Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thơng và Cơng nghệ Thơng 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 qn sự, Tổng cục Cơng nghiệp quốc phịng
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 Thơng tin
4
Khoa kỹ thuật hàng khơng, Học viện Phịng không – Không quân
Email:
Abstract — Trong những năm gần đây, ứng dụng
cơng nghệ tàng hình để đóng các gam tàu chiến mới
nhằm giảm diện tích bề mặt phản xạ (RCS) của tàu đã
trở thành xu thế chung của các nước trên thế giới. Trong
bài báo này, bằng phương pháp mơ phỏng trên phần
mềm Ansys Electronics Suite 2021, nhóm tác giả đề xuất
phương án thiết kế lại tầng 2 và nóc cabin của tàu DV53
nhằm giảm diện tích bề mặt phản xạ của tàu. Kết quả
tính tốn cho thấy rằng, trong trường hợp ra đa đơn tĩnh
khi làm vát các thành của tầng 2 và nóc cabin một góc
100, các góc nối được chuyển thành các mặt phẳng vát, và
loại bỏ các thành phần trang trí, trong khi vẫn giữ
nguyên cách bố trí trang thiết bị trên tàu cũng như tuyến
hình của tàu thì RCS lớn nhất của tàu 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 chiến là phương

tiện bay không người lái (UAV) giảm 3.2 lần so với RCS
của tàu DV53 nguyên bản.

nhiều lớp trên cột buồm được gắn trên tàu khu trục [5],
tối ưu hóa hình dạng cột buồm của tàu nổi [6].
Tuy nhiên ở Việt Nam những nghiên cứu để giảm
RCS của tàu nổi vẫn đang rất hạn chế. Việc thiết kế và
đóng mới các tàu hiện này vẫn dựa trên các bản thiết kế
khơng có tính năng tàng hình. Trong khi đó, việc mua
lại các thiết kế tàng hình của các nước trên thế giới rất
khó, chi phí cao và khơng khả thi. Chính vì vậy, trong
bài báo này chúng tơi sẽ đề xuất phương án để tối ưu
hóa kiến trúc thượng tầng nhằm giảm RCS của tàu nổi,
và cụ thể là tàu DV53.
Để giảm RCS của tàu DV53, bài báo sẽ nghiên cứu
hình dáng bên ngồi của tàu DV53 (phần II) để lựa
chọn thành phần sẽ tiến hành đi tối ưu, từ đó lựa chọn
tầng 2 và nóc cabin của tàu (phần III) để tiến hành tính
tốn và đề xuất phương án để giảm RCS của chúng
(phần IV). Cuối cùng sẽ đánh giá ảnh hưởng RCS tầng
2 và nóc cabin đến RCS của tồn tàu (phần V).

Keywords - Diện tích bề mặt phản xạ, ra đa đơn tĩnh,
sóng vơ tuyến, DV53.

I.

II.

GIỚI THIỆU


Tàu DV53 (hình 1) là một trong những tàu nổi do
Việt Nam tự thiết kế và đóng mới với chiều dài là
53.2m, chiều rộng là 9m.

Sự phát triển của cơng nghệ tàng hình hiện đại ở
Mỹ bắt đầu vào năm 1958, và hiện nay đa số các nước
trên thế giới đã tính tốn và sử dụng cơng 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 cơng 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 cơng
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
giảm RCS của tàu chiến đã được công bố với nhiều
phương pháp khác nhau như phân tích mặt cắt ngang
của tàu hải quân [2], sử dụng vật liệu siêu hấp thụ ra đa
(vật liệu tải trọng phản kháng) [3], nghiên cứu về quy
trình thiết lập giá trị tiêu chuẩn và giá trị mục tiêu cho
mơ hình của tàu hải quân [4], sử dụng lớp phủ điện mơi

ISBN 978-604-80-5958-3

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU


Hình 1. Tàu DV53.
Tuy nhiên, đây là một thiết kế khơng có tính năng
tàng hình. Vật liệu chính tàu tàu là thép và trên tàu
khơng sử dụng các vật liệu có khả năng hấp thu sóng
điện từ. Để giảm RCS của tàu DV53, trong bài báo sẽ
tối ưu hóa hình dáng bên ngồi của tầng 2 và nóc
cabin (hình 2). Vì đây là một trong những phần ảnh

