Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СТРЕЛЬБЫ БОЕВОЙ МАШИНЫ ПО ЦЕЛИ И СИСТЕМА ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к области вооружения и военной техники, в частности к стрельбе боевой машины (БМ) по цели, например, с помощью пулеметных (пушечных) установок.

Анализ литературы показывает, что существует способ стрельбы по цели артиллерийского вооружения средств бронированной техники (танков, боевых машин пехоты и т.п.), заключающийся в обнаружении и опознавании цели, сопровождении цели и вычислении угловых поправок в счетно-решающем приборе с учетом температуры и давления воздуха, баллистического ветра, полученных по результатам метеозондирования, и стрельбе с учетом их по цели /1/.

Для реализации этого способа на боевых машинах (БМ) существует система стрельбы, включающая обзорно-прицельную, навигационную системы, вычислитель, стабилизатор (силовой привод) установки, пушечную (пулеметную) установку /8/.

В штатных таблицах стрельбы артиллерийского вооружения средств бронетанковой техники, являющихся документальным основанием для разработки алгоритмического и информационного обеспечения бортовых вычислительных систем БМ, приведены поправки, как правило, дальности на изменение давления воздуха Н_в и температуры Т_в соответственно на 10 мм рт.стюи 10°С как функции дальности /1, 2/. Суммарная поправка дальности ΔDΣ получается как алгебраическая сумма произведений соответствующих чувствительностей , на отклонение i-го фактора ΔХ_i

,

где ΔD - поправка дальности на изменение i-го фактора (при изменении его в диапазоне соответственно ±10 мм рт.ст., ±10°С и т.п.);

n - число учитываемых отклонений;

ΔX_i’ - отклонение i-го фактора на 10 ед. (±10 мм рт.ст., ±10°С и т.п.).

Таким образом, предполагается линейная зависимость отклонений внешнебаллистических параметров, например дальности, от вышеперечисленных возмущающих факторов и в расширенном в соответствии с техническим заданием диапазоне изменения факторов (например, 460 мм рт.ст. <Н<820 мм рт.ст., -50°С<Т<+50°С).

Такое допущение может привести к появлению значительных систематических ошибок стрельбы (см. фиг.1-5) и, соответственно, к неэффективной стрельбе по цели.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, являются способ стрельбы БМ по цели, заключающийся в обнаружении и распознавании цели, взятии на сопровождение и сопровождении цели, определении кинематических поправок на движение цели и носителя, включающем в том числе полетное время t_пол и дальность стрельбы D_y, баллистических поправок: угол прицеливания α и деривации β_д, поправок на скорость бокового W_z и продольного W_x баллистического ветра, на параллакс прицела и пушечной или пулеметной установки (ПУ) из математических выражений, постоянном отклонении с учетом их стволов ПУ относительно линии визирования и стрельбе по цели /3/.

Известная система стрельбы БМ по цели, выбранная в качестве прототипа заявляемой системы, содержит обзорно-прицельную, навигационную системы, блок данных о внешней среде, силовые приводы установки и пулеметную или пушечную установку, бортовую вычислительную систему (ВС), включающую в свой состав в том числе блок выработки угла прицеливания α и деривации β_д, входы которого соединены через входы ВС с выходами обзорно-прицельной системы, а выходы - со входами блока учета угла крена, выходы которого соединены со входами силовых приводов, а также устройство определения углов упреждения, включающее в свой состав блок формирования угла упреждения Δβ, блок поправки на баллистический ветер по горизонтальному каналу, блок поправки на параллакс по горизонтальному каналу, блок формирования угла упреждения Δε, блок поправки на продольный ветер по вертикальному каналу, блок поправки на параллакс по вертикальному каналу, блок формирования упрежденной дальности D_y, блок формирования полетного времени t_пол, входы которых соединены через соответствующие входы бортовой вычислительной системы с выходами обзорно-прицельной, навигационной системы и блока данных о внешней среде, а также с выходами соответствующих блоков, входящих в состав устройства определения углов упреждения.

Недостатком приведенного способа и реализующей его системы являются большие систематические ошибки, возникающие при отклонениях метеобаллистических факторов, например температуры и давления воздуха, от их нормальных значений, существенно превышающих (в соответствии с ТЗ) соответственно ΔТ_в=±10°С, ΔН_в=±10 мм рт.ст.

