2.3.3 车载火炮系统匹配性评价

（1）车载火炮系统评价

将车载火炮系统作为一个复杂的工程系统进行总体性能评估，早期采用系统工程中的普查普测法、小组会议法、专家调查法等定性分析方法。其中专家调查法使用广泛，尽管这种方法已采取了某些数学处理，但基本的依据是定性的调查内容和专家的个人经验，评估结果的正确性须经大量的实车试验或战斗使用的鉴定和检验。由于车载火炮系统工程设计、制造、使用等方面日益复杂化、精确化的需求迅速增长，以及高速、大容量电子计算机技术的飞跃发展，近代车载火炮系统总体性能评估已采用计算机环境下的虚拟样机、计算机化作战模拟、系统工程多目标决策、费用效能分析等定量分析方法。用这些方法可获得全面、精确化、定量化的总体性能预测和评价结果，可在车辆概念设计早期得到有关产品的技术战术性结论；可用于评价和决策设计方案；可在施工设计中发现总体结构或机构中存在的问题，以避免重大设计失误；可在样机生产和试验前获得有关车辆性能的信息，用于指导生产和预示试验的结果。这些定量分析可减少或代替大量实车试验或战斗使用，特别是那些带有危险性的、不能或难于实车试验和战斗使用的内容，有效地缩短研制周期，节约研制费用，为提高产品设计质量积累大量技术资料，并提供车辆总体设计最优化的技术途径。

对于车载火炮系统这类复杂武器而言，其总体性能通常由该工程设计标准明确定义的众多战术技术指标组成，这些性能指标具有各自不同的属性、量纲和取值范围，它们对于坦克系统效能的重要程度也不同，彼此之间又存在着复杂的关系。世界各国车载火炮系统工程设计、生产和使用部门对其总体性能的优劣程度，一般采用系统综合评价方法。将系统工程多目标决策与当前新一代坦克武器技术结合，可给出以下典型的车载火炮系统总体性能评价方法。

装甲底盘与火炮匹配性是衡量装甲底盘与火炮结合的合理程度，是车载火炮系统的固有特性，实际上是以匹配性最佳为目标，以底盘和火炮结构参数为设计变量，以参数化动力学模型为伴随条件的优化问题。装甲底盘与火炮匹配技术（简称车炮匹配技术）是所有能提高和改善装甲底盘与火炮匹配性的方法、措施和技术手段。例如，优化技术、系统集成技术、顶置火炮技术、反后坐技术、高膛压（超）低后坐力技术和弹药自动装填技术等。

（2）评价体系的框架结构和层次

车炮匹配性评价体系是对车载火炮系统的总体性能评价，必须反映车载火炮系统的主要性能和结构特征，是根据装甲底盘选择不同的火炮或根据火炮选择不同的装甲底盘，寻求底盘和火炮之间最佳配合的依据。一般而言，应包括工作性能、使用性、经济性、保障性等几个方面。在评价车载火炮系统工作性能时主要考虑射击稳定性、射击精度、刚度强度、乘员生理承受等方面，其中射击稳定性是对武器发射后效影响最大的一个方面。

车炮匹配性评价过程包括以下步骤和内容：收集和发掘能够表征装甲底盘与火炮匹配性的评价因素；把车载火炮系统参数化动力学模型计算出的数据作为动态评价因素；采用综合评分法和层次分析法对装甲底盘与火炮匹配性进行分析评价；从评价结果得出不同车载火炮系统的匹配性，进而分析得出提高匹配性的方法。

要通过数据库平台实现对装甲底盘与火炮匹配性的评价，首先需要建立科学的评价体系，然后依据评价体系得出准确的评价结果。

装甲底盘与火炮匹配性评价体系主要分为由低到高的3个层次，即评价因素、评价指标和评价准则。

①评价体系的最低层是评价因素，即衡量或描述系统特定性能的基本参数，它是评价火炮与底盘匹配性的最基本的元素。根据评价因素的特点，使用中通常将其分成动态评价因素和静态评价因素。

