Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СТРЕЛЬБЫ БОЕВОЙ МАШИНЫ ПО ЦЕЛИ И СИСТЕМА ДЛЯ 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 ртутного столба и 10° С как функции дальности [1, 2]. А суммарная поправка дальности Δ DΣ получается как алгебраическая сумма произведений соответствующих чувствительностей , на отклонение i-го фактора Δ Х_i,

,

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

n - число учитываемых отклонений,

Δ Х_i’ - отклонение i-ого 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.1-6) и, в первую очередь, в продольном направлении, и соответственно к неэффективной стрельбе по цели.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является 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 привода 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 Δ β , блок поправки на баллистический ветер по горизонтальному каналу, блок поправки на параллакс по горизонтальному каналу, блок формирования угла упреждения Δ ε , 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 от нормальных условий стрельбы, например при наличии возмущений по метеобаллистическим факторам: температуры и давления воздуха, существенно превышающих (в соответствии с ТЗ) соответственно Δ Т_в=±10° С, Δ Н_в=±10 мм рт.ст.

Другими словами, погрешность в определении дальности стрельбы D_y приводит к погрешности при определении полетного времени t_пол, что дает снижение точности и соответственно эффективности, в особенности при стрельбе по скоростным целям, в сложной метеорологической обстановке, в горных условиях.

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 и, прежде всего, по подвижным целям за счет того, что уточняются полетное время снаряда, в частности, в расширенных в соответствии с ТЗ диапазонах изменения температуры и давления воздуха, при ненулевых углах места и т.п.

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, 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], согласно изобретению предварительно перед стрельбами рассчитывают уточненный угол прицеливания для реальных условий стрельбы в части учета отклонения от нормальных значений температуры и давления воздуха, а также угла места, корректируют функцию сопротивления снаряда через параметр функции сопротивления В' из соотношения

,

где α - угол прицеливания, рассчитанный с учетом отклонении по давлению и температуре воздуха, угла места;

v₀ - начальная скорость снаряда;

D - дальность стрельбы,

и с учетом этого определяют полетное время t_пол из соотношения

Поставленная задача решается тем, что в известной системе стрельбы БМ по цели, содержащей обзорно-прицельную, навигационную системы, блок данных о внешней среде, силовые привода 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 Δ β , блок поправки на баллистический ветер по горизонтальному каналу, блок поправки на параллакс по горизонтальному каналу, блок формирования угла упреждения Δ ε , 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, 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, четвертый и пятый его входы - соответственно с выходами обзорно-прицельной и навигационной систем, а выход его соединен со входом блока выработки угла прицеливания α и деривации β _д, выход которого соединен с дополнительно организованным восьмым входом блока формирования полетного времени t_пол.

Поставленная задача решается также тем, что блок формирования полетного времени t_пол состоит из последовательно соединенных первого множительного устройства (МУ1), второго функционального преобразователя (ФП2), первого сумматора (СУМ1), четвертого функционального преобразователя (ФП4), второго сумматора (СУМ2), первого делителя (Д1), пятого множительного устройства (МУ5), второго делителя (Д2), причем вход первого множительного устройства и второй вход второго делителя соединен с выходом блока формирования упрежденной дальности, входы первого и пятого функциональных преобразователей соединены с выходом блока выработки углов прицеливания и деривации, а выход пятого функционального преобразователя - со вторым входом пятого множительного устройства, третий вход которого соединен с выходом блока формирования абсолютной скорости снаряда, а второй вход первого делителя соединен с выходом четвертого множительного устройства, первый вход которого соединен с выходом первого функционального преобразователя, а второй вход - с выходом третьего функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом блока формирования абсолютной начальной скорости, а выход - со входом третьего множительного устройства, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, а первый вход третьего множительного устройства соединен с выходом второго множительного устройства, первый вход которого соединен с выходом первого функционального преобразователя, а второй его вход и второй вход второго сумматора соединен с выходом первого множительного устройства.

Сопоставительный анализ заявляемых решений с прототипами показывает, что способ отличается от известного тем, что предварительно перед стрельбами рассчитывают уточненные значения угла прицеливания для реальных условий стрельбы.

