Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ АВТОПИЛОТНОГО БЛОКА УПРАВЛЯЕМОГО СНАРЯДА С ГОЛОВКОЙ САМОНАВЕДЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к силовым системам управления летательных аппаратов и наиболее целесообразно может быть использовано в автопилотах малогабаритных управляемых снарядов с головкой самонаведения, выстреливаемых из ствола танковой пушки, артиллерийских орудий и др.

Известно применение управляемых снарядов, выстреливаемых из ствола танковой пушки, например, выстрела ЗУБК10-1 с противотанковым управляемым снарядом 9М117 [1, стр. 4], из ствола артиллерийского 152-мм орудия выстрела 3ВОФ64 (3ВОФ93) с осколочно-фугасным снарядом 3ОФ39 [2] с лазерной полуактивной головкой самонаведения, управляемых снарядов [3, 4, 5].

Отличительной особенностью работы этих снарядов является воздействие на снаряд и его элементы больших стартовых линейных (ствольных) перегрузок, действующих в момент выстрела.

Развитие и совершенствование современных управляемых снарядов идет по пути повышения скорости и увеличения дальности стрельбы не за счет повышения мощности разгонного двигателя, а за счет увеличения начальной скорости и, как следствие этого, к росту стартовых линейных ускорений, которые могут достигать 5000 - 10000 g и более.

Такие линейные перегрузки крайне неблагоприятно сказываются на характеристиках прочности и надежности работы всех элементов снаряда, в том числе и элементов управления, обеспечивающих дальность стрельбы, точность и надежность работы управляемого снаряда.

В известном противотанковом снаряде 9М117 [1], состоящем из рулевого привода с усилителем, боевой части, маршевой двигательной установки, аппаратурного отсека (в составе блока питания, блока связи, гирокоординатора, электронной аппаратуры), блока стабилизаторов и поддона, элементы управления и питания разнесены между собой и находятся между боевой частью и маршевой двигательной установкой.

В известных управляемых снарядах [2, 3, 4, 5] с головкой самонаведения, обладающей сравнительно большой массой, располагаемой в головной части снаряда, внутри корпуса снаряда установлены рулевой привод с рулями, блок электропитания и гироскоп с бесконтактным датчиком, электронная аппаратура управления.

Наиболее близким к рассматриваемому объекту испытания на прочность является отсек управления известного управляемого снаряда 3ОФ39 калибра 152-мм [2, рис. 4], который состоит из головки самонаведения с носовым блоком и автопилотного блока.

Автопилотный блок [2, стр. 44-59] предназначен для размещения элементов аппаратуры управления полетом снаряда и блока питания.

Конструктивной основой автопилотного блока [2, рис. 21] является его корпус, в котором закреплены инерциальный гироскоп, рулевой привод, блок питания и преобразования.

Корпус имеет продольные пазы для складывания рулей и технологическое отверстие для доступа к контрольному разъему.

Автопилотный блок с размещенными в нем элементами управления полетом снаряда представляет собой сложный электромеханический блок, прочность и надежность работы которого должна обеспечиваться во всех реальных условиях его применения в составе управляемого снаряда, в том числе и при воздействии ствольной перегрузки высокой интенсивности.

В связи с этим исключительно ответственная роль отводится разработке простых, надежных и информативных способов испытаний на прочность автопилотного блока управляемого снаряда с головкой самонаведения при воздействии механического удара одиночного действия по оси X высокой интенсивности в стендовых условиях испытаний, действующего при выстреле снаряда из ствола орудия.

