СПОСОБ НАВЕДЕНИЯ И УСТРОЙСТВО, ПРЕДПОЛАГАЮЩЕЕ ЕГО РЕАЛИЗАЦИЮ
AIMING METHOD AND DEVICE IMPROVING ITS REALIZATION

Изобретения относятся к точному наведению оружия на цель. Представляемый способ может быть использован также для точного наведения наблюдательных и проч. приборов и устройств, предполагающих ориентацию на цель (например, направленных антенн).
Изобретения могут быть успешно использованы для наведения в том числе и с движущихся объектов (машин, катеров и т.п.).
Основные назначения изобретений - наведение короткоствольного оружия неподготовленным пользователем, либо наведение стрелкового оружия в экстремальных условиях опытным стрелком.
Определенные модификации изобретений могут быть реализованы и в ручном снайперском оружии, предназначенном для работы на дистанциях в пару тысяч метров.
Известны способ и устройство для быстрого и точного наведения оружия на цель (RU 2316707), предполагающие использование опорного узла для установки, удержания и фиксации оружия.
К недостатку таких способа и устройства следует отнести высокий отклик наводимого объекта на внешние механические воздействия.
Так, например, тремор пользователя неизбежно приведет к периодическому смещению в пространстве положения оси канала ствола.
Цель изобретений - снижение влияния на точность наведения случайных и систематических внешних механических воздействий на наводимый объект в том числе и со стороны пользователя.
Технический результат от реализации заявленных изобретений заключается в снижении при точном наведении отклика со стороны наводимого объекта на внешние механические воздействия без существенного увеличения массы последнего.
При этом под откликом понимается вызванное внешним механическим воздействием изменение в пространстве положения наводимого объекта, в частности, оси канала ствола или оптической оси.
При одном и том же воздействии отклик тем меньше, чем меньше соответствующее такому воздействию изменение положения в пространстве наводимого объекта.
Следует подчеркнуть, что изобретения не исключают необходимость использования опорных узлов для установки, удержания и фиксации наводимого объекта.
Заявленный технический результат достигается благодаря тому, что в процессе ориентации наводимого объекта на цель (например, в процессе прицеливания) увеличивают или уменьшают сопротивляемость последнего связанному с внешним по отношению к нему механическим воздействием изменению положения такого объекта в пространстве за счет соответственно увеличения или уменьшения скорости вращения как минимум одного (для наибольшего числа применений не более шести - см. ниже) установленного на наводимом объекте тела (являющегося, таким образом, элементом, частью наводимого объекта), опора или держатель (носитель) которого (ось, втулка, корпус или неподвижная часть подшипника - то, вокруг чего или относительно чего вращается тело) жестко связаны с таким объектом (при весе тела в несколько десятков граммов, если речь идет, например, о пистолете или в несколько кг, если речь идет, например, о телескопе).
Увеличение или уменьшение скорости вращения тела могут осуществлять плавно или дискретно.
Например, при предварительной ориентации наводимого объекта такая скорость может быть равна нулю, тогда как при точном наведении она может быть постоянной максимально возможной (отличной от нуля). В переходный же период она может принимать некоторое промежуточное значение.
Вообще, в основном это зависит от конструкции электромеханической системы, включающей вращающее тело. Так, если она допускает проскальзывания, то, естественно, предпочтительно плавное изменение скорости вращения, а если в ней используется зубчатый редуктор, то возможно и дискретное изменение скорости (без учета переходного периода).
В частном варианте реализации способа (для уменьшения вреда явлений, связанных с прецессией и нутацией - с последней также борются и повышая максимально возможную скорость вращения) используют установленные на наводимом объекте как минимум два тела, которые одновременно приводят во вращение относительно параллельных (с допуском в 5-10 угловых градусов или с конструкционно-технологическим допуском в несколько угловых минут) осей в противоположные стороны.
По мере завершения процесса наведения увеличивают (например, с нуля до десятков тысяч оборотов в минуту и более) скорость вращения установленного(х) на наводимом объекте тела(л).
Высокая скорость вращения тела может быть сохранена и после наведения, например, до момента выстрела и даже после такового, либо на все время наблюдения (при использовании наблюдательного прибора).
Уменьшение скорости вращения тела вплоть до нуля целесообразно с точки зрения обеспечения сравнительно легкой переориентации наводимого объекта на новую цель.
Для изменения упомянутой скорости используют орган управления (предпочтительно, чтобы орган управления располагался на наводимом объекте) -элемент конструкции или узел, на который воздействует (предпочтительно механически, хотя возможны варианты, связанные, например, с определением объекта зрительного внимания пользователя и проч.) лицо, осуществляющее наведение, при том что такой орган связан с упомянутым телом через блок управления и электронную часть привода (электромеханической системы).
Так, в роли органа управления могут использовать кнопку или спусковой крючок.
