Полунатурная модель перспективной управляемой ракеты с пассивной ГСН

Список литературы

1. Отечественный военно-промышленный комплекс и его историческое развитие / под ред. О.Д.Бакланова, О.К.Рогозина. М.: ООО «Изд-во» «Ладога-100», 2005. 752 с.

Смирнов Николай Павлович, генеральный директор, weh@ntiim.rH, Россия, Нижний Тагил, ФКПНижнетагильский институт испытания металлов

CREATOR OF MODERN RUSSIAN AMMUNITION INDUSTRY

N.P. Smirnov

This article presents the character of Bakhirev V. V. as outstanding leader and creator of modern Russian ammunition industry. This paper also describe development stages of Russian Ministry of mechanical engineering, the impact of Vyacheslav Vasilyevich in development of ground measurement equipment, the role in organization and development of Special Desing Department of FSE "NTIMT".

Key words: Ministry of mechanical engineering, armory ground, measurement equipment.

Smirnov Nicolay Pavlovich, General Director, weh@ntiim.ru, Russia, Nizhny Tagil, FSE Nizhny Tagil Institute of Metal Testing

УДК 623.467.018; 001.891.573

ПОЛУНАТУРНАЯ МОДЕЛЬ ПЕРСПЕКТИВНОЙ УПРАВЛЯЕМОЙ РАКЕТЫ С ПАССИВНОЙ ГСН

А.В. Цапцов, А.Б. Корнеев

Рассматриваются вопросы, связанные с полунатурным моделированием перспективной управляемой ракеты, оснащенной пассивной головкой самонаведения. В частности, основное внимание уделено проблемам создания полунатурной модели, а именно созданию специальных стендов имитации движения ракеты и цели, применения ЭВМ с операционной системой реального времени и имитации фоно-целевой обстановки. Приведен пример реализации полунатурной модели.

Ключевые слова: управляемая ракета, пассивная головка самонаведения, полунатурное моделирование, имитация движения, фоно-целевая обстановка.

В настоящее время для сокращения объемов натурных испытаний и количества изготавливаемой материальной части широко применяется полунатурное моделирование систем управления ракет и снарядов различного назначения.

Полунатурное (или полуфизическое) моделирование представляет собой разновидность физического моделирования с реальной аппаратурой, при котором остальная часть системы/изделия/комплекса имитируется в ЭВМ в виде математических моделей.

Применение полунатурного моделирования особенно обоснованно при проектировании таких сложных управляемых изделий как, например, перспективная управляемая ракета (УР), оснащенная пассивной оптико-электронной головкой самонаведения (ГСН), бортовой инерциальной навигационной системой (БИНС), комплексированной с аппаратурой спутниковой навигации (АСН), и лазерно-лучевым каналом управления (ЛЛКУ) (рис. 1).

Перспективная УР предназначена для поражения наземных объектов и низкоскоростных воздушных целей и реализует такие современные принципы управляемого вооружения [1], как:

- принцип «выстрелил-забыл» (с самонаведением на конечном участке траектории);

- поражение наземных объектов в слабозащищенную верхнюю полусферу;

- поражение целей за пределами прямой видимости;

- метод пассивного определения координат цели в нескольких спектральных диапазонах;

- наличие инерциального участка траектории с корректировкой измерений по сигналам спутниковой навигации.

;/_ 2_ 5

Рис. 1. Перспективная УР с пассивной ГСН: 1 - ГСН; 2 - боевая часть; 3 - двигатель; 4 - узел стыковки;

5 - крыло; 6 - руль; 7 - блок привода; 8 - механизм сброса поддона;

9 - приемник излучения; 10 - индукторная втулка

Полунатурное моделирование системы управления УР позволяет получить более достоверные сведения о поведении исследуемой системы, чем имитационное математическое моделирование и обладает следующими преимуществами и достоинствами:

- много тысяч имитаций летных испытаний может быть воспроизведено по цене единичного запуска в безопасных, контролируемых и повторяемых условиях;

- статистическая достоверность поведения системы в предельных режимах ее рабочих возможностей;

- укороченный цикл от разработки до производства;

- сниженная стоимость разработки продукции;

- сниженные риски программ;

- гарантированное качество и рабочие характеристики.

