của ta
tới tại φ = 900;
và tàu của đối phương sẽ cùng nằm trên một mặt phẳng
S2 – Diện tích của vách cabin vuông góc với sóng
vì vậy góc tà (ε) của sóng tới = 900. Đối với đối tượng
tới tại φ = 900.
tác chiến là UAV, giả sử đối tượng tác chiến là General
Từ đó, RCS của tầng 2 và nóc cabin bằng:
Atomics MQ-9 Reaper của Mỹ bay trên độ cao 10km
RCS = 4π(3*8.2)2/(0.1)2 + 4π(2.2*12.1)2/(0.1)2
và sử dụng hệ thống ra đa AN/APY-8 Lynx II, có thể
= 1.65*106 (m2)
phát hiện ra tàu của ta ở khoảng cách 40km. Lúc này
Từ hình 3 và kết quả tính toán, thấy rằng với
góc tà (ε) của sóng tới = 900-atan(10/40) = 760. Do
phương pháp mô phỏng RCS lớn nhất của tầng 2 và
thuyền có tính đối xứng qua trục Ox, vì vậy phương vị
nóc cabin tàu DV53 nguyên bản khi đối tượng tác
(φ) của sóng tới chỉ xét trong khoảng từ 00 đến 1800.
chiến là tàu nổi = 1.89*106 m2 tại φ = 900, gần bằng
Tần số ra đa quan sát của đối phương hoạt động ở băng
phương pháp tính toán. Khi đối tượng tác chiến là
tần S với f = 3GHz.
UAV = 57754 m2 tại φ = 1800.
ISBN 978-604-80-5958-3 211
- Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021)
Nguyên nhân làm cho giá trị RCS của tầng 2 và nóc Từ hình 5, thấy rằng RCS lớn nhất của tầng 2 và
cabin tàu DV53 khi tính toán bằng phương pháp mô nóc cabin tàu DV53 theo phương án đề xuất khi đối
phỏng và phương pháp tính toán có sự khác là do ở tượng tác chiến là tàu nổi = 4443 m2 tại φ = 1800 giảm
phương pháp tính toán chỉ có thể tính toán RCS của 425 lần so với RCS của tầng 2 và nóc cabin tàu DV53
mặt phẳng có độ phản xạ lớn nhất và không tính toán nguyên bản (1889751 m2).
đến những thành phần có cấu trúc phức tạp cũng như
sự cộng hưởng của sóng giữa các phần với nhau.
IV. RCS TẦNG 2 VÀ NÓC CABIN CỦA TÀU
DV53 THEO PHƯƠNG ÁN ĐỀ XUẤT
A. Phương án đề xuất
Do khi thay đổi góc nghiêng của vách tàu thì RCS
của vách tàu sẽ thay đổi theo hàm sin(x)/x [7], vì vậy,
từ những đánh giá ở phần trên, để giảm RCS tầng 2 và
nóc cabin của tàu DV53 nguyên bản mà không ảnh
hưởng đến bố trí trang thiết bị cũng như tuyến hình của
tàu, nhóm tác giả đề xuất phương án như sau:
- Làm vát các thành của tầng 2 và nóc cabin tàu
DV53 một góc 100;
- Các thành phần không cần thiết đều bị loại bỏ
Hình 5. RCS tầng 2 và nóc cabin của tàu DV53
(phần nhô lên ở nóc cabin);
theo phương án đề xuất khi đối tượng tác chiến
- Các góc nối được chuyển thành các mặt phẳng
là tàu nổi.
vát.
Hình dáng mới của tầng 2 và nóc cabin tàu DV53 C. Đối tượng tác chiến là UAV
theo phương án đề xuất được thể hiện ở hình 4. Hình 6 thể hiện RCS tầng 2 và nóc cabin của tàu
DV53 theo phương án đề xuất khi đối tượng tác chiến
là UAV.
Từ hình 6, thấy rằng RCS lớn nhất của tầng 2 và
nóc cabin tàu DV53 theo phương án đề xuất khi đối
tượng tác chiến là UAV = 11333 m2 tại φ = 1800 giảm
5 lần so với RCS của tầng 2 và nóc cabin tàu DV53
nguyên bản (57754 m2).
a)
b)
Hình 6. RCS tầng 2 và nóc cabin của tàu DV53
theo phương án đề xuất khi đối tượng tác chiến
c) là UAV.
Hình 4. Hình dáng mới của tầng 2 và nóc cabin tàu V. RCS CỦA TÀU DV53 THEO PHƯƠNG ÁN
DV53 theo phương án đề xuất. ĐỀ XUẤT
B. Đối tượng tác chiến là tàu nổi A. Đối tượng tác chiến là tàu nổi
Hình 5 thể hiện RCS của tầng 2 và nóc cabin tàu Hình 7 thể hiện RCS của tàu DV53 nguyên bản
DV53 theo phương án đề xuất khi đối tượng tác chiến (màu đỏ) và theo phương án đề xuất (màu xanh), hình
là tàu nổi.