静态评价因素可以由各种测量仪器静态测量直接得到或由静态测量值进行计算处理得到，例如：火线高度、车辆结构参数以及车体长与车宽比等。在匹配性评价平台中静态评价因素值从车炮匹配性评价数据库直接获得。

动态评价因素存在于某一动态过程中，理论上可以采用一定的技术手段得到，实际上一部分动态评价因素值却由于各种原因难以实际测量，例如：射击时车体纵向的角位移。对于动态评价因素，可以通过建立参数化动力学模型来计算获取。

②评价体系的第2层次是评价指标，它由若干个相关评价因素组成，是同类因素的综合进而形成的评价指标。例如：射击时车体的最大角位移是典型的底盘与火炮匹配性评价指标，它取决于后坐力、火线高度、车辆结构参数以及悬挂系统特性等评价因素。评价指标按照不同的匹配类型通常划分为结构匹配性和性能匹配性两个方面，按照不同的试验检测内容则可分为机械匹配性、电气系统及电磁兼容匹配性、维修匹配性和人—机—环境匹配性。

③评价体系的最高层次是评价准则，即系统固有的综合性能及要求，是评价体系中的最高综合指标。装甲底盘和火炮匹配性最优是评价准则，主要是指车载火炮系统火力性和机动性之间相互协调。底盘与火炮匹配性评价的准则有射击稳定性、射击精度、乘员的生理承受能力等，其中射击稳定性取决于射击时车体的最大角位移等评价指标。

（3）评价因素分析

评价指标层选择结构匹配性与性能匹配性两方面，每个评价指标包含若干个评价因素。

在选择评价因素时，要考虑装甲底盘和火炮两方面的特性。一方面是火炮对装甲底盘的适装性，另一方面是火炮对底盘接口环境的苛求程度。评价因素要具有先进性、合理性和可行性。本项目采用比值形式的评价因素，反映了结构尺寸、结构配置与性能参数比例的关系，具有合理性与实际意义。

常用评价因素：

①长宽比。武器长宽比是指武器总长度与总宽度的比值，其中总宽是指车载火炮系统在战斗状态下，停在水平坚实地面上的最大横向尺寸。

②火炮重与底盘重之比q。火炮重与底盘重之比是指车载火炮系统中的武器部分质量mW与底盘部分质量mD的比值，即

③单位体积质量ρ。单位体积质量是指车载火炮系统战斗状态下的全部质量M与体积的比值，其中体积为车体长L、车体高G和车体宽K的乘积，即

④单位压力p。单位压力（名义接地比压）是指车载火炮系统的重力Mg与履带名义着地面积之比，其中履带名义着地面积是指车载火炮系统停在水平坚硬地面上，两条履带着地部分垂直投影面积的总和，以一侧履带与地面接触部分的长度LK（通常用同侧的最前和最后两负重轮中心距计算）和履带板宽度B乘积的2倍计算，即

⑤实际接地比压ps。实际接地比压是车辆战斗全重与履带实际接地面积ST之比，即

⑥平均最大压力pM。平均最大压力是指车载火炮系统停在规定的水平地面上，对应各负重轮下履带着地面上的最大压力的平均值，即

式中：N——每侧负重轮数；

T——履带节距；

D——负重轮直径。

⑦极限后坐长与底盘座圈最小直径之比。极限后坐长与底盘座圈最小直径之比是指火炮后坐的极限长度与车体底盘座圈的最小直径之比。

⑧座圈直径与车体宽之比。座圈直径与车体宽之比是指车体底盘座圈的直径与车体宽度的比值，其中车体宽是指车载火炮系统在战斗状态下，停在水平坚实地面上的最大横向尺寸。

⑨座圈直径与正常后坐长之比。座圈直径与正常后坐长之比是指车体底盘座圈的直径与火炮的正常后坐长的比值，其中正常后坐长是指车载火炮系统射击时火炮后坐部分后坐的位移，由于正常后坐长的数值是一个范围，为了研究方便，取此范围内的平均值作为衡量数值。均值计算公式如下：