Основным объектом исследования при проведении полунатурного

моделирования перспективной УР является пассивная ГСН, которая представляет собой ключевой элемент системы управления УР, поскольку совокупный уровень ее технических характеристик определяет конечную точность функционирования УР. Пассивная ГСН (рис. 2) состоит из информационного канала видимого (ВД) и инфракрасного (ИК) диапазонов, гироскопической системы стабилизации и трехстепенной следящей системы [2].

При реализации полунатурной модели системы управления УР и ГСН следует выделить следующие основные проблемы:

1. Применение программно-аппаратного комплекса (ПАК), работающего под управлением операционной системы реального времени (ОС РВ) и реализующего расчет математических моделей движения ракеты

ПАК представляет собой основу полунатурной модели, поскольку степень его временной детерминированности по приему/выдачи данных от реальной аппаратуры, их обработки и расчету математических моделей является определяющим фактором для имитации исследуемой системы в реальном масштабе времени с заданным временным шагом.

Рис. 2. Пассивная ГСН перспективной УР

ПАК, работающий под управлением ОС РВ, должен иметь достаточные вычислительные ресурсы для реализации собственно ОС РВ, математических моделей движения цели, фоно-целевой обстановки (ФЦО), кинематики и аэродинамики ракеты, БИНС и АСН и др. При этом по опыту применения частота расчета моделей в ПАК должна быть в 10 - 20 раз выше, чем частота информационного обмена между «штатными» блоками

168

УР (50...100 Гц), т.е. шаг моделирования должен составлять порядка 0,5...1 мс. Кроме того, ПАК должен обладать достаточным количеством периферийных устройств для подключения к реальной аппаратуре УР (МКИО, последовательные интерфейсы, ЦАП, АЦП и т.п.) и стендам.

Исходя из приведенных требований для полунатурной модели перспективной УР выбрано готовое решение в виде программно-аппаратного комплекса «Speedgoat» (рис. 3), работающего под управлением ОС РВ разработки «МаШШогкБ» [3].

Рис. 3. Программно-аппаратный комплекс «Speedgoat» и ноутбук с установленным Simulink

Данный ПАК может конфигурироваться различной периферией (с соответствующей поддержкой драйверов) и позволяет напрямую импортировать математические модели, синтезированные в среде Simulink (МайаЬ), что существенно облегчит переход от этапа математического моделирования УР к полунатурному без привлечения системных и прикладных программистов высокого класса.

2. Создание специальных стендов для имитации движения, которые должны входить в замкнутый контур полунатурной модели.

Данные стенды необходимы для имитации относительного движения «ракета-цель» (с воспроизведением значений угловой скорости линии визирования) и угловых колебаний корпуса УР (в том числе для проверки гироскопической системы стабилизации ГСН).

Учитывая широкий спектр возможных применений УР, различные варианты траекторий движений, разные типы цели (т.е. различные углы подхода к цели - в верхнюю или нижнюю полусферу), динамику ракеты и цели, необходимость имитации углов возвышения и азимут пусковой установки и недетерминированность положения цели, стенд должен воспроизводить диапазон углов вращения порядка ± 45...± 180°, угловую ско-

'у

рость до 100 °/с и пиковое угловое ускорение до 1800 °/с .

В связи с этим в полунатурной модели перспективной УР применен пятистепенной стенд вращения, представляющий собой трехстепенное поворотное устройство и двухстепенное поворотное устройство с разделен-

ными каналами управления и с единым центром вращения (рис. 4) [4, 5]. Трехстепенное поворотное устройство позволяет имитировать колебания корпуса ГСН по курсу, тангажу и крену, а двухстепенное - движение имитатора цели во фронтальной плоскости ГСН. С помощью данного типа стенда возможна имитация различных вариантов применения персептив-ной УР с пассивной ГСН, включая траектории «земля-земля» и «земля-воздух».