Известны способы (методики) испытаний на прочность рулевого привода [6, пункты 1, 6, 5 (требование), 3.3.5 (методика)] и автопилотного блока [7, пункты 1.6.6 (требование), 3.3.5 (методика)] управляемого снаряда 3ОФ39 с головкой самонаведения [2] при воздействии одиночного удара с пиковым ускорением 10000 g по оси X, включающие проведение следующих операций при испытаниях на прочность:
а) рулевого привода:
1) установить рулевой привод в технологическом приспособлении на каретке стенда ДС-10000 так, чтобы ускорение было направлено по оси X;
2) подвергнуть рулевой привод воздействию одиночного удара с ускорением (9500 ± 500) g по оси X и в плоскости YOX (1600 ±320) g одновременно с длительностью (3-4)•10^-3 с;
б) автопилотного блока:
1) перед испытанием на стенде ДС-10000 установить автопилотный блок в технологическое приспособление так, чтобы ускорение было направлено по оси X;
2) закрепить технологическое приспособление с автопилотным блоком на каретке стенда;
3) подвергнуть автопилотный блок воздействию одиночного удара с ускорением (9500±500) g по оси X и в плоскости YOX (1600±320) g одновременно с длительностью (3-4)•10^-3 с;
4) автопилотный блок подвергать испытанию в выключенном состоянии.

Недостатками известных способов испытаний на прочность рулевого привода и автопилотного блока являются:
1. Низкая информативность способа о состоянии контролируемого объекта, заключающаяся в отсутствии контроля параметров блока до и после испытания, что не позволяет сделать оценку о допустимости блока до испытания, т.е. соответствует или не соответствует он документации на блок (ТУ, чертежам), какие изменения параметров выявлены на блоке после испытания, допустимы они или нет с точки зрения пригодности блока для применения в составе снаряда.

2. Необъективность способа, заключающаяся в проведении испытания на прочность в заранее облегченных условиях, не соответствующих реальным, из-за существенного занижения силового воздействия при ударе на автопилотный блок вследствие отсутствия имитации реально существующей и весьма значительной наседающей массы от головки самонаведения с носовым блоком на корпус автопилотного блока и через него на закрепленные в нем элементы, в том числе и рулевой привод.

3. Неоднозначность и противоречивость способа в части соблюдения и обеспечения требований безопасности, связанных с применением в испытуемом блоке различных пиротехнических средств (в механизме раскрытия рулей, в термоэлектрических батареях, в гирокоординаторе), при подготовке и проведении испытаний на прочность:
1) В п. 1.4.2.2 раздела 1.4 (требования безопасности) на автопилотный блок [7] задано:
"Проверки БА (блока автопилотного) со сложенными рулями проводить с технологическим кольцом, обеспечивающим безопасность в соответствии с требованиями чертежа 9Б838.00.00.000 СБ".

Из методики п.3.3.5 [7] при испытаниях на прочность автопилотного блока не ясно, где, когда и нужно ли вообще снимать это кольцо.

2) В методике п.3.3.5 [7] нет ясности с контактами термоэлектрических батарей и гирокоординатора, где, когда ставить или снимать технологические перемычки с контактов, хотя в п.1.4.2.4 речь о них идет.

В известном источнике информации [7, п.3.3.5] отсутствует информация об устройстве для проведения испытания на прочность автопилотного блока управляемого снаряда с головкой самонаведения при воздействии одиночного удара по оси X. В методике п.3.3.5 речь идет о технологическом приспособлении, в котором устанавливается и закрепляется испытуемый автопилотный блок. Логически рассуждая, можно сделать вывод о том, что это должно быть устройство, имитирующее место стыка донной части автопилотного блока с боевой частью снаряда. Но этого недостаточно, так как не ясно, как и чем осуществляются в устройстве замеры прямой и обратных перегрузок по оси X при ударе, как и чем имитируется или нет место электрического стыка с точки зрения механической прочности автопилотного блока с боевой частью снаряда и др., хотя необходимость замеров и воспроизведения реальных условий работы очевидна для испытателя блока.

