Ilmataisteluohjusten väistöetäisyyksien määrittäminen konstruktiivisessa simulointiympäristössä
Hastio, Hans (2024)
2024
Konetekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Mechanical Engineering
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2024-01-30
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202401161538
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202401161538
Tiivistelmä
Tutkahakeutuvat ilmasta ilmaan -ohjukset ovat merkittävä osa nykyajan ilmasodankäyntiä. 2000-luvun alun jälkeen selvästi yli 50 % kaikista ilmataistelutappioista on tuotettu tutkahaku-päällä varustetuilla ohjuksilla. Ohjusten kehittyneet tiedonsiirto-ominaisuudet, edistynyt tutkateknologia ja suuri kinemaattinen kantama mahdollistavat laukaisun selvästi yli 100 km:n päässä sijaitseviin maaleihin. Tutkahakeutuvien ohjusten keskeinen rooli ilmasodankäynnissä edellyttää, että hävittäjätaktiikat, -tekniikat ja -menetelmät vastaavat ohjaajien näköetäisyyden ulkopuolisia uhkia.
Ilmataisteluskenaarioiden mallintaminen ja simulointi ovat keinoja ymmärtää skenaarioita. Yksi simulointimenetelmä on konstruktiivinen simulointi, jossa tietokoneohjelmiston avulla mallinnetaan skenaarion alkutilanne, ja tietokone toteuttaa simulaation alusta loppuun saakka. Alkutilanne sisältää karttadatan, simulaatioentiteetit (lentokoneet, asejärjestelmät), entiteettien fysiikkamallit, päätösmallit ja entiteettien välisen geometrian simulaation alkuhetkellä. Fysiikkamallien perusteella tietokone ohjaa entiteettejä ja näin määrittää skenaarion etenemisen. Tuloksena saadaan tietoa, jota voidaan hyödyntää taktiikoiden ja tekniikoiden kehittämisessä.
Tässä työssä selvitetään konstruktiivisen simuloinnin avulla vähimmäisetäisyyksiä ilmataisteluohjusten väistämiseen. Työssä käytettävä skenaario on yksinkertainen yksi vastaan yksi -asetelma, jossa maali ja laukaisija ovat geneerisiä monitoimihävittäjiä. Laukaisija ampuu tutkahakeutuvia ohjuksia kohti maalia. Laukaisijan ja maalin lentokorkeuksia varioidaan. Lisäksi ohjuksen ajoaineen massaa varioidaan. Tarkastelut toteutetaan maalin näkökulmasta. Työn tuloksena tuotetaan taulukoita, jotka kuvaavat maalin ja laukaisijan välisen pienimmän etäisyyden, josta aloitettuna väistö mahdollistaa maalin selviytymisen.
Tarkastelun kohteena ovat lentokorkeuksien ja ohjuksen ajoaineen määrän vaikutukset tuloksiin. Laukaisijan ja maalin lentokorkeudet vaikuttavat merkittävästi pienimpään selviytymisen mahdollistavaan väistöetäisyyteen. Korkealla ilman tiheys on pieni ja ohjukseen kohdistuu vähemmän vastusta. Lisäksi ohjuksen ajoaineen määrä vaikuttaa skenaarion lopputulokseen. Ohjuksen ajoaineen massaa kasvattamalla väistöetäisyys kasvaa. Työssä osoitetaan, että epätarkkuus vastustajan ohjuksen ajoaineen massan tiedustelutiedossa aiheuttaa herkästi merkittäviä virheitä simulaatiotuloksiin.
Simulaatioympäristönä käytetään kaupallista Modern Air Combat Environment (MACE) -ohjelmistoa. Työssä rakennetaan MACE-ohjelmistoon lisäosa, jonka avulla skenaarioita voidaan eräajaa parametrejä varioiden. Lisäosan avulla skenaarioiden iteratiivista tutkimista automatisoidaan.
Ilmataisteluskenaarioiden mallintaminen ja simulointi ovat keinoja ymmärtää skenaarioita. Yksi simulointimenetelmä on konstruktiivinen simulointi, jossa tietokoneohjelmiston avulla mallinnetaan skenaarion alkutilanne, ja tietokone toteuttaa simulaation alusta loppuun saakka. Alkutilanne sisältää karttadatan, simulaatioentiteetit (lentokoneet, asejärjestelmät), entiteettien fysiikkamallit, päätösmallit ja entiteettien välisen geometrian simulaation alkuhetkellä. Fysiikkamallien perusteella tietokone ohjaa entiteettejä ja näin määrittää skenaarion etenemisen. Tuloksena saadaan tietoa, jota voidaan hyödyntää taktiikoiden ja tekniikoiden kehittämisessä.
Tässä työssä selvitetään konstruktiivisen simuloinnin avulla vähimmäisetäisyyksiä ilmataisteluohjusten väistämiseen. Työssä käytettävä skenaario on yksinkertainen yksi vastaan yksi -asetelma, jossa maali ja laukaisija ovat geneerisiä monitoimihävittäjiä. Laukaisija ampuu tutkahakeutuvia ohjuksia kohti maalia. Laukaisijan ja maalin lentokorkeuksia varioidaan. Lisäksi ohjuksen ajoaineen massaa varioidaan. Tarkastelut toteutetaan maalin näkökulmasta. Työn tuloksena tuotetaan taulukoita, jotka kuvaavat maalin ja laukaisijan välisen pienimmän etäisyyden, josta aloitettuna väistö mahdollistaa maalin selviytymisen.
Tarkastelun kohteena ovat lentokorkeuksien ja ohjuksen ajoaineen määrän vaikutukset tuloksiin. Laukaisijan ja maalin lentokorkeudet vaikuttavat merkittävästi pienimpään selviytymisen mahdollistavaan väistöetäisyyteen. Korkealla ilman tiheys on pieni ja ohjukseen kohdistuu vähemmän vastusta. Lisäksi ohjuksen ajoaineen määrä vaikuttaa skenaarion lopputulokseen. Ohjuksen ajoaineen massaa kasvattamalla väistöetäisyys kasvaa. Työssä osoitetaan, että epätarkkuus vastustajan ohjuksen ajoaineen massan tiedustelutiedossa aiheuttaa herkästi merkittäviä virheitä simulaatiotuloksiin.
Simulaatioympäristönä käytetään kaupallista Modern Air Combat Environment (MACE) -ohjelmistoa. Työssä rakennetaan MACE-ohjelmistoon lisäosa, jonka avulla skenaarioita voidaan eräajaa parametrejä varioiden. Lisäosan avulla skenaarioiden iteratiivista tutkimista automatisoidaan.