式中：lp——正常后坐平均值；

l1——正常后坐最小值；

l2——正常后坐最大值。

⑩后坐部分质量分配系数εh。后坐部分质量分配系数是指火炮后坐部分质量mh与车辆战斗质量M的比值，即

⑪起落部分质量分配系数εk。起落部分质量分配系数是指火炮起落部分质量mk与车辆战斗质量M的比值，即

⑫火线高与车体重心高之比。火线高与车体重心高之比是指火炮的火线高与车体重心高度的比值。其中火线高是指在战斗全重条件下，车辆停在坚硬水平地面上，车底距地高为额定值时，炮仰角为0°，炮管轴线到地面的距离。车体重心高是指地面到车体重心的高度。

⑬炮车平均动载比βd。炮车平均动载比是指车载火炮系统平均后坐力FR与战斗全重Mg的比值，即

⑭炮车最大动载比β1。炮车最大动载比是指车载火炮系统最大后坐力FRmax与战斗全重Mg的比值，即

⑮炮口动量金属利用系数ηI。炮口动量金属利用系数是指车载火炮系统中每一单位的质量承受弹丸炮口动量的值，即

式中：

为弹丸炮口的动量，其中mh为后坐部分质量，WT为后坐部分最大自由后坐速度，m为弹丸质量，β为火药气体作用系数，mω为火药质量，ηT为炮口制退器效率，v0为弹丸初速。

⑯炮口动量底盘金属利用系数ηID。炮口动量底盘金属利用系数是指车载火炮系统中底盘部分每一单位的质量承受弹丸炮口动量的值，即

式中：mD——底盘部分质量。

⑰炮口动能金属利用系数ηE。炮口动能金属利用系数是指车载火炮系统中每一单位的质量承受弹丸炮口动能的值，即

式中：Eg=mv02/2——弹丸炮口的动能。

⑱炮口动能底盘金属利用系数ηED。炮口动能底盘金属利用系数是指车载火炮系统中底盘部分每一单位的质量承受弹丸炮口动能的值，即

⑲装甲车辆纵向前稳定系数ka。装甲车辆纵向前稳定系数是指装甲车辆纵向前稳定角δa的正切值，即

式中：a——前负重轮着地点到车辆质心的距离；

hg——车辆质心高度。

⑳装甲车辆纵向后稳定系数kb。装甲车辆纵向后稳定系数是指装甲车辆纵向后稳定角δb的正切值，即

式中：b——后负重轮着地点到车辆质心的距离。

㉑装甲车辆横向稳定系数kc。装甲车辆横向稳定系数是指装甲车辆横向稳定角δc的正切值，即

式中：c——车辆侧向着地点到车辆质心的距离。

㉒车体纵向角位移，是指火炮射击时由于后坐力的作用车体做纵向角振动所获得的角位移，其值通过动力学模型计算而获得。

㉓炮口纵向角速度，是指火炮射击弹丸出炮口时，身管绕耳轴转动炮口的纵向角速度，其值通过动力学模型计算获得。

㉔炮口纵向角加速度，是指火炮射击弹丸出炮口时，身管绕耳轴转动炮口的纵向加速度，其值通过动力学模型计算获得。

㉕转向性能评定系数，是指履带着地长与履带中心距的比值。

对于不同装甲底盘与火炮匹配性的评价，可以根据需要，选择上述评价因素中的部分作为评价因素，计算其评价因素值。

对于装甲底盘与火炮匹配性的评价准则包括机动性、火炮威力等多方面的内容，把涵盖各方面内容的匹配性评价准则统称为匹配性最优。

（4）评价方法

对系统的评价方法主要有效能评价法、推理评价法、专家评价法、层次分析法等。由于匹配性难以确定其效能的量度，且推理评价法需要大量证据积累和决策设计，因此难以在匹配性评价中应用。底盘与火炮匹配性评价研究主要采用专家评价法和层次分析法等。