4. В технологическом приспособлении для проведения испытания на прочность автопилотного блока не в полном объеме воспроизведены условия стыковки автопилотного блока с боевой частью снаряда, а именно отсутствует плата с гнездами электрической стыковки этих блоков, которая является при воздействии удара по оси X подпирающей для ответной платы с контактами блока питания в данной части автопилотного блока и исключает ее механическое разрушение при ударе.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение информативности испытания на прочность автопилотного блока управляемого снаряда с головкой самонаведения при воздействии механического удара одиночного действия по оси X, повышение объективности и достоверности испытания на прочность в стендовых условиях к условиям, максимально приближенным к условиям работы испытуемого блока в составе реального объекта при воздействии механического удара одиночного действия по оси X высокой интенсивности.

Поставленная задача решается за счет применения предлагаемого способа, суть которого заключается в следующем. В способе испытания на прочность автопилотного блока управляемого снаряда с головкой самонаведения, включающем установку автопилотного блока в выключенном состоянии в технологическое приспособление, закрепление технологического приспособления с автопилотным блоком на каретке динамического стенда и воздействие на блок механического удара одиночного действия по оси X, до проведения удара замеряют величины сопротивлений электрических цепей автопилотного блока, замеряют величины сопротивлений изоляции электрически изолированных цепей между собой и корпусом автопилотного блока, проверяют герметичность автопилотного блока, результаты замеров и проверки сравнивают с заданными и принимают решение о допуске автопилотного блока для проведения испытания на прочность, после чего проводят закоротку запальной цепи электровоспламенителя механизма раскрытия рулей путем установки технологической перемычки между контактами электровоспламенителя, снимают закоротку запальной цепи электровоспламенителя термоэлектрической батареи питания блока электронной аппаратуры путем снятия технологической перемычки с запальной цепи, устанавливают в носовой части автопилотного блока габаритно-весовой имитатор головки самонаведения с носовым блоком, устанавливают в технологическое приспособление датчики прямой и обратной перегрузок по оси X, снимают с наружной поверхности автопилотного блока защитное технологическое кольцо, после проведения удара и снятия автопилотного блока и технологического приспособления устанавливают на корпусе блока защитное технологическое кольцо (хомут), проводят внешний осмотр блока по выявлению механических повреждений, деформаций, трещин, разрывов, ослабления креплений, замеряют величины сопротивлений электрических цепей автопилотного блока с целью проверки сохранности поджиговых цепей незадействованных пиротехнических средств и срабатывания задействованных, сохранности электромонтажа блока, замеряют величины сопротивлений изоляции электрически изолированных цепей между собой и корпусом автопилотного блока с целью оценки сохранности изоляции электрических цепей, определяют величины действующих по оси X прямой и обратной перегрузок по показаниям датчиков перегрузок, проводят анализ результатов осмотра и замеров на соответствие допустимым и принимают решение о завершении испытания на прочность автопилотного блока при воздействии механического удара одиночного действия по оси X.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для проведения испытания на прочность автопилотного блока управляемого снаряда с головкой самонаведения, включающем корпус цилиндрической формы из высокопрочной стали, наружный диаметр которого соответствует диаметру внутренней поверхности установочного пенала каретки динамического стенда, головная часть корпуса выполнена ступенчатой цилиндрической формы с крепежными отверстиями под установку и крепление донной частью испытуемого автопилотного блока, донная часть корпуса выполнена ответной под установку и крепление устройства в пенале каретки динамического стенда, в корпусе в продольном направлении выполнены две глухие камеры цилиндрической формы, закрытые заглушками, одна из камер снабжена входным отверстием со стороны головной части устройства, другая - со стороны донной, в каждой из камер установлены измерительный элемент, выполненный в виде цилиндра с конической головной частью из меди, и эталонный груз, со стороны головной части устройства выполнено цилиндрическое углубление, в котором установлена технологическая плата с ответными гнездами под контакты платы блока питания автопилотного блока.

