Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения отклонений реальных метеорологических условий от табличных, учитываемых при расчете установок для стрельбы артиллерии

Изобретение относится к области приборостроения военного назначения и может быть использовано в изделиях, предназначенных для решения задачи метеорологической подготовки стрельбы артиллерии, а также в элементах (звеньях) автоматизированной системы управления огнем.

Военные конфликты последнего десятилетия выявили проблему, которая потребовала своего логического разрешения - при поддержке войсковых формирований, действующих на широком фронте и большой глубине, артиллерия, в большинстве случаев, не может без пристрелки по максимуму реализовывать свои огневые возможности при поражении ненаблюдаемых целей обычными снарядами. В указанных выше условиях централизованное, с использованием известных способов, решение задачи метеорологической подготовки стрельбы в группировке артиллерии специальным метеорологическим подразделением, не действенно.

Рассмотрим несколько способов решения задачи метеорологической подготовки стрельбы.

Шаропилотный способ [1], посредством, которого определяются отклонения реальных метеорологических условий стрельбы от табличных (нормальных) их значений обладает следующими недостатками:

- не учитывает метеоусловия в районе расположения противника;

- большое удаление пункта (пунктов) зондирования атмосферы от районов огневых позиций артиллерии не обеспечивает выполнение требований полной подготовки;

- параметры атмосферы определяются вне зоны возможных траекторий полета снарядов, когда направление ветра со стороны противника;

- определение параметров атмосферы с использованием радиозондов громоздко по организации, длительно по времени (до 2,5 часов) и требует много материальных средств (радиозондов, оболочек, баллонов с водородом);

- зона вскрытия мест расположения метеорологический комплексов средствами радиотехнической разведки противника составляет от 400 км и более, что позволяет их легко засечь и уничтожить, или, средствами радиоэлектронной борьбы создать условия, при которых зондирование атмосферы радиозондами станет невозможным.

Второй способ [2], основанный на измерении наземных значений метеорологических элементов и составлении приближенного метеорологического бюллетеня в районе огневых позиций, также не учитывает параметры атмосферы в районе расположения противника. Кроме того срок его годности на равнинной местности составляет не более одного часа и высота входа в бюллетень Y_бюл, при которой обеспечивается условие полной подготовки, составляет только 800 метров.

Третий способ основан на использовании результата пристрелки (создания) репера (цели) пристрелочным орудием (ПОР) и данных из приближенного метеорологического бюллетеня. Третий способ наиболее близок к предлагаемому изобретению и выбран в качестве прототипа [3].

Прототип, предусматривает, пристрелку (создание) репера (цели) и использование данных из приближенного метеорологического бюллетеня (составленного на основе данных о наземных значениях метеорологических элементов, измеренных в районе ПОР). В последующем, используя результат пристрелки (создания) репера (цели) - поправку в дальности ΔX_RП и поправку в направлении ΔZ_RП, а также табличные поправки ΔX_W (на продольный ветер) и ΔZ_W (на боковой ветер), соответствующие дальности на которой пристрелян (создан) репер (цель), определяют продольную слагающую баллистического ветра W_X и боковую слагающую баллистического ветра W_Z, какие имели место быть в слое Численное значение продольной слагающей ветра W_X определяют, как частное от деления разности между ΔХ_RП (пристрелянной поправкой в дальность по реперу) и ΔX_сумR (рассчитанной поправкой в дальность по реперу без учета поправки на продольную слагающую ветра) на табличную поправку, ΔX_W соответствующую дальности до репера пристрелянной X_R. Численное значение боковой слагающей ветра W_Z определяют как частное от деления разности между ΔZ_RП (пристрелянной поправкой в направлении по реперу) и ΔZ_сумR (рассчитанной поправкой в направление по реперу, но без учета боковой слагающей ветра) на табличную поправку ΔZ_w соответствующую дальности до репера пристрелянной X_R. Далее, используя W_X и W_Z, по таблице разложения ветра на слагающие определяют: баллистическую скорость ветра W и угол ветра A_W. Баллистический дирекционный угол ветра α_W определяют, используя A_W и направление стрельбы, в котором создан репер по формуле Имея значение α_W и W в слое исправляют, в приближенном метеорологическом бюллетене позиции дирекционного угла среднего ветра α_W и позиции скорости среднего ветра W (по стандартным слоям атмосферы) производя линейную интерполяцию. Позиции по виртуальной температуре воздуха не исправляют. В таком виде метеорологический бюллетень, содержащий отклонения метеорологических условий стрельбы от табличных (нормальных) в виде цифрового кода передают на огневые позиции батарей артиллерийского дивизиона. Недостатками прототипа, является то, что:

