Результат интеллектуальной деятельности: Способ углового прицеливания метательного устройства для заброса метаемых тел

Изобретение относится к области авиастроения и безопасности полетов и может быть использовано для исследования процессов ударного воздействия на конструктивные элементы летательных аппаратов в процессе взлета и посадки, в том числе при попадании на вход авиационных газотурбинных двигателей птиц, града и других предметов.

Для моделирования удара в условиях полета и придания имитатору птицы или предмета в виде метаемого тела заданной скорости используют различные устройства и способы испытаний.

Известно устройство контроля положения оси длинномерного изделия, например трубы (патент RU №2143097). Устройство содержит две телекамеры и два видеоконтрольных устройства. Одна из видеокамер установлена в полости корпуса, снабженного базовыми поверхностями для установки внутри измеряемого изделия. Она снабжена синхрогенератором и видеоконтрольным устройством со знакогенератором, входы которого соединены с выходами телекамеры и знакогенератора, а выход - с входом второго видеоконтрольного устройства. Способ контроля и установки оси длинномерного изделия относительно базовой оси по патенту RU №2143097 заключается в наведении базовой оси на первую удаленную метку с помощью первой телекамеры и первого видеоконтрольного устройства и приведение оси изделия в требуемое положение. Заданную базовую ось после наведения на удаленную метку фиксируют в этом положении. Затем устанавливаемое изделие сопрягают со второй телекамерой путем ее ввода в канал длинномерного изделия. Наводят ее на вторую удаленную метку, соседнюю с первой, установленную с учетом параллакса. Разворачивают вторую телекамеру вокруг ее оси на полуокружность. Определяют величину рассогласования оси второй телекамеры и второй удаленной метки. Положение оси изделия определяют как половину величины рассогласования оси второй телекамеры и второй метки. Изделие имеет значительную сложность в способе наведения.

Известны применяемые в артиллерии способы выверки прицела с пушкой, один из которых описан в книге «Теория и конструкция танка». Под ред. П.П. Исакова. Т. З. Испытания танкового вооружения. - М., Машиностроение, 1983, с. 199. При этом на дульном срезе пушки устанавливается перекрестие из тонких нитей, пересекающихся на оси канала ствола. В казенную часть ствола с помощью технологического поддона вставляется трубка выверки. При помощи ручных приводов наводки линия визирования канала ствола, проходящая через трубку выверки и центр перекрестия нитей, совмещается с индексом на выверочной мишени. По положению марки визирного канала относительно точки наведения на выверочной мишени определяется рассогласование визирного канала с осью канала ствола, которое затем устраняется с помощью механизмов выверки путем совмещения марки визирного канала с точкой наведения. Данный способ имеет следующие недостатки:

- необходимость визуального наблюдения через открытый с обоих концов ствол;

- способ реализуется только в системах с ручным наведением.

Известно устройство с системой прицеливания (патент RU №2562926) для заброса тушек птиц, града и других посторонних предметов (метаемых тел) при испытаниях на удар. Система содержит прицел с элементами регулирования винтами, сопряженный с устройством заброса тел. Система обеспечивает заданную точность прицеливания, но не имеет контроля точности наведения и поэтому трудоемка.

В связи с тем, что сертификационные испытания конструкций летательного аппарата на удар являются дорогостоящими, то к точности попадания метаемого тела предъявляются высокие требования, которые оговорены в стандарте (ASTM, «Стандартный метод испытания стекол кабины самолета на удар тушками птиц», F330-89, повторно утверждено 2004 г., стр. 2-4). В соответствии с этим стандартом необходимо осуществлять прицеливание в заданную область исследуемого объекта с необходимой точностью, ориентируясь на центр группирования точек соударений метаемых тел, определенный предварительно.

Также в соответствии с этим стандартом необходимо обеспечить угловую ориентацию объекта испытаний относительно оси выстрела, в связи с тем, что при проведении сертификационных испытаний возможно выполнение только одного попадания в намеченную область на объекте испытаний.