Например, по всему диапазону изменения условий стрельбы: температуры Т_В и давления Н_в воздуха для всех дальностей стрельбы рассчитывают таблицы поправок дальности Δ D 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;

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

и угол прицеливания α определяют для фиктивной дальности D_ф

.

Затем корректируют функцию сопротивления снаряда через параметр В' из соотношения

,

где α - угол прицеливания с учетом отклонений по давлению и температуре воздуха;

v₀ - начальная скорость снаряда;

D - дальность стрельбы.

Полетное время снаряда t_пол определяют в соответствии с углом прицеливания α , рассчитанным с учетом отклонений от нормальных значений температуры Т_в и давления воздуха Н_в, из соотношения

Вообще говоря, существуют два способа учета влияния отклонения условий стрельбы, например 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 при наличии возмущающих метеобаллистических факторов

,

где Δ X_i - i-й отклоняющий фактор;

D - дальность стрельбы;

Δ D_i - отклонение дальности из-за i-ого отклонения.

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) с учетом отклоняющих факторов и сводится к решению уравнения вида

,

,

где Δ α _i, Δ t_полi - приращение функции соответственно угла прицеливания α (полетного времени t_пол) из-за отклонения i-ого фактора Δ Х_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 Δ D по i-ому возмущающему фактору Δ Х_i.

Таким образом, согласно приведенному примеру при определении угла прицеливания используется первый подход, а при определении полетного времени t_пол - второй.

Графическая интерпретация первого способа представлена на фиг.1.

Учет систематических ошибок по t_пол особенно важен при стрельбе при неконтактном подрыве, в частности дистанционном взрывателе, при стрельбе по скоростным, например воздушным целям.

В данном случае учитывается взаимосвязь между функцией сопротивления (через параметр В) и углом прицеливания α .

На фиг.2-3 построены по уточненным данным в соответствии с полной стандартизированной моделью [9] зависимости отклонения дальности Δ D 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 Δ D(Δ H_в), Δ D(Δ Т_в),построенные согласно штатным ТС в соответствии с отклонениями в диапазоне ±10 мм рт.ст. и ±10° С [1].

Как следует из графиков (фиг.2-3), при использовании линейных зависимостей Δ D(Δ H_в), Δ D(Δ T_в) 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. (Δ Н=290 мм рт.ст) ошибка выработки поправки достигает 200 м (Δ D=1150 м - по нелинейной зависимости и Δ D=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.

На фиг.4-6 построены зависимости полетного времени t_пол от дальности стрельбы (снаряд 3УОФ19):

1 - при нормальных значениях давления и температуры воздуха: Н_в=750 мм рт.ст., Т_в=15° С,

2 - при учете изменения t_пол только через изменение cosα ,

3 - при учете изменения t_пол и через изменение функции сопротивления (параметр В-->В'),

при различных вариантах отклонения по давлению и температуре воздуха:

фиг.4 - при Н_в=600 мм рт.ст., Т_в=15° С;

фиг.5 - при Н_в=460 мм рт.ст., Т_в=15° С;

фиг.6 - при Т_в=-50° С, Н_в=750 мм рт.ст.

Как следует из графиков (фиг.4-6), более полный учет изменения давления и температуры воздуха по предлагаемому способу позволяет устранить существенные систематические ошибки по t_пол.

Например, для снаряда 3УОФ19 систематическая ошибка возрастает с Δ t_пол=1 с на D=5000 м до Δ t_пол=4 с на D=7000 м.

Таким образом, приведенные данные доказывают необходимость учета изменения условий стрельбы, в частности нелинейной зависимости отклонений дальности от возмущающих факторов: температуры и давления воздуха.

Фиг.7 иллюстрирует достигаемую точность учета отклонения по Н_в, Т_в. Здесь сплошная линия показывает зависимость t_пол(D), посчитанную предлагаемым способом, пунктиром - по полной стандартизованной системе дифференциальных уравнений [9].

Как следует из графиков, систематическая ошибка аппроксимации практически 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, отличающих 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 Δ D от отклонения давления воздуха Δ Н_в для различных дальностей стрельбы для 100-мм снаряда 3УОФ19.

На фиг.3 представлены зависимости отклонений дальности Δ D от отклонения температуры воздуха Δ Т_в для различных дальностей стрельбы для 100-мм снаряда 3УОФ19.