- средние отклонения виртуальной температуры воздуха от табличной по стандартным слоям атмосферы не определяются, а принимаются такими же, какие они были в приближенном метеорологическом бюллетене, что ведет к снижению точности в определении среднего отклонения виртуальной температуры воздуха по стандартным высотам. Так, например, при определении среднего отклонения виртуальной температуры воздуха в стандартном слое (Y_,бюл=4000 м) по приближенному метеорологическому бюллетеню, срединная ошибка составит Е_Δτ=3,8°С. Для этих же условий, метеорологический бюллетень "Метеосредний" с давностью 4 часа дает точность определения отклонения виртуальной температуры воздуха характеризующуюся срединной ошибкой равной Е_Δτ=1,4°С;

- при расчете как ΔХ_сумR, так и ΔZ_cyмR поправки на вращение Земли не учитываются [4]. Кроме того, использование среднего отклонения виртуальной температуры воздуха из приближенного метеорологического бюллетеня при расчете ΔХ_сумR, в совокупности с не учетом влияния сил инерции Кориолиса, снижают точность в расчете W_X и W_Z, и, как следствие, снижается точность определения W, A_W, α_W;

- нет формул для расчета угла ветра A_W, в зависимости от направления ветра С-Ю-В-З, по составляющим ветра W_X и W_Z, a также нет формулы для ее применения в расчетах при учете поправки на вращение Земли. Для определения A_W используется таблица разложения баллистического ветра. В таблице значения W_X и W_Z выражены целыми числами, что снижает точность определения и баллистической скорости ветра W и баллистического угла ветра A_W вследствие табличных округлений до целых чисел;

- не учитывается относительная упругость водяного пара при расчете виртуальной поправки в температуру воздуха при влажности отличной от табличного ее значения равного 50%;

- метеорологический бюллетень пристрелочного орудия может быть составлен только до высоты входа в бюллетень - 4000 метров, что не позволяет использовать его при расчете установок для поражения объектов противника при стрельбе на максимальную дальность;

- метеорологический бюллетень пристрелочного орудия, не может быть использован при расчете исчисленных установок для артиллерийских систем другого типа, отличного от того, какой был привлечен к пристрелке (создании) репера (цели).

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности определения отклонений реальных метеорологических условий от табличных, используемых при расчете установок для стрельбы артиллерии, а также расширение функциональных возможностей применения способа.

Задача решается тем, что в предлагаемом способе, пристрелочным орудием производят n выстрелов в район расположения противника на одинаковых углах бросания θ₀, но в двух разных направлениях α_R1 и α_R2, средством артиллерийской разведки определяют координаты точек разрывов снарядов, на огневой позиции во время стрельбы доплеровским измерителем скорости измеряют начальную скорость полета снаряда V_0CH, а метеорологическим комплексом измеряют параметры приземного слоя атмосферы: относительную влажность воздуха ƒ₀, дирекционный угол ветра α₀, температуру воздуха t₀, давление атмосферы Н₀, скорость ветра V₀ и вводят их в вычислительное устройство, в которое также вводят координаты точек разрывов снарядов, дирекционные углы α_R1 и α_R2, широту огневой позиции орудия В, пристрелянные дальности X_R1 и X_R2, далее с использованием вычислительного устройства обрабатывают полученные сигналы для определения виртуальной наземной температуры воздуха τ₀, суммарного отклонения начальной скорости полета снаряда ΔV_0СУМ, скорости баллистического ветра W_ZR по оси Z для каждого из направлений α_R1 и α_R2, учитывая поправки в направления на вращение Земли ΔZ_гфR1, ΔZ_гфR2, затем определяют дирекционный угол баллистического ветра α_W, баллистическую скорость ветра W и баллистическое отклонение температуры воздуха Δτ, учитывая поправки в дальность на вращение Земли для каждого из направлений α_R1 и α_R2, а также находят средние отклонения виртуальной температуры воздуха, дирекционного угла и скорости среднего ветра в каждом j-том стандартном слое, на основе всех полученных данных составляется метеорологический бюллетень пристрелочного орудия в виде цифрового кода, который в последующем используется при расчете установок для стрельбы артиллерии.

