Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ НАВОДКОЙ

Предлагаемое изобретение относится к области систем управления оружием и может быть использовано для корректировки траектории летящей ракеты в двух взаимно перпендикулярных плоскостях с подвижных объектов, например с бронетранспортеров (БТР), боевых машин пехоты (БМП) или для поворотных модулей, которые устанавливаются на катерах вместе с устройством управления наводкой.

Разработчики систем управления на современном этапе работают по увеличению дальности полета управляемой ракеты с сохранением тактико-технических характеристик системы оружия. А это требует перенесения численного значения вероятности попадания в цель с малой дальности на большую, которое достигается улучшением одного важного параметра, а именно повышением точности нулевого положения устройства управления наводкой, связанным с увеличением чувствительности к малым перемещениям узлов и деталей устройства при сохранении стабильности нулевого положения в условиях механических воздействий войсковой эксплуатации.

Известна конструкция устройства управления наводкой [1]. Формирующее управляющий сигнал устройство управления наводкой содержит элемент, жестко закрепленный на оси, который при вращении измеряет сигнал, а также ограничитель с пластиной, которая поворачивается на оси. Элемент и пластина, между которыми расположены две вставки, поджимаются друг к другу пружиной. Эти вставки устанавливаются на оси с возможностью поворота, поджимаются друг к другу пружиной и имеют соответственно выступы, обеспечивающие их взаимное сцепление. Ось поворачивается рукояткой вслед за движением цели. Она шарнирно установлена на валу и возвращается в нейтральное положение стержнем, один конец которого присоединен к элементу. Стержень может скользить в кронштейне, имеет два фланца и подпружинивается двумя пружинами. Пока ограничитель не работает, пластина свободно поворачивается на оси.

При нарушении наблюдения цели пластина закрепляется при помощи электромагнита и пружина допускает относительное вращение втулок. Когда электромагнит отпускает пластину, она поворачивается пружиной в положение, в котором коррекция осуществляется за счет поворота.

Недостаток устройства состоит в том, что конструкция механизма возврата рукоятки управления в нейтральное (нулевое) положение не может обеспечить высокую точность минимального значения выходного электрического сигнала, так как нет жесткой базы (опоры) стержня в нейтральном положении, которое определяется лишь поджатием пружин, вследствие чего ось находится в колебательном режиме при воздействии вибрационных нагрузок в условиях войсковой эксплуатации. Конечно, можно увеличить жесткость пружины, но при этом исключается чувствительность к малым перемещениям оси и рукоятки и невозможно управлять наводкой с высокой точностью наведения.

Для закрепления пластины используется электромагнит, при включении которого возникают паразитные излучения в виде электромагнитных волн, создающих помехи на управляющий сигнал, особенно в зоне с низким импедансом. Эти помехи изменяют нулевое положение (величину) сигнала в устройстве.

Кроме того, стержень скользит в отверстии кронштейна без выбора радиальных зазоров, тем самым расширяется зона величины паразитного сигнала и, следовательно, снижается точность нулевого положения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство управления наводкой [2], содержащее каркас с двумя потенциометрами, расположенными в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, рукоятку с шарниром ручного управления, ограничители, две пары подпружиненных между собой рычагов, оси скобообразной формы с продольными пазами и с цилиндрическими концами, на каждом из которых с одной стороны установлены зубчатые сектора, кинематически связанные с осями потенциометров, а на других жестко закреплены поводки.

Рукоятка снабжена компенсатором, выполненным в виде подпружиненных изнутри двух полустаканов, один из которых жестко закреплен на рукоятке. В полустаканах выполнены выемки с установленными в них роликами, контактирующими с внутренними стенками скобообразного продольного паза одной из осей. А шарнир рукоятки размещен в продольном пазу, выполненном соосно цилиндрическим концам другой оси. Причем один рычаг каждой пары снабжен пружиной, соединенной с каркасом, и установлен с возможностью взаимодействия с поводком и ограничителем, а другой - с поводком.