На фиг.4 представлены зависимости полетного времени t_пол от дальности стрельбы (снаряд 3УОФ19) при Н_в=600 мм рт.ст., Т_в=15° С.

На фиг.5 представлены зависимости полетного времени t_пол от дальности стрельбы (снаряд 3УОФ19) при Н_в=460 мм рт.ст., Т_в=15° С.

На фиг.6 представлены зависимости полетного времени t_пол от дальности стрельбы (снаряд 3УОФ19) при Т_в=-50° С, Н_в=750 мм рт.ст.

На фиг.7(а-б) представлены зависимости t_пол(D), посчитанные предлагаемым способом, и по полной стандартизованной системе дифференциальных уравнений.

На фиг.8(а-б) представлена структурная схема контура стрельбы артиллерийского вооружения БМ и место в ней заявляемого блока определения полетного времени.

На фиг.9 представлен пример реализации блока определения полетного времени.

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 X_HY_HZ_H, угловых скоростях , в прицельной системе координат X_DY_DZ_D, а также дискретные замеры дальности D (см. фиг.7). 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 Δ D(D, Δ H_B), Δ D(D, Δ T_B) уточненных таблиц поправок Δ D(Δ X_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 Δ β , Δ ε , 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 - Δ Н_в, Δ Т_в.

И, входя в основную баллистическую зависимость α (D) уже с D=D_ф, определяют угол прицеливания α =α (D, Δ H_B,_{ΔTB) 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 привода башни и оружия, отрабатывая управляющие сигналы с учетом обратной связи, в каждый момент времени разворачивают ПУ в нужном направлении.

Блок определения полетного времени t_пол работает следующим образом (см. фиг.9).

С выхода блока выработки углов прицеливания и деривации поступает сигнал α на первый функциональный преобразователь (ФП1), где осуществляется операция sin2α . Сигнал с выхода ФП1 sin2α поступает на вход четвертого множительного устройства (МУ), где осуществляется домножение его на сигнал 2v

Сигнал с выхода четвертого множительного устройства (МУ) 2 sin2α поступает на второй вход первого делителя (Д1), на второй вход которого поступает сигнал . Этот сигнал формируется следующим образом.

Сигнал с блока формирования упрежденной дальности поступает на вход первого множительного устройства (МУ1), где осуществляется домножение дальности на коэффициент 6,54.

С выхода МУ1 сигнал 6,54D поступает на вход второго функционального преобразователя (ФП2), где осуществляется возведение его в квадрат (6,54D)².

На вход второго множительного устройства (МУ2) поступает сигнал sin2α с выхода ФП1 и сигнал (6,54D)² с выхода ФП2. В МУ2 осуществляется их перемножение и домножение на 2 (4× sin2α × 3,27D).

Этот сигнал затем поступает на вход третьего МУ (МУ3), где домножается на квадрат начальной скорости снаряда v

Сформированный на выходе СУМ2 сигнал , поступая на вход Д1, делится на поступающий с выхода МУ4 сигнал 2 sin2α v

Таким образом работает блок определения полетного времени t_пол. 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 или, по крайней мере, существенное снижение систематических ошибок по полетному времени t_пол, во всем диапазоне изменения условий стрельбы, например температуры и давления воздуха (в соответствии с ТЗ) и соответственно повышение точности стрельбы по цели в условиях возмущений по метеорологическим факторам, превышающим соответственно Δ Т_в=±10° С и Δ Н_в=±10 мм рт.ст.

2. Устранение или, по крайней мере, существенное снижение систематических ошибок по полетному времени t_пол и соответственно промахов при стрельбе по скоростной, например, воздушной цели, а также при больших углах места цели, при дистанционных взрывателях.

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

4. 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, установленной в боевой машине пехоты БМП-3. - МО, М.: Воениздат, 1992.

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

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

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

5. А.Г.Постников, B.C.Чуйко. Внешняя баллистика неуправляемых авиационных ракет и снарядов. - М.: Машиностроение, 1985.

6. Е.А.Архангельский, А.А.Знаменский и др. Моделирование на аналоговых вычислительных машинах. - Л.: Энергия, 1972.

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

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

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