Это приводит к снижению точности и, соответственно, эффективности, в особенности при стрельбе по скоростным целям, в сложной метеорологической обстановке. Приведенный фактор особенно подчеркивается при стрельбе с закрытых позиций новым 100 мм снарядом (3УОФ19) с увеличенной дальностью стрельбы.

Задачей предлагаемого способа и реализующей его системы является повышение эффективности стрельбы БМ путем повышения точности стрельбы за счет того, что уточняются поправки в расширенных в соответствии с ТЗ диапазонах изменения температуры и давления воздуха.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе стрельбы БМ, заключающемся в обнаружении и распознавании цели, взятии на сопровождение и сопровождении цели, определении кинематических поправок на движение цели и носителя, включающее в том числе полетное время t_пол и дальность стрельбы D_y, баллистических поправок: угол прицеливания α и деривации β_д, поправок на скорость бокового W_z и продольного W_x баллистического ветра, на параллакс прицела и пушечной или пулеметной установки ПУ из математических выражений, постоянном отклонении с учетом их стволов ПУ относительно линии визирования и стрельбе по цели /3/, согласно изобретению предварительно перед стрельбами рассчитывают уточненные по всему диапазону изменения температуры Т_в и давления Н_в воздуха для всех дальностей стрельбы таблицы поправок дальности ΔD и подбирают аппроксимирующие коэффициенты соответственно по давлению и температуре

, ,

а перед определением угла прицеливания α определяют фиктивную дальность стрельбы D_ф с учетом отклонения температуры Т_в и давления Н_в воздуха от их нормальных значений из соотношений

,

,

,

где D - дальность стрельбы;

Н_в, Т_в - значения соответственно давления и температуры воздуха;

H_0N, T_0N - нормальные значения соответственно давления и температуры воздуха;

ΔD^H, ΔD^T - поправка в дальность из-за отклонения соответственно давления и температуры воздуха,

и угол прицеливания α определяют для фиктивной дальности D_ф

Поставленная задача решается также тем, что в известной системе стрельбы БМ по цели, содержащей обзорно-прицельную, навигационную системы, блок данных о внешней среде, силовые приводы установки и пулеметную или пушечную установку, бортовую вычислительную систему (ВС), включающую в свой состав в том числе блок выработки угла прицеливания α и деривации β_д, входы которого соединены через входы (ВС) с выходами обзорно-прицельной системы, а выходы - со входами блока учета угла крена, выходы которого соединены со входами силовых приводов, а также устройство определения углов упреждения, включающее в свой состав в свою очередь блок формирования угла упреждения Δβ, блок поправки на баллистический ветер по горизонтальному каналу, блок поправки на параллакс по горизонтальному каналу, блок формирования угла упреждения Δε, блок поправки на продольный ветер по вертикальному каналу, блок поправки на параллакс по вертикальному каналу, блок формирования упрежденной дальности D_y, блок формирования полетного времени t_пол, входы которых соединены через соответствующие входы бортовой ВС с выходами обзорно-прицельной, навигационной систем и блока данных о внешней среде, а также с выходами соответствующих блоков, входящих в состав устройства определения углов упреждения, согласно изобретению в ВС дополнительно введен блок учета поправок в угол прицеливания на температуру и давление воздуха, при этом первый и второй его входы соединены с выходами блока данных о внешней среде, третий вход - с выходом блока формирования упрежденной дальности D_y, а выход его соединен со входом блока выработки угла прицеливания и деривации.

Поставленная задача решается также тем, что блок учета поправок в угол прицеливания на температуру и давление воздуха состоит из первого-третьего функциональных преобразователей, первого-седьмого сумматоров, первого-двенадцатого множительных устройств, причем выход первого функционального преобразователя соединен со входами соответственно третьего-шестого множительных устройств, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого, второго, третьего и четвертого сумматоров, вторые входы которых соединены соответственно с выходами первого, второго, седьмого и восьмого множительных устройств, входы которых, а также вход первого функционального преобразователя соединены с выходом блока формирования упрежденной дальности, выходы первого и второго сумматоров соединены с первыми входами соответственно девятого и десятого множительных устройств, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами пятого сумматора, выход которого соединен с первым входом седьмого сумматора, выход которого соединен со входом блока выработки угла прицеливания и деривации, второй вход девятого множительного устройства соединен с выходом второго функционального преобразователя, вход которого, а также второй вход десятого множительного устройства соединен с блоком данных о внешней среде; выходы третьего и четвертого сумматоров соединены с первыми входами соответственно одиннадцатого и двенадцатого множительных устройств, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами шестого сумматора, выход которого соединен со вторым входом седьмого сумматора, третий вход которого соединен с выходом блока формирования упрежденной дальности; второй вход двенадцатого множительного устройства соединен с выходом третьего функционального преобразователя, вход которого, а также второй вход одиннадцатого множительного устройства соединены с выходом блока данных о внешней среде.