Известен лазерный целеуказатель для стрелкового оружия, который содержит лазерный излучатель, включающий оптическую систему, лазерный источник света, электронную схему, механизм крепления лазерного излучателя в корпусе целеуказателя, устройство юстировки и блок питания (патент RU №2253822). Лазерный луч указателя формирует на цели световое пятно - метку, что существенно ускоряет и облегчает прицеливание и тем самым повышает кучность стрельбы. Известное техническое решение позволяет выполнить прицеливание в заданную область исследуемого объекта. Лазерный указатель выбран в качестве ближайшего аналога способа углового прицеливания метательного устройства для заброса метаемых тел. Однако целеуказатель не обеспечивает необходимой точности прицеливания для заброса метаемых тел. Также в лазерном целеуказателе нет разделения процесса прицеливания на два последовательных действия: предварительного наведения метательного устройства и на точное угловое наведение на объект испытаний.

В основу изобретения положена задача обеспечения точности углового прицеливания при реализации способа для заброса метаемых тел в заданную область поверхности объекта испытаний.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности углового прицеливания для обеспечения попадания метаемого тела в заданную область поверхности объекта испытаний под заданным углом одним выстрелом.

Поставленная задача для способа углового прицеливания метательного устройства заключается в том, что лазерным лучом указателя, сопряженным со стволом метательного устройства, имеющего казенный и дульный срезы, формируют в центре мишени световое пятно как точку прицеливания метательного устройства.

Новым в способе углового прицеливания устройства заброса метаемых тел является то, что на первом этапе выполняют серию забросов метаемых тел в направлении сформированного светового пятна на фронтальной стороне мишени. Определяют точки соударений тел с мишенью и по совокупности точек соударений определяют центр группирования соударений. Осуществляют корректировку положения лазерного указателя так, чтобы световой луч указателя попадал в центр группирования соударений тел на мишени, и фиксируют положение лазерного указателя. Затем корректируют положение мишени так, чтобы центр мишени совпадал со скорректированным положением светового луча лазерного указателя, и фиксируют положение мишени. Выполняют один или несколько контрольных забросов метаемого тела и определяют место соударения контрольного заброса или центр группирования всех контрольных забросов. При их допустимом отклонении относительно центра мишени выполнение контрольных забросов прекращают и переходят ко второму этапу. При недопустимом отклонении места соударения контрольного заброса или центра группирования всех контрольных забросов относительно центра мишени возвращаются к началу первого этапа.

На втором этапе прицеливания за мишенью, напротив дульного среза ствола, перпендикулярно его оси, устанавливают вертикальную панель с размещенным на ней вторым лазерным указателем. Удаляют мишень и регулируют положение второго лазерного указателя так, чтобы ось его луча установилась соосно лучу лазерного указателя, сопряженного со стволом.

Положение второго лазерного указателя фиксируют, на место размещения мишени устанавливают объект испытаний, с заранее нанесенными на его фронтальной и тыльной сторонах метками прицеливания, Причем при установке объекта испытаний его ориентируют в соответствии с заданными углами установки и так, чтобы световые пятна лазерных указателей совпадали с метками прицеливания, объект испытаний фиксируют и приступают к подготовке испытательных забросов.

При таком способе прицеливания метательного устройства для заброса метаемых тел:

- выполнение на первом этапе серии забросов метаемых тел в направлении сформированного светового пятна на фронтальной стороне мишени позволяет определить точки соударений тел с мишенью и по совокупности точек соударений установить центр группирования соударений;

- осуществление корректировки положения лазерного указателя так, чтобы световой луч указателя попадал в центр группирования соударений тел на мишени, и фиксирование положения лазерного указателя позволяют визуально определить центр действительного соударения метаемого тела с объектом испытания;

- корректирование положения мишени так, чтобы центр мишени совпадал со скорректированным положением светового луча лазерного указателя, и фиксирование положения мишени позволяют проконтролировать точность определения центра группирования соударений на мишени;

- выполнение одного или нескольких контрольных забросов метаемого тела позволяет определить место соударения контрольного заброса или центр группирования всех контрольных забросов и при их допустимом расположении относительно центра мишени прекратить выполнение контрольных забросов и перейти ко второму этапу;

- недопустимое отклонение места соударения контрольного заброса или центра группирования всех контрольных забросов относительно центра мишени указывает на необходимость возвращения к началу первого этапа;