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)

b)
Hình 3. RCS tầng 2 và nóc cabin của tàu DV53
nguyên bản khi đối tượng tác chiến là tàu nổi (a) và
UAV (b) của đối phương.
Hình 3 thể hiện RCS tầng 2 và nóc cabin của tàu
DV53 nguyên bản khi đối tượng tác chiến là tàu nổi (a)

và UAV (b) của đối phương.
Ngoài ra, đối với đối tượng tác chiến là tàu nổi thì
vách của tầng 2 và nóc cabin sẽ vng góc với sóng
tới, vì vậy RCS của tầng 2 và nóc cabin có thể được
tính bằng cơng thức sau [7]:
RCS = 4πS12/λ2 + 4πS22/λ2
Trong đó:
λ – Bước sóng của sóng tới (c/f = 0.1m);
S1 – Diện tích của vách tầng 2 vng góc với sóng
tới tại φ = 900;
S2 – Diện tích của vách cabin vng góc với sóng
tới tại φ = 900.
Từ đó, RCS của tầng 2 và nóc cabin bằng:
RCS = 4π(3*8.2)2/(0.1)2 + 4π(2.2*12.1)2/(0.1)2
= 1.65*106 (m2)
Từ hình 3 và kết quả tính tốn, thấy rằng với
phương pháp mô phỏng RCS lớn nhất của tầng 2 và
nóc cabin tàu DV53 nguyên bản khi đối tượng tác
chiến là tàu nổi = 1.89*106 m2 tại φ = 900, gần bằng
phương pháp tính tốn. Khi đối tượng tác chiến là
UAV = 57754 m2 tại φ = 1800.

c)
Hình 2. Tầng 2 và nóc cabin của tàu DV53.
Việc tính tốn RCS của tàu sẽ được tiến hành trên
phần mềm Ansys Electronic 2019 R3 bằng phương
pháp SBR+ [1]. RCS của tàu chỉ được tính tốn với
những phần trên đường thước nước của tàu.
III.


RCS TẦNG 2 VÀ NÓC CABIN CỦA TÀU
DV53 NGUYÊN BẢN

Phần này sẽ tính tốn RCS tầng 2 và nóc cabin của
tàu DV53 nguyên bản đối với 2 đối tượng tác chiến
chính của tàu mặt nước đó là: tàu nổi và UAV của đối
phương trong trường hợp ra đa đơn tĩnh (ăng ten thu
và ăng ten phát nằm cùng một vị trí).
Đối với đối tượng tác chiến là tàu nổi, thì tàu của ta
và tàu của đối phương sẽ cùng nằm trên một mặt phẳng
vì vậy góc tà (ε) của sóng tới = 900. Đối với đối tượng
tác chiến là UAV, giả sử đối tượng tác chiến là General
Atomics MQ-9 Reaper của Mỹ bay trên độ cao 10km
và sử dụng hệ thống ra đa AN/APY-8 Lynx II, có thể
phát hiện ra tàu của ta ở khoảng cách 40km. Lúc này
góc tà (ε) của sóng tới = 900-atan(10/40) = 760. Do
thuyền có tính đối xứng qua trục Ox, vì vậy phương vị
(φ) của sóng tới chỉ xét trong khoảng từ 00 đến 1800.
Tần số ra đa quan sát của đối phương hoạt động ở băng
tần S với f = 3GHz.

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
cabin tàu DV53 khi tính tốn bằng phương pháp mơ

phỏng và phương pháp tính tốn có sự khác là do ở
phương pháp tính tốn chỉ có thể tính tốn RCS của
mặt phẳng có độ phản xạ lớn nhất và khơng tính tốn
đến những thành phần có cấu trúc phức tạp cũng như
sự cộng hưởng của sóng giữa các phần với nhau.
IV.

Từ hình 5, thấy rằng RCS lớn nhất của tầng 2 và
nóc cabin tàu DV53 theo phương án đề xuất khi đối
tượng tác chiến là tàu nổi = 4443 m2 tại φ = 1800 giảm
425 lần so với RCS của tầng 2 và nóc cabin tàu DV53
nguyên bản (1889751 m2).

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 ngun bản mà khơng 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
(phần nhơ lên ở nóc cabin);
- Các góc nối được chuyển thành các mặt phẳng
vát.
Hình dáng mới của tầng 2 và nóc cabin tàu DV53

theo phương án đề xuất được thể hiện ở hình 4.