Сопоставительный анализ заявляемых решений с прототипами показывает, что способ отличается от известного тем, что предварительно перед стрельбами рассчитывают уточненные по всему диапазону изменения температуры Т_в и давления Н_в воздуха для всех дальностей стрельбы таблицы поправок дальности ΔD и подбирают аппроксимирующие коэффициенты функции соответственно по давлению и температуре

, ,

а перед определением угла прицеливания α определяют фиктивную дальность стрельбы D_ф с учетом отклонения температуры Т_в и давления Н_в воздуха от их нормальных значений из соотношений

,

,

,

где D - дальность стрельбы;

Н_в, Т_в - измеренные значения соответственно давления и температуры воздуха;

H_0N, T_0N - нормальные значения соответственно давления и температуры воздуха;

ΔD^H, ΔD^T - поправка в дальность из-за отклонения соответственно давления и температуры воздуха,

угол прицеливания α определяют для фиктивной дальности D

.

Существуют два способа учета влияния отклонений метеобаллистических факторов. При первом способе вводится так называемая фиктивная дальность стрельбы D_ф. D_ф - это дальность, с которой следует войти в основную зависимость α=α(D) для определения угла прицеливания α, чтобы учесть (скомпенсировать) отклонение его при наличии возмущающих метеобаллистических факторов

,

где ΔX_i - i-й отклоняющий фактор;

D - дальность стрельбы;

ΔD_i - отклонение дальности из-за i-го отклонения;

ΔХ_i’ - отклонение i-го фактора на 10 ед. (±10 мм рт.ст., ±10°С и т.п.).

Основные внешнебаллистические характеристики вычисляются в соответствии с основными зависимостями

,

Учет поправок вторым способом при решении задачи встречи предполагает изменение самих функциональных зависимостей между баллистическими и упрежденными координатами fα(D) и f_tпол(D) c учетом отклоняющих факторов и сводится к решению уравнения вида

,

,

где Δα_i, Δt_полi - приращение функции соответственно угла прицеливания α (полетного времени t_пол) из-за отклонения i-го фактора ΔX_i.

В литературе /4, 5/ указывается, что более точным и, главное, имеющим больший физический смысл является второй способ.

Однако при разработке алгоритмического и программного обеспечения баллистических вычислителей традиционной и узаконенной формой задания внешнебаллистических функций являются таблицы стрельбы (ТС) /1, 3/.

При этом в основных ТС приводится основная функциональная зависимость α=fα(D), а в поправочных ТС оперируют поправками дальности по i-му возмущающему фактору ΔX_i.

Таким образом, согласно предлагаемому способу при определении угла прицеливания используется первый подход. С учетом возмущений по метеорологическим факторам определяется потребный реальный угол прицеливания:

- при отклонении по давлению воздуха Н_в:

,

где ,

- при отклонении по температуре воздуха Т_в:

,

где ,

причем с учетом нелинейной зависимости ΔD как от дальности стрельбы D, так и от величины самого отклонения ΔН, ΔT.

Графическая интерпретация предлагаемого способа представлена на фиг.1.

На фиг.2, 3 построены по уточненным данным в соответствии с полной стандартизированной моделью /9/ зависимости отклонения дальности ΔD соответственно от давления Н_в и температуры воздуха Т_в для нового 100 мм снаряда 3УОФ19 для фиксированных дальностей стрельбы D=1,2...7 км.

Рядом пунктиром показаны линейные зависимости ΔD(ΔH_в), ΔD(ΔТ_в), построенные согласно штатным ТС в соответствии с отклонениями в диапазоне ±10 мм рт.ст. и ±10°С /1/.

На фиг.4, 5, аналогичных 2, 3, зависимости приведены для старого штатного 100 мм снаряда 3УОФ17.

Как следует из фиг.2-5, при использовании линейных зависимостей ΔD(ΔH_B), ΔD(ΔT_B) при расчете поправок могут возникать большие систематические ошибки. Так, для снаряда 3УОФ19 на дальности стрельбы D=7 км при давлении воздуха 460 мм рт.ст. (ΔН=-290 мм рт.ст) ошибка выработки поправки достигает 200 м (ΔD=1150 м - по нелинейной зависимости и ΔD=950 м - по линейной аппроксимации).