Рис. 4. Пятистепенной стенд имитации движения ГСН и цели

3. Наличие достоверной информации о реальной ФЦО и ее воспроизведении в полунатурной модели

Решение данной проблемы требует проведение трудоемких экспериментальных работ по определению ФЦО в реальных условиях эксплуатации изделий, сравнимых по сложности с пуском реальных изделий.

При этом степень достоверности определения ФЦО напрямую определяет корректность результатов полунатурного моделирования.

Для обеспечения успешного обнаружения объектов, их селекции и распознавания средствами ГСН информация о ФЦО должна включать данные по уровню фоновых компонент, необходимого соотношения сигнал/шум, излучательные характеристики цели в диапазонах ВД и ИК и иные характерные признаки цели (рис. 5).

Отметим, что в перспективе в качестве динамического имитатора может быть использована представляется миниатюрная резистивная матрица (например, [6]), которая состоит из 512 х 512 элементов размером 48 мкм и имеет возможность изменять температуру каждого элемента в диапазоне от 285 К до 700 К при времени реакции 5 мс (рис. 6). Комплексный имитатор цели способен воспроизводить излучательные характеристики различных целей, менять проекции, форму и контур объектов, а также имитировать относительное сближение ГСН с целью путем «засветки» от одного элемента матрицы до максимального количества.

траки в

двигатель

г

Рис. 5. Примеры реальной ФЦО в диапазоне ИК: а - изображение низколетящего малоскоростного объекта; б - изображение объектов бронетехники (вид сверху); в, г - изображение объекта бронетехники и его составных элементов

Рис. 6. Имитатор цели на базе «резистиеной» матрицы

Таким образом, исходя из рассмотренных выше проблем и вариантов их решения, разработана полунатурная модель системы управления перспективной УР с пассивной ГСН (рис. 7).

171

Рис. 7. Структура полунатурной модели перспективной УР

с пассивной ГСН: исил - силовое напряжение на вход электроприводов поворотных устройств; Мш - шарнирный момент, приложенный к рулям УР; иупр - сигнал управления рулевой машиной; д - сигнал потенциометра обратной связи рулевой машины

Реальными блоками модели с «штатной» настройкой являются ГСН, бортовой блок электроники, рулевые машины и приемник лазерного излучения (ЛИ), а в ПАК реализованы имитационные математические модели цели и ракеты, БИНС и АСН. В режиме реального времени ПАК осуществляет информационный обмен по «штатным» информационным каналам только с бортовым блоком электроники УР (прием телеметрической информации и эмуляция сигналов БИНС, АСН и полетного задания) и взаимодействует со стендовым оборудованием полунатурной модели -пятистепенным стендом имитации движения, комплексным имитатором цели, имитатором шарнирных моментов на рулях и имитатором ЛЛКУ.

Полунатурная модель перспективной УР предназначена для решения следующих задач:

- проверка логики, алгоритмов и циклограммы работы системы управления УР;

- проверка алгоритмов самонаведения УР на цель по сигналам пассивной ГСН;

- проверка точностных и динамических характеристик ГСН;

- определение вероятности поражения типовых целей;

- оценка конечных промахов наведения УР на цель;

- проверка функционирования рулевых машин под действием динамической нагрузки и приемника лазерного излучения;

- корректировка программно-алгоритмического обеспечения блоков УР по результатам полунатурного моделирования.

Вместе с тем, данная полунатурная модель обладает и известными ограничениями:

- ограниченная точность воспроизведения траекторий движения УР и цели вследствие ограниченной точности имитации сигналов БИНС и АСН;

- нет возможности воспроизведения линейного ускорения, что является определяющим фактором по невозможности установки реальной аппаратуры БИНС в контур полунатурной модели.