1）专家评价法

专家评价法是一种以各种专业知识的专家学者主观判断为基础的评价方法。通常以分数、评价等级、序数等作为评价的量值。专家评价法是以专家作为获取信息的对象，依靠专家的知识和经验进行预测、评价的方法。此方法常在数据缺乏的情况下使用，如在技术问题的预测和评价、方案选择和相对重要性比较等方面经常使用专家评价法，可以较为简便和科学地得到正确的评价结果。

专家分数评价法，是请专家对个评价方案的各评价指标（或评价因素）打分，对所有专家评价结果进行计算，得出各评价方案的综合分值，根据各评价方案所得分值评价各方案的优劣。例如，假设有n种评价方案、m个评价指标，请了L个专家。第l个专家对j方案的i指标的赋值是aijl（为方便起见，一般按百分制），则每一个指标的平均值为

考虑到各指标重要性有差别时，采用加权系数wi，则第j个方案的综合评分结果为

将aj按大小排列，当aj最大时，对应方案最好；当aj最小时，对应方案最差。

专家分级评价法是对系统的定性评价，而非定量评价。对评价体系中每一个评价因素，给出评价标准，对每个评价因素分为优秀、良好、一般、较差4个等级，用A、B、C、D表示。选择某匹配合理的理想装甲车辆为基准，即以该典型装甲车辆的各项评价因素为基准，其他被评价装甲车辆的各项评价因素都相对基准来评价。当被评价车载火炮系统的评价因素与基准相比，误差在10%之内为A等级，在30%之内为B等级，在50%之内为C等级，在50%之外为D等级。

为了能够体现不同的评价指标对匹配性最优准则的影响程度，对m个评价指标引入权重系数wi（i=1，2，…，m），各评价因素给出重要性系数Nij（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n），在评价指标与评价因素之间引入权重比例系数Ki（i=1，2，…，m），Ki是根据wi与Nij计算出来的，即

式中：n——第i个评价指标中的评价因素数；

Nij——第i个评价指标的第j个评价因素的重要性系数（为方便起见，可以记为）。

每一个评价指标评价结果用下式计算：

式中：Dij——第i个评价指标的第j个评价因素的评价等级；

Nia，Nib，Nic，Nid——第i个评价指标的评价等级分别为A，B，C，D的重要性系数之和。

最后评价结果为

式中：a，b，c，d——评价等级分别为A，B，C，D的综合评价值。最终评价等级的确定标准见表2.2。

2）层次分析法

层次分析法是一种定性和定量相结合的系统化、层次化的方法，通过分析复杂系统所包含的因素及其相互关系，将问题分解为不同的要素，并将这些要素归并为不同的层次，从而形成一个多层次的分析结构模型。在每一层次可按某一规定准则，对该层要素进行逐对比较，写成矩阵形式，构成并建立判断矩阵。通过判断矩阵中的特征矢量，得出该层次要素对于该准则的权重。在此基础上进而计算出各层次要素对于总体目标的组合权重，从而得出不同设想方案的权值，为选择最优方案提供依据。

车炮匹配性评价体系层次分析结构，由评价准则层、评价指标层和评价因素层组成，如图2.1所示。评价准则层是系统固有的综合性能及要求，是评价体系中的最高综合指标，它是分析问题的预定目标或理想结果，只有一个元素A。评价指标层，即实现目标所涉及的中间环节，由若干相关评价因素组成，是同类因素的综合进而形成的评价指标，记为Bi（i=1，2，…，n）。评价因素层是评价车载武器系统性能最基本的性能参数，记为Cj（j=1，2，…，m）。

分析层次结构模型中每一层次因素相对于上一层次某因素的单排序情况。对一系列成对因素进行量化判断和比较并写成矩阵形式，构成判断矩阵。量化比较一般可以分为5级（1：相对重要；2：稍重要；3：明显重要；4：极其重要；5：强烈重要）或9级（1：相对重要；3：稍重要；5：明显重要；7：极其重要；9：强烈重要），两两因素相互比较，再通过计算判断矩阵的最大特征值及对应的特征向量，得到每一层的各因素相对于上一层某因素的相对重要性系数。