Погрешности будут еще более возрастать при совместном действии двух и более возмущающих факторов, например при низком давлении и высокой температуре, низкой температуре и высоком давлении.

Таким образом, приведенные данные доказывают необходимость учета нелинейной зависимости отклонений по дальности от возмущающих факторов.

Достаточность квадратичной зависимости подтверждается тестовыми (проверочными) таблицами, отображенными на фиг.6, 7.

На фиг.6, 7 приведены уточненные табличные и аппроксимирующие зависимости ΔD(ΔH_B), ΔD(ΔT_B).

Как следует из графиков, систематическая ошибка аппроксимации отсутствует при рассмотрении значений давления и температуры воздуха во всем задаваемом в соответствии с ТЗ диапазоне их изменения.

Анализ известных способов стрельбы БМ по целям в данной области техники не позволяет выявить в них совокупность признаков, отключающих заявляемое решение от прототипа.

Отдельные операции, входящие в заявляемый способ, широко известны. Однако при введении их в способ в указанной последовательности (связи) по предлагаемым соотношениям достигается желаемый эффект - повышение эффективности стрельбы по цели.

При изучении технических решений в других областях техники признаки, отличающие заявляемое изобретение - систему стрельбы БМ по цели, - также не были выявлены.

Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемых решений критериям новизны и изобретательского уровня.

На фиг.1 представлена графическая интерпретация дальности стрельбы D и фиктивной дальности D_ф.

На фиг.2 представлены зависимости отклонения дальности ΔD от отклонения давления воздуха ΔН_в для различных дальностей стрельбы для 100 мм снаряда 3УОФ19.

На фиг.3 представлены зависимости отклонений дальности ΔD от отклонения температуры воздуха ΔT_B для различных дальностей стрельбы для 100 мм снаряда 3УОФ19.

На фиг.4 представлены зависимости отклонения дальности ΔD от отклонения давления воздуха ΔH_B для различных дальностей стрельбы для штатного 100 мм снаряда 3УОФ17.

На фиг.5 представлены зависимости отклонения дальности ΔD от отклонения температуры воздуха ΔT_B для различных дальностей стрельбы для штатного 100 мм снаряда 3УОФ17.

На фиг.6 представлены зависимости отклонения дальности ΔD от давления воздуха Н_в для D=1,2...7 км и аппроксимирующие их зависимости для снаряда 3УОФ19.

На фиг.7 представлены зависимости отклонения дальности ΔD от температуры воздуха Т_в для D=1,2...7 км и аппроксимирующие их зависимости для снаряда 3УОФ19.

На фиг.8а, 8б представлена структурная схема контура стрельбы артиллерийского вооружения БМ и место в ней заявляемого блока учета поправок в угол прицеливания на температуру и давление воздуха (пункт 2 формулы изобретения).

На фиг.9 представлен пример реализации блока учета поправок в угол прицеливания на температуру и давление воздуха (пункт 3 формулы изобретения).

Для подтверждения технической реализуемости заявляемого способа (и системы) ниже приведен пример ее функционирования.

После взятия на сопровождение цели из обзорно-прицельной системы в вычислительную систему (ВС) поступают непрерывно сигналы об углах линии визирования цели β и ε в двух плоскостях системы координат, связанной с носителем Х_HУ_HZ_H, угловых скоростях , в прицельной системе координат Х_DУ_DZ_d, а также дискретные замеры дальности D (см. фиг.8а, 8б). С навигационной системы в ВС поступают также данные о носителе: скорость носителя, углы тангажа, крена и т.п.

Предварительно в ВС должны быть заведены (посчитаны) коэффициенты аппроксимации нелинейных зависимостей ΔD(D, ΔH_в), ΔD(D, ΔT_B) уточненных таблиц поправок ΔD(ΔX_i).

Данные о внешней среде (давление воздуха, его температура, скорость продольного и поперечного ветра) поступают с блока данных о внешней среде, например с единого универсального датчика атмосферы.

На основании полученной информации в устройстве определения углов упреждения рассчитываются поправки, обусловленные движением цели и носителя Δβ, Δε, а также остальные поправки, в частности баллистические поправки на базу (параллакс), на продольный и поперечный ветер и т.п. Достаточно подробно их вычисление приведено в литературе /3/.