В заключение необходимо добавить, что предложенный вариант полунатурной модели может быть использован для испытаний и других управляемых изделий калибров от 57 до 152 мм, а также в серийном производстве при проведении периодических или даже приемосдаточных испытаний в качестве комплексных функциональных проверок.

Список литературы

1. Зубов В.Н. Танковые управляемые боеприпасы: учеб. пособие по курсу «Перспективе развития вооружения». М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014.

2. Цапцов А.В., Молокин А.В., Величко А.В. Сравнение двух- и трехстепенной систем стабилизации пассивной оптико-электронной ГСН // Успехи современной радиоэлектроники. 2016. № 2. С. 25-31.

3. SpeedGoat - машины реального времени. [Электронный ресурс] URL: http://matlab.ru/partner-products/speedgoat (дата обращения: 10.11.2017).

4. Системы полунатурного моделирования. [Электронный ресурс] URL: http: //www. emtltd .com/catal o g/2/2 6/ (дата обращения: 10.11.2017).

5. Пятиосевые стенды полунатурного моделирования [Электронный ресурс] URL: http://www.ostec-test.ru/catalog/equipment/stendy-poluna turno-go-modelirovaniya/pyatiosevye-stendy-polunaturnogo-modelirovaniya (дата обращения: 10.11.2017).

6. Официальный сайт компании SBIR [Электронный ресурс] URL: http://www.sbir.com/mirage-H.asp (дата обращения: 10.11.2017).

173

Цапцов Артем Вячеславович, канд. техн. наук, заместитель начальника отдела, at_khtm@,mail.ru, Россия, Москва, АО Конструкторское бюро точного машиностроения им. А.Э. Нудельмана,

Корнеев Алексей Борисович, канд. техн. наук, заместитель технического директора - начальник КПК, mailakhtochmash.ru, Россия, Москва, АО Конструкторское бюро точного машиностроения им. А.Э. Нудельмана

SEMI-NATURAL MODEL OF PERSPECTIVE GUIDED MISSLE EQUIPPED WITH PASSIVE TARGET SEEKER

A. V. Tsaptsov, A.B. Korneev

The article contains description of perspective guided missile, its target seeker and other aspects, defined semi-natural simulating of these devices. Guided missile semi-natural model designing reduced to such main problems, as special flight motion simulator developing, real-time computer system implementation and imitation of aim signals and hackground data. Example of guided missile semi-natural model is described in the article.

Key words: guided missile, passive target seeker, semi-natural simulating, motion imitation, aim and hackground data.

Tsaptsov Artem Vyacheslavovich, candidate of technical sciences, Deputy Head of Department, at_khtm@,mail. ru, Russia, Moscow, JSC Design Bureau of Precision Engineering Building. A.E. Nudelman,

Korneev Alexey Borisovich., candidate of technical sciences, Deputy Technical Director - Head of the CPC, mail@,khtochmash. ru, Russia, Moscow, JSC Design Bureau of Precision Engineering named. A.E. Nudelman

УДК 62-503.55

ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ ТЯЖЕЛЫХ ГУСЕНИЧНЫХ ШАССИ

Д.В. Юдинцев

Показано, что процесс выбора закона управления фрикционными узлами автоматической планетарной коробки передач с несколькими степенями свободы имеет ряд особенностей, усиливающихся установкой её в тяжелые по массе гусеничные шасси. Рассмотрено влияние управления двигателем на переходные процессы.

Ключевые слова: переключение передач, управление, переходные процессы, динамические нагрузки.

Переключение передач является переходным процессом в работе моторно-трансмиссионной установки (далее МТУ), при котором меняется структурное состояние ее динамической схемы. Как всякое изменение структуры оно сопровождается динамическими и кинематическими воздействиями на элементы МТУ, оказывая негативное воздействие на проч-

174