Способ реализуется устройством, принципиальная конструктивная схема которого приведена на фиг. 1. На фиг. 1 обозначено: испытуемый автопилотный блок 1, состоящий из корпуса с размещенным в нем электронным блоком, рулевым приводом со сложенными рулями и закрытыми герметизирующими щитками с установленным на корпусе блока в местах выхода рулей защитным технологическим кольцом, блоком электропитания с термоэлектрическими батареями, гироскопом и индуктором и блоком переключателей программ управления, продольная ось автопилотного блока совпадает с осью X, цилиндрический стальной корпус 6 устройства, технологическая плата 2, посадочное 14 и крепежное 15 места для установки и крепления винтами 12 автопилотного блока 1, опорное кольцо 16, камеры 17, 18 с устанавливаемыми в них измерительными датчиками 5, 10 и эталонными грузами 4, 9 для замера соответственно прямой (по оси X) и обратной (по оси -X) перегрузок, заглушки 3, 8, винты 11 крепления технологической платы 2 к корпусу 6, винты 7 крепления корпуса 6 к каретке динамического стенда, контакты 19 платы блока питания автопилотного блока и гнезда 20 технологической платы устройства, устанавливаемой в углублении корпуса 6. Для справки: ориентировочные габаритные размеры устройства фиг. 1 для проведения испытания на прочность автопилотного блока 1 управляемого снаряда с головкой самонаведения при воздействии механического удара одиночного действия по оси X составляют: диаметр наружной поверхности 152 мм, высота 75 мм (с установленной платой 2).

На фиг. 2 представлена технологическая плата 2 в сборе, где обозначено: печатная плата 21, изоляционная шайба 22, розетка 23 с гнездами 20, винты 24 крепления сборки деталей 21, 22, 23.

Габаритно-весовой имитатор головки самонаведения с носовым блоком, устанавливаемый со стороны головной части автопилотного блока 1, на фиг. 1 не показан.

Способ реализуется следующим образом.

До проведения механического удара одиночного действия по оси X автопилотный блок в выключенном состоянии со сложенными рулями и закрытыми герметизирующими щитками с установленным на корпусе блока в местах выхода рулей защитным технологическим кольцом проходит проверку замером величин сопротивлений электрических цепей с помощью переносного моста постоянного тока типа Р3043 с целью оценки сохранности поджиговых цепей пиротехнических средств (термоэлектрических батарей, гироскопа, механизма раскрытия рулей и др.) и электромонтажа блока при предварительно снятых технологических перемычках с контактов электровоспламенителей батареи питания блока электронной аппаратуры и механизма раскрытия рулей. Проверяются величины сопротивлений изоляции электрически изолированных цепей между собой и корпусом автопилотного блока замером с помощью универсального вольтметра типа В7-36 с целью оценки исправности изоляции электрических цепей. Проверяется герметичность блока методом погружения предварительно закрытого с торцов герметичными крышками и со снятым защитным технологическим кольцом (хомутом) автопилотного блока в ванну с жидкостью, во внутреннюю полость блока через входное отверстие в крышке подается сжатый воздух от сети через ресивер с измерительным манометром давлением (0,9 ± 0,03) кг/см². Автопилотный блок считается герметичным, если в течение 5 мин не появляются пузырьки воздуха по периметру установки герметизирующих щитков, блока переключателей программ управления, по месту стыка блока питания с корпусом автопилотного блока и др.

Целью этих проверок является выявление исходного состояния автопилотного блока до испытания на механический удар одиночного действия по оси X, в том числе и таких важных, как, например, наличие цепей и их исправность электровоспламенителей термоэлектрических батарей, гирокоординатора, механизма раскрытия рулей и др., сохранность электромонтажа и изоляции, герметичность блока. Результаты проверки и замеров сравниваются с заданными в технических условиях на блок и принимается решение о допуске автопилотного блока для проведения испытания на прочность при воздействии механического удара одиночного действия по оси X. Проводится контроль выключенного состояния автопилотного блока, которое обеспечивается путем установки соответствующих переключателей блока переключателей программ управления в положение "Выключено". Устанавливается технологическая перемычка между контактами электровоспламенителя механизма раскрытия рулей для исключения несанкционированного поджига, например от статического электричества и др., при подготовке к испытанию и проведении испытания автопилотного блока. Снимается технологическая перемычка с контактов электровоспламенителя термоэлектрической батареи питания блока электронной аппаратуры с целью проверки ее поджига от индуктора при проведении механического удара одиночного действия по оси X.