- установка на втором этапе за мишенью, напротив дульного среза ствола перпендикулярно его оси вертикальной панели с размещенным на ней вторым лазерным указателем позволяет выполнять операцию обратного прицеливания луча лазера;

- удаление мишени и регулирование положения второго лазерного указателя так, чтобы ось его луча установилась соосно лучу лазерного указателя, сопряженного со стволом, и фиксирование положения второго лазерного указателя обеспечивают создание визуальной оси прицеливания перед и после объекта испытания;

- установка на место размещения мишени объекта испытаний, с заранее нанесенными на его фронтальной и тыльной сторонах метками прицеливания, где при установке объекта испытаний его ориентируют в соответствии с заданными углами установки и так, чтобы световые пятна лазерных указателей совпадали с метками прицеливания с фиксацией объекта испытаний, что позволяет приступить к подготовке испытательных забросов метательных тел.

Таким образом, решена поставленная в изобретении задача обеспечения точности углового прицеливания для выполнения попадания метаемых тел в заданную область поверхности объекта испытания.

Настоящее изобретение поясняется последующим подробным описанием способа углового прицеливания метательного устройства для заброса метаемых тел в объект испытания на фиг.1, 2, 3, где:

на фиг. 1 изображен общий вид метательного устройства заброса метаемых тел и мишень с ловителем метаемых тел;

на фиг. 2 - схема системы контроля точности прицеливания устройства заброса метаемых тел при испытаниях на удар;

на фиг. 3 - схема системы контроля точности углового прицеливания устройства заброса метаемых тел при испытаниях на удар.

Система углового прицеливания метательного устройства 1 для заброса метаемых тел в мишень 2, например в вертикальной плоскости, на первом этапе содержит лазерный указатель 3, сопряженный с метательным устройством, которое выполнено в виде ствола 4 с казенным и дульным срезами 5, 6. Метательное устройство 1 и мишень 2 последовательно установлены на стенде (не показано). Мишень 2 расположена на заданном расстоянии относительно дульного среза 6 ствола 4. Система дополнительно содержит (см. фиг. 3) второй лазерный указатель 7, съемные элементы 8, 9, обеспечивающие прицеливание и скоростную телекамеру 10 с видоискателем 11. Ствол 4 со стороны казенного среза 5 имеет подвод сжатого воздуха из резервуара через быстродействующий клапан (не показано). Съемные элементы 8, 9 выполнены с возможностью их размещения соответственно на казенном и/или дульном срезах 5, 6 ствола 4. Сопряжение лазерного указателя 3 со стволом 4 метательного устройства 1 выполнено посредством кронштейна 12 перед съемным элементом 8 со стороны казенного среза 5 ствола 4 с возможностью регулирования и фиксирования положения указателя. Скоростная телекамера 10 с видоискателем 11 установлена со стороны ствола 4 под острым углом к его оси и направлена видоискателем 11 в центр мишени 2.

Система также содержит ловитель 13 метаемых тел, скрепленный с мишенью 2. Мишень с фронтальной стороны по центру снабжена датчиком 14 ударов со светодиодом 15. Съемные элементы 8, 9 выполнены в виде экранов, установленных соответственно на казенном и дульном срезах 5, 6 с возможностью регулирования и фиксирования их положения и скреплены с полупрозрачными вставками 16, 17, имеющими отверстия 18, 19 по центру. Съемный элемент может быть также выполнен в виде затвора (не показано), установленного на стволе 4 со стороны казенного среза 5 при свободном дульном срезе 6.

На втором этапе способа углового прицеливания метательного устройства дополнительно используют (см. фиг. 3) панель 20, выполненную с возможностью закрепления на ней второго лазерного указателя 7 и съемного экрана 21. Экран 21 снабжен полупрозрачной вставкой 22, имеющей отверстие 23 по центру. Панель 20 расположена напротив дульного среза 6 ствола 4 перпендикулярно его оси. Экран 21 с отверстием 23 по центру вставки 22 и сопряженный с экраном второй лазерный указатель 7 последовательно установлены посредством кронштейна 24 на панели 20 напротив дульного среза 6 ствола 4 соосно с общей осью отверстий 18, 19 вставок экранов 8, 9 на казенном и дульном срезах 5, 6 ствола 4 за счет возможности регулирования и фиксирования положения экрана и второго указателя относительно оси ствола.

