Результат интеллектуальной деятельности: Способ формирования атмосферной проекционной мишени для обучения боевой стрельбе и устройство для его осуществления

Изобретение относится к проекционным (кинематографическим) мишеням и может быть использовано для обучения личного состава боевой стрельбе из стрелкового и ракетно-артиллерийского вооружения.

Известен способ формирования проекционной мишени /1/, заключающийся в проецировании изображения на нетвердую поверхность - экран, образованный плоским вертикальным потоком воды, предполагающий последующую фиксацию результатов стрельбы оптическими методами.

Устройство для осуществления данного способа содержит насосный блок, приемную емкость, систему трубопроводов с фильтрами, включающую в себя горизонтально расположенную трубу с системой сопел, которая при подаче воды способствует получению сплошной вертикальной водяной завесы - экрана. Изображение на водяной экран проецируется с помощью лазерного проектора.

К недостаткам данного способа, а также устройства для его осуществления можно отнести следующие:

1) Потребность в дополнительном материале (веществе) для формирования экрана - воде;

2) В связи с использованием воды способ применим только при положительной температуре окружающей среды, т.е. преимущественно в закрытых помещениях;

3) Способ предполагает использование трубопроводной системы с соответствующим насосным оборудованием, что влечет повышенные эксплуатационные затраты, связанные с обеспечением герметичности;

4) Наличие открытой приемной емкости для падающей водяной завесы приводит к постоянной повышенной влажности в помещении, т.е. к необходимости в защите от коррозии используемых элементов оборудования.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ формирования проекционной мишени /2/, также заключающийся в проецировании изображения на нетвердую поверхность - экран, но образованный уже не вертикальным потоком воды, а путем распыления жидкостной или аэрозольной дымки. К распыляемому веществу при необходимости предполагается примешивать добавку, например краситель или присыпку.

В общем случае под аэрозолью понимается дисперсная система, состоящая из взвешенных в газовой среде, обычно в воздухе, мелких частиц (дисперсной фазы).

Устройство для осуществления данного способа содержит распылитель для создания жидкостной или аэрозольной дымки, узел введения добавки, комплект осветительно-проекционной аппаратуры - генератор изображений для формирования набора данных цели, систему индикации промахов и попаданий, систему подачи акустического, оптического или пиротехнического указательного сигнала, при попадании средства поражения в виртуальную цель.

Наряду с рядом преимуществ по сравнению со способом-аналогом, данный способ не лишен и ряда недостатков:

1) Способ не исключает потребности в дополнительном материале (веществе) для формирования экрана - воде, или твердых мелкодисперсных материалах для распыления жидкостной аэрозольной дымки;

2) В случае распыления жидкостной дымки способ применим только при положительной температуре окружающей среды, т.е. преимущественно в закрытых помещениях;

3) Способ предполагает наличие насосно-компрессорного оборудования, системы трубопроводов и сопутствующих устройств, что влечет повышенные эксплуатационные затраты на его осуществление;

4) Применение твердых мелкодисперсных материалов и красящих добавок приводит к загрязнению окружающей среды, и также весьма неэкономично, т.к. практически все высокодисперсные материалы имеют большую стоимость.

Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение диапазона применимости способа, включая возможность применения в условиях отрицательных температур, исключение экологического загрязнения окружающей среды, снижение эксплуатационных расходов.

Решение задачи достигается тем, что в известном способе формирования виртуальной мишени для обучения боевой стрельбе, включающем проецирование изображения объекта на нетвердую поверхность, в соответствии с изобретением в качестве нетвердой поверхности используют границу раздела соприкасающихся слоев воздуха, имеющих различную температуру.

Соприкасающиеся слои воздуха, имеющие различную температуру, наряду с рядом различных физических характеристик, например плотности, давления и т.п., имеют также и различные коэффициенты преломления и поэтому могут рассматриваться как две разных соприкасающиеся среды.

В качестве примера: в работе /3/ приведены табличные зависимости показателя преломления воздуха от температуры:

и от давления:

Общая же зависимость показателя преломления газа от температуры и давления может быть выражена формулой /3/:

где n - показатель преломления при давлении Р и температуре t, °С;

n_o - показатель преломления при нормальных условиях;

Р - давление, мм рт.ст.;

α и γ - коэффициенты, зависящие от природы газа;

для воздуха α=3,67⋅10^-3, γ=7⋅10^-7.