Недостаток устройства состоит в том, что из-за увеличения зазора между шарниром и продольным пазом по мере износа их поверхностей от трения скольжения в результате взаимодействия понижается точность нейтрального (нулевого) положения рукоятки. Особенно это заметно в эксплуатации устройства при воздействии температуры от -50^oC до +50^oC из-за высокого коэффициента трения скольжения.

При малом перемещении рукоятки требуется большая чувствительность в перемещении узлов и деталей устройства, однако ролики, в силу цилиндрической формы, имеют значительный момент инерции, определяемый его диаметром в четвертой степени. Кроме того, зона контактирования простирается на всю длину ролика. Это обстоятельство не позволяет ролику повернуться вокруг своей оси при малых перемещениях рукоятки, а происходит только его скольжение, тем самым снижается чувствительность устройства и затруднен возврат рукоятки в исходное (нулевое) положение.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности приведения в нулевое положение устройства управления наводкой путем уменьшения момента трения.

Поставленная задача достигается тем, что устройство управления наводкой содержит каркас с двумя потенциометрами, расположенными в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, оси скобообразной формы с продольными пазами и с цилиндрическими концами, на каждой из которых с одной стороны установлены зубчатые сектора, кинематически связанные с осями потенциометров, а на других жестко закреплены поводки, рукоятку с шарниром ручного управления, размещенным в продольном пазу одной из осей, и с компенсатором в виде подпружиненного изнутри полустакана и двух роликов, контактирующих с внутренними стенками скобообразного продольного паза другой оси, один из которых установлен в выемках полустакана, и две пары подпружиненных между собой рычагов. На концы шарнира запрессованы подшипники качения, размещенные без зазора по наружным кольцам в продольном пазу оси, а ролики выполнены в виде двуплечных опорных коаксиальных цилиндров, диаметр крайних опор которых меньше диаметра средней части ролика, при этом с выемками, выполненными V-образной формы в рукоятке и полустакане, контактируют опорные цилиндры, а с внутренними стенками скобообразного продольного паза - средние части роликов.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид.

На фиг. 2 дан разрез Б-Б на фиг. 1.

На фиг. 3 дан вид А на фиг. 2, где 1 - каркас, 2 - упор, 3 - рукоятка, 4 - ось, 5 - подшипник, 6 - шарнир, 7 - сектор (зубчатый), 8 - потенциометр, 9 - паз (продольный), 10 - смазка, 11 - поводок, 12 - ось, 13 - рычаги, 14 - ролик, 15 - пружина, 16 - полустакан, 17 - паз (скобообразный), 18 - выемка в рукоятке, 19 - выемка в полустакане.

M_тр - момент трения, h - плечо поворота, P₂ - усилие возврата рукоятки 3, F_трс - сила от трения скольжения, F_трк - сила от трения качения, P₁ - усилие поджатия пружины 15, d - диаметр крайних опор ролика 14, D - диаметр средней часта ролика 14.

Устройство управления наводкой содержит стальной литой каркас 1 коробчатой формы. На двух наружных прилегающих друг к другу под углом 90^o стенках каркаса 1 установлены и закреплены потенциометры 8. Оси потенциометров 8 пропущены внутрь каркаса 1 и через зубчатые сектора 7 соединены с осью 4. Через дно каркаса 1 пропущена рукоятка 3, один конец которой заканчивается обрезиненным ложе для большого пальца руки, производящего управление наводкой, а другой конец рукоятки 3 заканчивается шарниром 6, с двух сторон которого установлены подшипники качения 5 со смазкой 10. Наружные кольца подшипников 5 введены в продольный паз 9 без зазора в середине оси 12, концы которой закреплены на противоположных стенках каркаса 1. Рукоятка 3 снабжена компенсатором, состоящим из полустакана 16, который от поворота ограничен упором 2, пружины 15 и двух роликов 14. Ролики 14 выполнены в виде двуплечного цилиндра. Эти плечи выполнены с одинаковым диаметром и выступают с двух концов ролика 14, при этом диаметр средней части ролика 14 выполнен больше, чем диаметры его концов. Средние части роликов 14 поджимаются к стенкам скобообразного паза 17 оси 4 с помощью пружины 15, под действием которой и полустакан 16 перемещается поперек рукоятки 3. Полустакан 16 и пружина 15 находятся внутри рукоятки 3. На наружной торцевой поверхности рукоятки 3 и полустакана 16 выполнены V-образные выемки 18 и 19, на которые опираются плечи роликов 14. Оси 4 и 12 расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях. На одних их концах закреплены зубчатые сектора 7, а на других двух концах осей 4 и 12 насажены подпружиненные поводки 11 и рычаги 13.