Перед вычислением баллистических поправок: угла прицеливания α и деривации β_д, в блоке учета поправок в угол прицеливания определяют фиктивную дальность стрельбы D_ф с учетом возмущений по метеорологическим условиям - ΔH_B ΔT_B.

И, входя в основную баллистическую зависимость α(D) уже с D=D_ф, определяют угол прицеливания α=α(D, ΔH_B, ΔT_B=α(D_ф) в блоке выработки углов прицеливания и деривации.

Далее комбинация выработанных поправок по каждому из каналов поступает на входы блока учета угла крена γ, а сформированные с учетом γ управляющие сигналы - на вход силового привода.

Силовые приводы башни и оружия, отрабатывая управляющие сигналы с учетом обратной связи, в каждый момент времени разворачивают ПУ в нужном направлении.

Блок учета поправок в угол прицеливания работает следующим образом (см. фиг.9).

На первый функциональный преобразователь (ФП1) поступает сигнал упрежденной дальности D_y, в ФП1 осуществляется возведение в квадрат (D

Сигнал упрежденной дальности D_y поступает соответственно на первое, второе, седьмое и восьмое множительные устройства (МУ1, МУ2, МУ7, МУ8), с выхода которых сигналы поступают на вторые входы соответственно сумматоров СУМ1, СУМ2, СУМ3, СУМ4.

В первом сумматоре СУМ1 происходит суммирование сигналов и , в СУМ2 - и , в СУМ3 - и , в СУМ4 - и .

Сигнал с выхода СУМ1 домножается в МУ9 на квадрат отклонения температуры воздуха ΔТ_в, поступающее с выхода функционального преобразователя ФП2, на вход которого сигнал ΔТ_в поступает с блока данных о внешней среде. В МУ10 перемножаются поступающий на первый вход сигнал на отклонение ΔТв, поступающее с блока данных о внешней среде.

В сумматоре СУМ5 суммируются сигнал с выхода множительных устройств МУ9 и МУ10, и получается поправка дальности на отклонение температуры , которая затем в седьмом сумматоре (СУМ7) суммируется с получаемой аналогичным путем поправкой дальности на отклонение давления воздуха ΔD^Н и упрежденной дальностью D_y. Далее сформированная таким образом фиктивная дальность стрельбы D_ф поступает на блок выработки угла прицеливания и деривации.

Таким образом работает блок учета поправок в угол прицеливания. Он может быть построен на известных устройствах типа множительное устройство (МУ), сумматор (СУ) и т.п., логических элементах “и”, “или”, примеры реализации которых широко приведены в соответствующей литературе, например /6, 7/.

Использование заявленного способа и реализующей его системы обеспечит по сравнению с существующими следующие преимущества:

1. Устранение систематических ошибок во всем диапазоне изменения температуры и давления воздуха (в соответствии с ТЗ) и, соответственно, повышение точности стрельбы по цели в условиях возмущений по метеорологическим факторам, превышающим соответственно ΔТ_в=±10°С и ΔН_в=±10 мм рт.ст.

2. Более точное определение предельной баллистической дальности стрельбы позволит более рационально расходовать боекомплект и, соответственно, повышать эффективность стрельбы заданным боекомплектом.

3. Улучшение эргономических характеристик систем за счет более достоверной информации о факте пребывания цели в зоне стрельбы.

Источники информации

1. Таблицы стрельбы для равнинных и горных условий 100 мм орудия - пусковой установки, установленных в боевой машине пехоты БМП-3, МО, М., Воениздат, 1992 г.

2. Зенитные таблицы стрельбы 30 мм осколочно-фугасно-зажигательным и осколочно-трассирующим снарядом для пушки АП-18КД, Тула, 2001 г.

3. Патент России №2172463 от 2001 г. (прототип).

4. Коновалов А.А., Николаев Ю.В. Внешняя баллистика. М., ЦНИИ информации, 1979 г.

5. Постников А.Г., Чуйко В.С. Внешняя баллистика неуправляемых авиационных ракет и снарядов. М., Машиностроение, 1985 г.

6. Архангельский Е.А., Знаменский А.А. и др. Моделирование на аналоговых вычислительных машинах. Ленинград, Энергия, 1972 г.

7. Горбацевич Е.Д., Левинзон Ф.Ф. Аналоговое моделирование систем управления. М., Наука, 1964 г.

8. Уч. “Теория стрельбы из танков” /Под ред. Н.И.Романова, М., Академия бронетанковых войск им. Маршала Малиновского Р.Я., 1973 г.

9. ГОСТ 24288-80. Описание модели полета снаряда.