В соответствии с законами геометрической оптики /4/, когда световой луч падает на границу раздела двух сред, происходит отражение света: луч изменяет направление своего хода и возвращается в исходную среду.

Таким образом, граница раздела соприкасающихся слоев воздуха, имеющих различную температуру и, как следствие, различные показатели преломления, будет обладать отражательной способностью, т.е. иметь определенные характеристики, присущие зеркальной поверхности.

Отсюда следует, что при проецировании реального изображения мишени на границу раздела соприкасающихся слоев воздуха, имеющих различную температуру, будет получено ее зеркальное изображение, которое может быть использовано в качестве «поражаемого объекта» при обучении и тренировках личного состава боевой стрельбе из стрелкового и ракетно-артиллерийского вооружения.

Для лучшего поддержания границы раздела соприкасающихся слоев в зоне получения зеркального отражения предпочтительно, чтобы более холодный слой воздуха находился под более горячим.

При этом более холодный слой воздуха может иметь как естественную температуру, т.е. температуру окружающей среды, так и ниже температуры окружающей среды, а более горячий быть предварительно нагретым.

Также могут быть различными и "кинематические" условия расположения слоев воздуха относительно осветительно-проекционной аппаратуры.

Слои воздуха могут быть неподвижны относительно осветительно-проекционной аппаратуры (например, в условиях штилевой погоды), могут иметь одинаковую скорость в направлении образования границы раздела, и, наконец, нагретый слой воздуха может перемещаться относительно ненагретого.

Реализация предложенного способа, в свою очередь, достигается тем, что в известном устройстве для формирования проекционной мишени, содержащем оборудование для формирования нетвердой проекционной поверхности, комплект осветительно-проекционной аппаратуры и систему индикации промахов и попаданий, в соответствии с изобретением в качестве оборудования для формирования нетвердой проекционной поверхности используется минимум один комплект аппаратуры типа тепловой пушки с плоскощелевым сопловым аппаратом.

Наличие в составе устройства минимум одного комплекта аппаратуры типа тепловой пушки с плоскощелевым сопловым аппаратом позволяет создать плоскую высокотемпературную воздушную струю, граница раздела которой с более холодным воздухом, имеющим естественную температуру, образует нетвердую проекционную поверхность, обладающую отражательной способностью.

Возможность получения границы раздела соприкасающихся слоев воздуха, имеющих различную температуру, подтверждается многими работами, посвященными созданию плоских воздушных тепловых завес различного направления. В частности, в работе /5/ приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, показывающие в качестве примера характеристики реально полученных воздушных завес длиной до 3 м и более, устойчивых даже при наличии поперечной ветровой нагрузки.

Для получения более "резкой" по показателям преломления границы раздела слоев воздуха (а соответственно - с лучшими отражательными характеристиками) дополнительно в состав устройства может быть введен комплект аппаратуры также с плоскощелевым сопловым аппаратом для получения и подачи в заданную область пространства плоской струи охлажденного воздуха под горячую.

Изобретение поясняется следующей графической информацией.

На фиг. 1 в качестве примера представлена термограмма тепловой завесы, полученной по результатам работы /5/.

На фиг. 2 - принципиальная схема осуществления способа с использованием реализующего его устройства.

На фиг. 3 - принципиальная схема осуществления способа с использованием реализующего его устройства, дополнительно содержащего комплект аппаратуры получения и подачи в заданную область пространства плоской струи охлажденного воздуха под горячую.

Показанная на фиг. 1 термограмма /5/ дверного проема при работающей завесе 1 получена при температуре внешней среды 2 (наружного воздуха) - 0°С, температуре внутри помещения 3-20°С, скорости воздуха на выходе из щели V_З - 12 м/с и скорости ветра V_B - 4 м/с.

На термограмме явно видны границы раздела слоев воздуха различной температуры: 4 - воздушная завеса-внешняя воздушная среда, и 5 - воздушная завеса-внутренняя среда в помещении, что подтверждает принципиальную возможность осуществления способа.