Устройство работает следующим образом.

Пальцем руки отклоняют рукоятку 3 относительно своей точки закрепления для выполнения управления наводкой. Отклонение рукоятки 3 в любую сторону передается одной оси 4 через компенсатор, а другой оси 12 через шарнир 6 и подшипники 5. Ролики 14 начинают вращаться вокруг своей оси, при этом два плеча ролика 14 с меньшими диаметрами только вращаются в V-образных выемках 18 и 19, а средняя часть ролика 14, кроме вращения, еще и катится по внутренним стенкам продольного паза 9 при отклонении оси 4 без зазора, поскольку поджата полустаканом 16 с пружиной 15. Это вращение передается зубчатым секторам 7, находящимся в зацеплении с движками потенциометров 8, и поводкам 11, каждый из которых взаимодействует с подпружиненными рычагами 13. Отклонение рукоятки 3 приводит к повороту движка потенциометра 8, с которого выдается электрический сигнал управления.

Предлагаемое устройство управления наводкой по сравнению с прототипом позволяет:
- повысить точность приведения в нулевое положение (нейтральное положение рукоятки) для исключения сигналов рассогласования на систему управления в целом за счет введения на концы шарнира двух подшипников качения, без зазора по внутренним и внешним кольцам и с одинаковой посадкой по (Is6), которые изменили условие работы шарнира, а именно трение скольжения заменено на трение качения. Коэффициент трения скольжения k = 0,05...01. Коэффициент трения качения K = 0,001;
- повысить точность перемещения рукоятки за счет исключения износа шарнира о стенки паза оси, поскольку введение подшипников не увеличивает зазор между шарниром и осью в процессе эксплуатации и исключает перекос шарнира.

Также повышается точность приведения устройства в нулевое положение за счет уменьшения момента трения между роликом и осью, поскольку ролик конструктивно выполнен двухступенчатым с разными диаметрами ступеней и касание его с V-образным пазом происходит по линии, а не по всей длине ролика, чем уменьшается величина силы F_трс.

Двуплечий ролик позволяет перераспределить моменты трений, что позволяет ему всегда катиться по стенкам паза оси, поскольку момент инерции по средней части ролика I = 0,05D⁴ больше, чем по малому диаметру I = 0,05d⁴, кроме того, момент трения ролика в оси предлагаемого устройства меньше, чем в прототипе, что подтверждается нижеприведенным расчетом и изготовленными опытными образцами.

В прототипе сила трения скольжения равна
F_трс = P₁· k
Момент от силы трения скольжения, который тормозит возврат рукоятки под действием подпружиненных рычагов силой P₂ в исходное положение, определяется по формуле
M_трс = F_трс·h
Этот момент остается постоянным во время движения и оказывается особенно вредным при подходе рукоятки к нулевому положению, когда усилие P₂ минимальное рабочее.

В предлагаемом устройстве условие качения роликов по поверхности оси будет
,
где F_трк = P₁·K,
подставляем значение P₁·K

откуда
Момент трения качения определяется по формуле
M_трк = P₁· K_Σ ·h,
где K_Σ - суммарный коэффициент от трения скольжения и трения качения.

Сравнивая моменты трений, получаем

Таким образом, анализ предлагаемого технического решения показывает, что устройство обладает повышенной точностью приведения в нулевое положение.

Источники информации
1. Заявка Великобритании N 1400037, МКИ⁵ F 41 G 3/00, НКИ F 3 C. Опубликована 16 июля 1975 г., аналог.

2. Патент России N 2117900 от 20.08.98 г. МПК 6 F 41 G 3/00, прототип.