ISBN 978-604-80-5958-3 212
- Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021)
8 thể hiện biểu đồ phản xạ ngược của tàu DV53 theo
phương án đề xuất khi đối tượng tác chiến là tàu nổi.
Hình 9. RCS của tàu DV53 nguyên bản (màu đỏ)
và theo phương án đề xuất (màu xanh) khi đối tượng
Hình 7. RCS của tàu DV53 nguyên bản (màu đỏ) tác chiến là UAV.
và theo phương án đề xuất (màu xanh) khi đối tượng dB
tác chiến là tàu nổi.
dB
Hình 10. Biểu đồ phản xạ ngược của tàu DV53 theo
phương án đề xuất khi đối tượng tác chiến là UAV.
Hình 8. Biểu đồ phản xạ ngược của tàu DV53 theo VI. KẾT LUẬN
phương án đề xuất khi đối tượng tác chiến là tàu nổi.
Trong bài báo, nhóm tác giả đã đề xuất phương án
Từ hình 7, thấy rằng đối với đối tượng tác chiến là thiết kế lại tầng 2 và nóc cabin tàu DV53 nhằm giảm
tàu nổi, RCS lớn nhất của tàu DV53 theo phương án đề RCS của tàu trong khi không làm thay đổi đến vị trí bố
xuất = 4044552 m2 giảm 1.8 lần so với RCS của tàu trí các thiết bị trên tàu cũng như tuyến hình của tàu.
DV 53 nguyên bản (7264310 m2). Kết quả tính toán cho thấy rằng, RCS lớn nhất của tàu
B. Đối tượng tác chiến là UAV DV53 theo phương án đề xuất đối với đối tượng tác
chiến là tàu nổi giảm 1.8 lần, và đối với đối tượng tác
Hình 9 thể hiện RCS của tàu DV53 nguyên bản chiến là UAV giảm 3.2 lần so với RCS của tàu DV53
(màu đỏ) và theo phương án đề xuất (màu xanh), hình nguyên bản.
10 thể hiện biểu đồ phản xạ ngược của tàu DV53 theo
phương án đề xuất khi đối tượng tác chiến là UAV. LỜI CÁM ƠN
Từ hình 9, thấy rằng đối với đối tượng tác chiến là Nghiên cứu này được tài trợ bởi ngân sách sự
UAV, RCS lớn nhất của tàu DV53 theo phương án đề nghiệp khoa học của Viện thiết kế tàu quân sự, Tổng
xuất = 40963 m2 giảm 3.2 lần so với RCS của tàu cục Công nghiệp quốc phòng.
DV53 nguyên bản (133633 m2).
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Банков C.Е., Гутцайт Э.М., Курушин А.А., Решение
оптических и СВЧ задач с помощью HFSS, Москва,
«Оркада», 2012, 250c..
[2] Hyun-Wung Kwon, Suk-Yoon Hong, Kwang-Kook Lee, Jong-
Chul Kim, In-Chan Na, Jee-Hun Song, Analysis of Radar
ISBN 978-604-80-5958-3 213
- Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021)
Cross Section for Advanced Naval Vessels, Journal of the institute of electromagnetic engineering and science, vol. 26,
Korean Society of Marine Environment & Safety Research pp. 581-588, Jun., 2015.
Paper, Vol. 20, No. 5, pp. 593-600, October 31, 2014. [5] Lee J.H., Ra Y.E., Lee K.M., Jang J.S., Design of RCS
[3] Joon-Tae Hwang, Suk-Yoon Hong, Hyun-Wung Kwon, Jong- reduction structure of integrated mast on the destroyer, J. Inst.
Chul Kim, Jee-Hun Song, Analysis of Radar Cross Section for Korean Electr. Electron. Eng., Vol. 24, pp. 238–242, 2020.
Naval Vessels with Metamaterials and Radar Absorbing [6] Hokeun S., Daeyeong Y., Chanyeong K., Young S.Y., Man
Materials, Journal of the Korean Society of Marine G.L., Joon Y.P., Keum C.H. and Yong B.P., Shape
Environment & Safety Research Paper, Vol. 21, No. 6, pp. Optimization of an Integrated Mast for RCS Reduction of a
737-743, December 31, 2015. Stealth Naval Vessel, Appl. Sci., Vol. 11, pp. 2819-2823, 2021
[4] Byeongjun An, Sangkui Seo, A Study on the Setting Procedure [7] Naval air warfare center weapons div point mugu ca,
of Standard Value and Design Target Value for the RCS Electronic Warfare and Radar Systems Engineering
Reduced Design for Naval Ships, The journal of Korean Handbook, 4th Edition, Sep, 2013
ISBN 978-604-80-5958-3 214
nguon tai.lieu . vn