В носовой части автопилотного блока устанавливается габаритно-весовой имитатор головки самонаведения с носовым блоком. Автопилотный блок 1 устанавливается в технологическое приспособление (устройство) фиг. 1 на посадочное место до упора на опорное кольцо 16, проводится закрепление блока винтами 12 на корпусе 6 устройства таким образом, чтобы автопилотный блок с натягом уперся в опорное кольцо 16, так как нежесткость крепления, люфты, зазоры недопустимы из-за возможности появления при ударе поперечной составляющей перегрузки большой величины, что может привести к разрушению корпуса автопилотного блока и других элементов блока.

В камеры 17, 18 устанавливаются измерительные датчики 5, 10 прямой и обратной перегрузок по оси X, представляющие собой тело цилиндрической формы с конической головной частью (типа пули) из меди. Вплотную к ним с торцевой части ставится эталонный груз 4, 9, камеры закрываются заглушками 3, 8, исключающими беззазорный контакт (соприкосновение) установленных в камерах элементов.

При установке автопилотного блока 1 в устройство фиг. 1 контакты 19 платы блока питания автопилотного блока 1 входят в соответствующие гнезда 20 технологической платы 2 устройства с минимальным зазором между платами, величина которого оговаривается требованиями чертежа на сборку снаряда. Выполнение необходимого зазора обеспечивается в устройстве за счет набора прокладок из электрокартона (на фиг. 1 не показано), устанавливаемых в углублении корпуса 6 устройства под основание платы 2. При воздействии удара плата 2 не позволяет проседать плате блока питания автопилотного блока 1 и приводит к разрушению последней, что недопустимо.

Кроме обеспечения целостности платы с электромонтажом блока питания за счет использования подпирающего эффекта со стороны платы 2 в устройстве фиг. 1 при проведении испытания на прочность при воздействии удара возможности устройства фиг. 1 с платой 2 при проведении испытаний в случае необходимости, связанной, например, с проверкой работы пиротехнических устройств автопилотного блока по заранее заданной программе, могут быть значительно расширены за счет набора на плате 2 необходимой программы работы, например, поджига электровоспламенителей гирокоординатора, незадействованных термоэлектрических батарей и др., что является также одним из достоинств предлагаемого устройства. Для пайки монтажных проводов на плате 2 предусмотрены контакты 25 фиг. 2.

Плата 2 (фиг. 2) снабжена двумя отверстиями-ловителями 26 для прохождения штырей, находящихся на колодке блока питания автопилотного блока (на фиг. 1 штыри не показаны). С помощью этого обеспечивается однозначное соединение контактов вилки блока питания и розетки фиг. 2 разъема.

Устройство фиг. 1 с автопилотным блоком 1 и имитатором головки самонаведения, установленными так, чтобы пиковое ударное ускорение было направлено по оси X, закрепляется на динамическом стенде. С наружной поверхности автопилотного блока снимается защитное технологическое кольцо (хомут) для снятия ограничения на проявление деформации корпуса блока (выявление бочкообразности корпуса) при воздействии удара.

Автопилотный блок подвергается воздействию механического удара одиночного действия с заданным пиковым ударным ускорением требуемой длительности, создаваемым на газодинамическом стенде с помощью пороховой навески в пушке, обеспечивающей заданную ствольную перегрузку.