Способ углового прицеливания метательного устройства для заброса метаемых тел осуществляют следующим образом.

Метательное устройство 1 и мишень 2 устанавливают на стенде. На казенный срез 5 и дульный срез 6 ствола 4 устанавливают экраны 8, 9, оборудованные соответственно полупрозрачными вставками 16, 17 с отверстиями 18, 19 по центру. Со стороны казенного среза 5 ствола 4 перед экраном 8 на кронштейне 12 устанавливают лазерный указатель 3. Перед дульным срезом 6 ствола 4 на заданном расстоянии устанавливают мишень 2, скрепленную с ловителем 13 метаемых тел. Мишень 2 располагают так, чтобы луч лазерного указателя 3, проходя через отверстия 18, 19 во вставках 16, 17 экранов 8, 9, создавал световое пятно в центре мишени 2. Это достигают регулированием положения лазерного указателя 3.

В центре мишени 2 со стороны ствола 4 размещают датчик ударов 14 со светодиодом 15, который загорается при ударе метаемого тела по мишени 2.

На первом этапе осуществления прицеливания формируют световое пятно в центре фронтальной стороны мишени 2 за счет направления луча лазерного указателя 3 со стороны казенного среза 5 ствола 4 через центральные отверстия 18, 19 вставок 16, 17 экранов 8, 9 ствола 4.

При выбранном положении луча лазера координаты лазерного указателя 3, экранов 8, 9 ствола 4 и мишени 2 фиксируют. После этого лазерный указатель 3 и экраны 8, 9 на стволе 4 демонтируют. Далее ствол 4 заряжают метаемым телом, а на казенную часть 5 ствола 4 устанавливают затвор (не показано). Затем в ствол 4 через быстродействующий клапан подают сжатый воздух и выполняют заброс метаемого тела в вертикальной плоскости по фронтальной стороне мишени 2.

Заброс фиксируют на телекамеру 10 и определяют место соударения метаемого тела на мишени 2. Выполняют достаточное количество забросов метаемых тел в направлении светового пятна с фиксацией точек соударения метаемых тел с мишенью. По совокупности точек соударений устанавливают центр группирования соударения на фронтальной стороне мишени 2. Затем демонтируют затвор и устанавливают на прежнее место лазерный указатель 3 и экраны 8, 9.

Осуществляют корректировку положения лазерного указателя 3 и экранов 8, 9 так, чтобы лазерный луч указателя 3 попадал в центр группирования соударений тел на мишени 2. Затем корректируют положение мишени 2 так, чтобы центр мишени совпадал с новым положением центра луча лазерного указателя, и фиксируют положение указателя 3, экранов 8, 9 и мишени 2.

После совмещения положения светового пятна указателя 3 с центром группирования точек соударения по мишени 2 выполняют, по меньшей мере, один контрольный заброс метаемого тела в направлении центра мишени с фиксацией точки соударения. В случае допустимого отклонения указанной точки соударения от центра мишени 2 переходят ко второму этапу, в противном случае - возвращаются к началу первого этапа.

На втором этапе за мишенью 2, напротив дульного среза 6 ствола 4, перпендикулярно его оси, устанавливают вертикальную панель 20 с размещенным на ней вторым лазерным указателем 7. Удаляют мишень 2 и регулируют положение второго лазерного указателя 7 так, чтобы ось его луча установилась соосно лучу лазерного указателя 3, сопряженного со стволом 4. Положение второго лазерного указателя 7 фиксируют. На место мишени 2 устанавливают объект испытаний, с заранее нанесенными на его фронтальной и тыльной сторонах метками прицеливания 25, 26. При установке объекта испытаний его ориентируют в соответствии с заданными углами установки так, чтобы световые пятна лазерных указателей 3, 7 совпадали с метками прицеливания 25, 26. Объект испытаний фиксируют и приступают к подготовке испытательных забросов метаемых тел.

По данной системе была создана экспериментальная установка прицеливания метательного устройства для заброса метаемых тел в объект при испытаниях на удар.

Проведенные эксперименты показали возможность предварительной отработки точности прицеливания на мишени для выполнения попадания в заданную область поверхности объекта испытания под заданным углом одним выстрелом.