В предлагаемом способе виртуальная наземная температура воздуха τ₀ может быть найдена по формуле

Дирекционный угол баллистического ветра α_W может быть найден из условия

Скорости баллистического ветра W_ZR для каждого из направлений α_R1 и α_R2 определяются, учитывая поправки в направление на вращение Земли ΔZ_гфR1, ΔZ_гфR2 при этом

где

Ω_з - угловая скорость вращения Земли, g - ускорение свободного падения на широте В, t_c - время полета снарядов до точек R1(R2), θ_с - угол падения снаряда, а₅, а₄, а₃, а₂, а₁, а₀, с₅, с₄, с₃, с₂, с₁, с₀, b₅, b₄, b₃, b₂, b₁, b₀ - коэффициенты полинома,

а баллистическая скорость ветра W и баллистическое отклонение температуры воздуха Δτ определяют из условий:

где и - топографические дальности, ΔХ_R1τ. и ΔX_R2τ - табличные поправки на отклонение температуры воздуха при стрельбе на дальность X_{R1 и XR2, соответствующие углу бросания θ0, - суммарные поправки в дальность для каждого из направлений αRl, αR2 (без учета поправки на отклонение виртуальной температуры воздуха) с учетом поправок в дальность на вращение Земли ΔХгфR1, ΔХгфR2, при этом ΔХгфR определяется из условия}

средние отклонения виртуальной температуры воздуха, дирекционного угла и скорости среднего ветра в каждом j-том стандартном слое атмосферы находят из соотношения где - среднее отклонение i-го метеорологического элемента в j-том стандартном слое; - среднее отклонение i-го метеорологического элемента на огневой позиции орудия; - баллистическое среднее отклонение i-го метеорологического элемента в слое высотой - j стандартная высота метеорологического бюллетеня; - высота входа в бюллетень "Метеосредний" из таблиц стрельбы, соответствующая высоте траектории полета снаряда при стрельбе по точкам R1 и R2.

Полученный метеорологический бюллетень пристрелочного орудия может быть преобразован, для его использования при стрельбе артиллерийскими системами других типов на основе соотношений вида где

и - табличные поправки в дальность на отклонение виртуальной температуры для пристрелочного орудия и для орудия другого типа, соответственно; и - табличные поправки в дальность на отклонение скорости баллистического ветра для пристрелочного орудия и для орудия другого типа, соответственно; и - табличные поправки в дальность на отклонение давления атмосферы для пристрелочного орудия и для орудия другого типа, соответственно; и - табличные поправки в направление на отклонение скорости баллистического ветра для пристрелочного орудия и для орудия другого типа, соответственно.

Выполнение в предложенном способе всех последовательностей действий с определением виртуальной наземной температуры воздуха τ₀, суммарного отклонения начальной скорости полета снаряда ΔV_0СУМ, скорости баллистического ветра W_ZR для каждого из направлений α_R1 и α_R2, учитывая поправки в направление на вращение Земли (ΔZ_гфR1, ΔZ_гфR2), дирекционного угла баллистического ветра α_W, баллистической скорости ветра W и баллистического отклонения температуры воздуха Δτ, учитывая поправки в дальность на вращение Земли для каждого из направлений α_R1 и α_R2 (ΔХ_гфR1, ΔХ_гфR2), нахождении средних отклонений виртуальной температуры воздуха, дирекционного угла и скорости среднего ветра в каждом j-том стандартном слое, а также использование предложенных выше зависимостей, позволило учитывать параметры атмосферы в районе расположения объектов противника и вертикальную составляющую скорости ветра (при особых условиях погоды и местности), что привело к высокой точности определения отклонений реальных метеорологических условий от табличных (вносимых в цифровой код бюллетеня пристрелочного орудия) используемых при расчете установок для стрельбы артиллерии.

Изложенное выше, также дало возможность: составлять метеорологический бюллетень пристрелочного орудия с большой точностью до стандартной высоты Y_СТ, соответствующей максимальной высоте траектории полета снаряда, что позволило поражать цели без пристрелки на максимальной возможной дальности стрельбы; увеличить гарантированную зону годности бюллетеня; использование в предложенном способе условия позволило преобразовать полученный метеорологический бюллетень пристрелочного орудия для использования его при стрельбе артиллерийскими системами других типов, что в свою очередь расширило функциональные возможности применения данного способа.

На фигуре представлена блок-схема предлагаемого способа.