После проведения удара технологическое приспособление (устройство фиг. 1) с автопилотным блоком с имитатором головки самонаведения снимается с каретки динамического стенда. На корпус автопилотного блока в местах выхода рулей одевается защитный технологический хомут. Автопилотный блок снимается с технологического приспособления и освобождается от имитатора головки самонаведения. Проводится внешний осмотр блока с целью выявления механических повреждений, деформаций, трещин, разрывов, ослабления креплений. По величине смятия носовой части измерительных датчиков 5, 10, изъятых из камер 17, 18 корпуса 6 устройства, определяют величины прямой и обратной перегрузок при испытании. Мостом Р3043 проводится проверка величин сопротивлений электрических цепей автопилотного блока, вольтметром В7-36 - величин сопротивлений изоляции электрически изолированных цепей между собой и корпусом автопилотного блока. Целью проверок после удара является выявление срабатывания электровоспламенителя батареи питания электронной аппаратуры от импульса индуктора в момент воздействия удара, проверка целостности цепей электровоспламенителей термоэлектрических батарей гирокоординатора и механизма раскрытия рулей, проверка целостности электромонтажа автопилотного блока. Результаты осмотра, проверки и замеров сравниваются с требуемыми и принимается решение о завершении испытания на прочность автопилотного блока при воздействии механического удара одиночного действия по оси X.

Предлагаемый способ испытания на прочность автопилотного блока управляемого снаряда с головкой самонаведения при воздействии механического удара одиночного действия по оси X и устройство для его осуществления по сравнению с известным позволило повысить информативность испытания о состоянии контролируемого объекта до и после воздействия удара, повысить надежность и безопасность испытаний, обеспечить проведение испытаний автопилотного блока в условиях, максимально приближенных к реальным условиям работы в составе снаряда по степени силового воздействия на испытуемый блок.

Эффективность предлагаемого способа испытания и устройства для его осуществления подтверждены положительными результатами отработки в стендовых условиях опытных образцов автопилотных блоков малогабаритных управляемых снарядов с головкой самонаведения на воздействие ствольной перегрузки высокой интенсивности, а также положительными результатами легких испытаний автопилотных блоков, защищенных испытаниями в стендовых условиях, в составе управляемых снарядов, выстреливаемых из ствола артиллерийского орудия.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство по сравнению с известным техническим решением позволяет исключить недостатки существующих и обеспечить контроль технологического процесса при изготовлении в производстве автопилотных блоков управляемых снарядов с головкой самонаведения, выстреливаемых из ствола орудия, и исключить постановку в снаряд некачественных и не обладающих необходимой прочностью при воздействии ствольной перегрузки высокой интенсивности автопилотных блоков и тем самым сохранить от потерь при пусках управляемые снаряды, проводить анализ испытаний на прочность каждого узла и детали, входящих в состав автопилотного блока.

Источники информации
1. Выстрел ЗУБК10-1 с управляемым снарядом 9М117. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ЗУБК10-1.00.00.000 ТО, Воениздат, М., 1987.

2. 152-мм выстрел 3ВОФ64 (3ВОФ93) с осколочно-фугасным снарядом 3ОФ39 и зарядом N 1 (уменьшенным переменным зарядом). Техническое описание и инструкция по эксплуатации 3ВОФ64.00.00.000 ТО (3ВОФ93.00.00.000 ТО), Воениздат, М., 1990.

3. RU Патент N 2124696 (заявка N 97114645/02) приоритет 13.08.97, 6 F 42 B 15/00.

4. RU Патент N 2123659 (заявка N 97114644/02) приоритет 13.08.97, 6 F 42 B 15/00.

5. RU Патент N 2126950 (заявка N 98102624) приоритет 02.02.98, 6 F 42 B 15/00.

6. Способ (методика) испытания на прочность при воздействии одиночного удара рулевого привода. Привод. Технические условия 9Б838.02.00.000 ТУ, КБП, Тула, 1985, п.1.6.5 (требование), п.3.3.5 (методика) - аналог.

7. Способ (методика) испытания на прочность при воздействии одиночного удара автопилотного блока. Блок автопилотный. Технические условия 9Б838.00.00.000 ТУ. КБП, Тула, 1985, п.1.6.6 (требование), п.3.3.5 (методика) - прототип.