Устройство для осуществления способа, представленное на фиг. 2, размещено в условиях внешней среды 2, причем для защиты от поражающих элементов используемого при обучении личного состава боевой стрельбе стрелкового и ракетно-артиллерийского вооружения, например, в специально оборудованном углублении в грунте 6. Устройство содержит оборудование для формирования нетвердой проекционной поверхности - минимум один комплект аппаратуры типа тепловой пушки с плоскощелевым сопловым аппаратом 7 и комплект осветительно-проекционной аппаратуры 8. Дополнительно в состав устройства может быть введен комплект аппаратуры 13 (фиг. 3) для получения и подачи в заданную область пространства плоской струи охлажденного воздуха под горячую.

Система индикации промахов и попаданий для упрощения иллюстрации условно не показана.

В качестве мишени используется или ее освещаемый макет 9 (показан толстой линией) или же изображение, получаемое с помощью комплекта осветительно-проекционной аппаратуры 8 на вспомогательном экране 10.

При осуществлении способа комплект аппаратуры 7 подает с заданной скоростью V_C и в заданном направлении (под углом к горизонтальной плоскости) плоскую высокотемпературную струю воздуха 1. За счет разности температур генерируемой струи 1 и воздуха внешней среды 2 и, как следствие, разных показателей преломления между ними будет наличествовать граница раздела 4, обладающая отражательными (зеркальными) характеристиками. При освещении макета мишени 9 или же получении ее изображения на вспомогательном экране 10 посредством осветительно-проекционной аппаратуры 8 макет или изображение проецируются на границу раздела 4 и отражаются от нее таким образом, что отражение 11, видимое в качестве мишени обучаемым/тренируемым стрелком 12, отображается в определенной области пространства (атмосфере). Ход оптических лучей при получении отражения мишени в соответствии с законами геометрической оптики /4/ показан тонкими линиями и в дополнительных пояснениях ввиду очевидности не нуждается.

Для получения границы раздела слоев воздуха с лучшими отражательными характеристиками под высокотемпературную струю воздуха 1 параллельно ей, в том же направлении и с той же скоростью одновременно, посредством комплекта аппаратуры 13 может подаваться плоская струя охлажденного воздуха 14 (фиг. 3).

Расстояние до условной плоскости расположения видимого отражения мишени и относительная высота его положения легко определяются геометрически расчетным путем. Поэтому для регистрация промахов и попаданий при тренировочной стрельбе могут быть использованы современные системы регистрации промах-попадание, например, типа «Оптическая линейка» или оптико-электронной индикации типа «Вереск»

Таким образом, вышеописанные способ формирования атмосферной проекционной мишени для обучения боевой стрельбе и устройство для его осуществления, предполагающие проецирование изображения объекта на искусственно сформированную нетвердую поверхность, пригодны для использования в широком диапазоне температурных условий, вплоть до отрицательных температур, т.к. не требуют для формирования нетвердой поверхности воды. Кроме того, способ исключает экологическое загрязнение окружающей среды, а также сулит некоторое снижение эксплуатационных расходов, т.к. при его применении при формировании нетвердой поверхности отпадает необходимость в использовании расходных элементов - мелкодисперсных твердофазных частиц.

По мере набора статистических данных его применение ускорит создание максимально автоматизированных систем сбора и обработки информации с как существующих, так и разрабатываемых многоканальных устройств как оптических, так и оптико-электронной индикации, обеспечивающих процесс обработки результатов стрельбы в режиме реального времени.

Источники информации

1. Патент Германии DE 102006021114 A1, F41J 9/14, F41J 5/10, 2006 г., Projektionseinheit einer .

2. Заявка на изобретение РФ RU 2013146221, F41J 1/01, 2012 г. Устройство для формирования виртуальной цели для обучения боевой стрельбе - прототип.

3. Физико-химические методы анализа / Ляликов Ю.С. - М.: Химия, 1973, 536 с.

4. Геометрическая оптика / Яковлев И.В. - материал с сайта MathUs.ru.

5. К вопросу о расчете воздушных завес / Дискин М.Е. - «Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика», АВОК №7, 2003 г., стр. 58-64.