Предложенный способ реализован следующим образом:

Пристрелочным орудием 1 с огневой позиции производят n выстрелов на одинаковых углах бросания θ₀=θ_0R1=θ_0R2, но в двух направлениях α_R1≠α_R2 в район расположения противника.

Средством артиллерийской разведки 2, имеющим точность засечки E_X(Z)≤30 м определяют координаты точек разрывов снарядов.

На огневой позиции во время стрельбы измеряют начальную скорость полета снаряда V_0CH (с помощью доплеровского измерителя скорости), на высоте 3,5 метра над поверхностью земли метеорологическим комплексом 3 измеряют параметры приземного слоя атмосферы: относительную влажность воздуха ƒ₀, дирекционный угол ветра α₀, температуру воздуха t₀, давление атмосферы H₀, скорость ветра V₀ и вводят их в вычислительное устройство 4.

Метеорологический комплекс 3 может содержать следующие приборы: комплексный измеритель температуры и влажности воздуха, скорости и направления ветра, атмосферного давления, электронный компас, электронный уровень; доплеровский измеритель начальной скорости полета снаряда; прибор для измерения температуры заряда и другие.

Вычислительное устройство 4 может представлять собой персональную портативную электронную вычислительную машину (компьютер) с операционной системой и прикладным программным обеспечением. В памяти вычислительного устройства 4 содержатся: угловая скорость вращения Земли Ω_з; g - ускорение свободного падения на широте В; таблицы стрельбы со всеми исходными данными для расчета траектории полета снаряда; значения коэффициентов полинома а₅, а₄, а₃, а₂, а₁, а₀, c₅, c₄, c₃, c₂, c₁, c₀, b₅, b₄, b₃, b₂, b₁, b₀; ΔX^R_τ(др), ΔX^R_W(др), ΔХ^R_H(др), ΔZ^R_W(др) - поправки из таблиц стрельбы, соответствующие стрельбе из орудия другого типа, а также алгоритмы для нахождения необходимых значений угла падения снарядов θ_с, время полета снарядов t_c до точки R1 (R2), топографические дальности и т.д.

В вычислительное устройство 4, после пристрелки (создания) репера (цели) орудием 1, вводят данные, полученные средством артиллерийской разведки 2 (координаты точек разрывов снарядов), а также информацию необходимую для определения отклонений реальных метеорологических условий от табличных - угол бросания снарядов θ₀, дирекционные углы α_R1 и α_R2, широту огневой позиции орудия B, пристрелянные дальности X_R1 и X_R2.

Далее с помощью вычислительного устройства 4 определяют: виртуальную наземную температуру воздуха в соответствии с формулой (1), скорость баллистического ветра W_ZR по оси Z для каждого из направлений α_Rl и α_R2 как частное от деления разности между пристрелянной поправкой в направление по точкам, по которым были произведены выстрелы в направлениях α_Rl и α_R2, и суммарными поправками в направление (без учета поправок на боковой ветер), включающие в себя поправки в направление на вращение Земли (ΔZ_гфR1, ΔZ_гфR2), на табличные поправки на боковой ветер соответствующие дальности X_Rl и X_R2. Пристрелянные поправки в направление ΔZ_R1П, ΔZ_R2П по точкам, по которым были произведены выстрелы в направлениях α_R1 и α_R2, соответственно, а также суммарные поправки в направление (без учета поправок на боковой ветер) определяются известным способом [5]. При этом поправка в направление на вращение Земли ΔZ_гфR, учитываемая при определении суммарной поправки в направление, определяется из условия (3). После чего определяют дирекционный угол баллистического ветра α_W из уравнения (2), баллистическую скорость ветра W и баллистическое отклонение температуры воздуха Δτ из условий (4), (5). Коэффициенты полинома зависят от баллистических характеристик снаряда и других факторов, влияющих на полет снаряда в воздухе при стрельбе с огневой позиции. Данные коэффициенты полинома определяются методом наименьших квадратов для каждой из возможных широт В и азимутов стрельбы, на основе данных помещенных в таблицах стрельбы, и предназначены для повышения точности расчета ΔZ_гфR и ΔХ_гфR.

Из соотношения определяют средние отклонения i-тых метеорологических элементов (среднее отклонение виртуальной температуры воздуха, среднее отклонение дирекционного угла, среднее отклонение направления среднего ветра, среднее отклонение скорости среднего ветра) в каждом j-том стандартном слое (02, 04, 08, …), где - среднее отклонение i-го метеорологического элемента в j-том стандартном слое;

- среднее отклонение i-го метеорологического элемента на огневой позиции орудия;

- баллистическое среднее отклонение i-го метеорологического элемента в слое высотой

- j стандартная высота метеорологического бюллетеня;

- высота входа в бюллетень "Метеосредний" из таблиц стрельбы, соответствующая высоте траектории полета снаряда при стрельбе по точкам R1(R2).