Hình 5. RCS tầng 2 và nóc cabin của tàu DV53
theo phương án đề xuất khi đối tượng tác chiến
là tàu nổi.
C. Đối tượng tác chiến là UAV
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
là UAV.

c)
Hình 4. Hình dáng mới của tầng 2 và nóc cabin tàu
DV53 theo phương án đề xuất.

V.

RCS CỦA TÀU DV53 THEO PHƯƠNG ÁN

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
DV53 theo phương án đề xuất khi đối tượng tác chiến
là tàu nổi.

Hình 7 thể hiện RCS của tàu DV53 nguyên bản
(màu đỏ) và theo phương án đề xuất (màu xanh), hình

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
tác chiến là UAV.

Hình 7. RCS của tàu DV53 nguyên bản (màu đỏ)
và theo phương án đề xuất (màu xanh) khi đối tượng
tác chiến là tàu nổi.


dB

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
phương án đề xuất khi đối tượng tác chiến là tàu nổi.

VI.

Trong bài báo, nhóm tác giả đã đề xuất phương án
thiết kế lại tầng 2 và nóc cabin tàu DV53 nhằm giảm
RCS của tàu trong khi khơng làm thay đổi đến vị trí bố
trí các thiết bị trên tàu cũng như tuyến hình của tàu.
Kết quả tính tốn cho thấy rằng, RCS lớn nhất của tàu
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
chiến là UAV giảm 3.2 lần so với RCS của tàu DV53
nguyên bản.

Từ hình 7, thấy rằng đối với đối tượng tác chiến là
tàu nổi, RCS lớn nhất của tàu DV53 theo phương án đề
xuất = 4044552 m2 giảm 1.8 lần so với RCS của tàu
DV 53 nguyên bản (7264310 m2).
B. Đối tượng tác chiến là UAV
Hình 9 thể hiện RCS của tàu DV53 nguyên bản
(màu đỏ) và theo phương án đề xuất (màu xanh), hình
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
Nghiên cứu này được tài trợ bởi ngân sách sự
nghiệp khoa học của Viện thiết kế tàu quân sự, Tổng
cục Cơng nghiệp quốc phịng.

Từ hình 9, thấy rằng đối với đối tượng tác chiến là
UAV, RCS lớn nhất của tàu DV53 theo phương án đề
xuất = 40963 m2 giảm 3.2 lần so với RCS của tàu
DV53 nguyên bản (133633 m2).

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]

[2]

ISBN 978-604-80-5958-3

KẾT LUẬN

213

Банков C.Е., Гутцайт Э.М., Курушин А.А., Решение
оптических и СВЧ задач с помощью HFSS, Москва,
«Оркада», 2012, 250c..
Hyun-Wung Kwon, Suk-Yoon Hong, Kwang-Kook Lee, JongChul Kim, In-Chan Na, Jee-Hun Song, Analysis of Radar


Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021)


[3]

[4]

Cross Section for Advanced Naval Vessels, Journal of the
Korean Society of Marine Environment & Safety Research
Paper, Vol. 20, No. 5, pp. 593-600, October 31, 2014.
Joon-Tae Hwang, Suk-Yoon Hong, Hyun-Wung Kwon, JongChul Kim, Jee-Hun Song, Analysis of Radar Cross Section for
Naval Vessels with Metamaterials and Radar Absorbing
Materials, Journal of the Korean Society of Marine
Environment & Safety Research Paper, Vol. 21, No. 6, pp.
737-743, December 31, 2015.
Byeongjun An, Sangkui Seo, A Study on the Setting Procedure
of Standard Value and Design Target Value for the RCS
Reduced Design for Naval Ships, The journal of Korean

ISBN 978-604-80-5958-3

[5]

[6]

[7]

214

institute of electromagnetic engineering and science, vol. 26,
pp. 581-588, Jun., 2015.
Lee J.H., Ra Y.E., Lee K.M., Jang J.S., Design of RCS

reduction structure of integrated mast on the destroyer, J. Inst.
Korean Electr. Electron. Eng., Vol. 24, pp. 238–242, 2020.
Hokeun S., Daeyeong Y., Chanyeong K., Young S.Y., Man
G.L., Joon Y.P., Keum C.H. and Yong B.P., Shape
Optimization of an Integrated Mast for RCS Reduction of a
Stealth Naval Vessel, Appl. Sci., Vol. 11, pp. 2819-2823, 2021
Naval air warfare center weapons div point mugu ca,
Electronic Warfare and Radar Systems Engineering
Handbook,
4th
Edition,
Sep,
2013