В вычислительном устройстве 4, используя все полученные данные и результаты определения средних отклонений метеорологических элементов (см. выше), составляется метеорологический бюллетень пристрелочного орудия 1 в виде цифрового кода, который в последующем используется при расчете установок для стрельбы артиллерии (в элементах средств управления огнем артиллерийских подразделений) 5.

Метеорологический бюллетень пристрелочного орудия 1, при необходимости, трансформируется для артиллерийских систем другого типа, с учетом соотношений на основании, что отклонения отдельных метеорологических факторов от табличных их значений для одной и той же высоты траектории полета снаряда остаются постоянными [6], где

и - табличные поправки в дальность на отклонение виртуальной температуры для пристрелочного орудия и для орудия другого типа, соответственно,

и - табличные поправки в дальность на отклонение скорости баллистического ветра для пристрелочного орудия и для орудия другого типа, соответственно,

и - табличные поправки в дальность на отклонение давления атмосферы для пристрелочного орудия и для орудия другого типа, соответственно,

и - табличные поправки в направление на отклонение скорости баллистического ветра для пристрелочного орудия и для орудия другого типа, соответственно.

Примеры:

А) Рассмотрим пример составления метеорологического бюллетеня способом-прототипом [3]. Стрельбой из 152-мм гаубицы 2А65 при угле бросания свыше 45 градусов создан фиктивный репер (условия: заряд №2, снаряд ОФ25, взрыватель РГМ-2) и получены следующие данные: Δh_RT(м)=+25, деривация Z (тыс)=-60. Во время создания репера по данным о наземных значениях метеорологических элементов составлен "Метео 11 - приближенный"-30102-0120-50863-02-623605-04-623706-08-613806-12-613806-16-603907-20-603908-24-593908-30-584008-40-584008". По приведенной исходной информации составлен бюллетень ПОР вида: "Метео 11 - ПОР

Б) Рассмотрим пример составления метеорологического бюллетеня заявляемым способом. Стрельбой из 152-мм гаубицы 2А65 при угле бросания свыше 45 градусов создан фиктивный репер (условия: заряд №2, снаряд ОФ25, взрыватель РГМ-2). Создан фиктивный репер в двух направлениях и получены следующие данные: По приведенной исходной информации составлен бюллетень ПОР вида:

"Метео 11 - ПОР

Точность предложенного способа по определению отклонений реальных условий стрельбы от табличных их значений приведена в табл. 1.

Таким образом, точность определения отклонений реальных метеорологических условий от табличных (нормальных) их значений с учетом параметров атмосферы в районе расположения объектов противника по предложенному способу превосходит точность прототипа. Так, например, при высоте входа в бюллетень 900 метров и давностью бюллетеня 4 часа в 2,5 раза по температуре воздуха (было Е_Δτ, °С=1,65, - стало Е_Δτ, °С=0,53), по продольной (боковой) составляющей баллистического ветра в 3 раза (было E_W, м/сек=2,0 - стало E_W, м/сек=0,5).

Источники информации:

1. «Подготовка стрельбы и управления огнем артиллерии» Министерство обороны СССР, Москва, Военное издательство, 1987, стр. 193-215.

2. Правила стрельбы и управления огнем артиллерии (ПС и УО - 2011). Часть 1 (дивизион, батарея, взвод, орудие), Москва - 2011, стр. 14-15.

3. Правила стрельбы и управления огнем артиллерии (ПС и УО - 2011). Часть 1 (дивизион, батарея, взвод, орудие), Москва - 2011, стр. 68-71.

4. Правила стрельбы и управления огнем артиллерии (ПС и УО - 2011). Часть 1 (дивизион, батарея, взвод, орудие), Москва - 2011, стр. 69-70.

5. Правила стрельбы и управления огнем артиллерии (ПС и УО - 2011). Часть 1 (дивизион, батарея, взвод, орудие), Москва - 2011, ст. 489-490, приложение 22.

6. Теория стрельбы наземной артиллерии. Том I. "Определение установок для стрельбы на поражение", Министерство обороны СССР, Москва - 1960, стр. 303-349.