Например, если в качестве наводимого объекта используют ручное оружие, то увеличивают скорость вращения тел(а), установленных(о) на оружии, по мере увеличения силы нажатия на хвост спускового крючка (по мере поворота последнего или по мере его отклонения от нейтрального положения, при котором пользователь не касается крючка, например, относительно спусковой скобы).
Если в качестве наводимого объекта используют наблюдательный прибор, то увеличивают скорость вращения тел(а), установленных(о) на таком приборе, по мере уменьшения степени воздействия на орган управления (по мере уменьшения силы нажатия на кнопку, глубины «утопленности» кнопки и проч.).
Для реализации представленного способа может быть использовано ручное огнестрельное оружие, включающее ствол с каналом.
Примечание. Изобретения могут быть успешно использованы и в роботизированных системах ведения огня.
В состав конструкции оружия должно входить как минимум одно тело, устанавливаемое на оружии с возможностью связанного с преобразованием электрической энергии в механическую вращения вокруг заданной оси, положение которой (в процессе эксплуатации оружия) неизменно по отношению к положению оси канала ствола, при этом оружие должно включать орган управления, обеспечивающий возможность изменения скорости вращения упомянутого тела, причем такой орган должен быть электрически соединен со связанным с источником питания (расположенном на оружии) блоком управления (также расположенным на оружии) электромеханической системой, включающей упомянутое тело.
Примечание. В качестве органа управления может быть использован оптический датчик, определяющий ориентацию относительно оружия цели.
Электромеханическая система может быть жестко присоединена к оружию (в случае перемещения последнего осуществляется связаное перемещение и самой системы).
В состав конструкции оружия могут входить как минимум два тела, установленные на оружии с возможностью вращения вокруг заданных (в частном варианте исполнения совпадающих) осей, положение которых неизменно по отношению к положению оси канала ствола (например, совпадает с ним).
Дополнительно оружие может включать орган управления, блокирующий вращение тела(л) - «предохранитель», отключающий электромеханическую систему от питания.
В качестве органа управления, обеспечивающего возможность изменения скорости вращения тела, может быть использован спусковой крючок.
При этом оружие может включать датчик положения спускового крючка, соединенный с блоком управления.
В частном варианте исполнения оружие может включать датчик углового положения спускового крючка относительно оси, на которой он установлен.
В качестве упомянутого тела или упомянутых тел могут быть использованы пустотелые (полые толсто- или тонкостенные) цилиндры, которые могут быть установлены на стволе посредством подшипников.
Могут использоваться самые разнообразные подшипники - игольчатые, гидродинамические, пневматические и проч.
Цилиндры могут иметь одинаковый момент инерции относительно оси их вращения.
Блок управления может быть связан с фазовыми катушками указанной электромеханической системы, установленными вокруг цилиндров-роторов, при этом цилиндры могут содержать постоянные магниты, предназначенные для взаимодействия с катушками с целью преобразования электрической энергии в механическую.
Возможно построение электромеханической системы с внешним по отношению к фазовым катушкам (обмоткам) ротором.
Вообще, электромеханическая система может быть построена на базе любого электропривода с учетом основных требований к ней - малые вес, вибрация и шум, высокое число оборотов (последнее - самое важное).
Электромеханическая система может представлять собой пару электродвигателей (например, асинхронных) с постоянными магнитами на роторе, тогда как полезной нагрузкой таких двигателей будут являться сами их роторы.
Работающие двигатели при этом будут выполнять функцию гироскопов.
Представленное устройство иллюстрируется одной схематичной фиг.
Фиг. предназначена для указания связей между основными элементами одного из возможных вариантов реализации представляемого устройства.
На фиг. приняты следующие обозначения.
1 - ствол оружия с каналом, ось которого соответствует отрезку ОО;
2 - жестко прикрепленная к стволу левая часть электромеханической системы оружия, представляющая собой герметичный корпус, в котором расположены фазовые катушки, окружающие неподвижный гидростатический подшипник, внутри которого заключен пустотелый цилиндр - ротор (цилиндр с отверстием), включающий постоянные неодимовые магниты, предназначенные для взаимодействия с изменяющимся магнитным полем катушек с целью преобразования электрической энергии источника электропитания в механическую энергию вращения по часовой стрелке ротора относительно оси, совпадающей с осью канала ствола;
3 - аналогичная левой жестко прикрепленная к стволу правая часть электромеханической системы оружия, ротор которой (полностью идентичный ротору левой части) вращается против часовой стрелки относительно оси, совпадающей с осью канала ствола;
4 - соединенный с источником электропитания блок управления электромеханической системой оружия, преобразующий основной параметр датчика углового положения спускового крючка в частоту переменного напряжения питания фазовых катушек (примечание: с целью организации обратной связи на блок управления может подаваться сигнал датчиков, расположенных в самой электромеханической системе, например, датчиков Холла);
5 - источник электропитания, например, аккумулятор (5В, 2А, 20Ач);
6 - соединенный посредством шлангов с электромеханической системой блок обеспечения нормального режима работы ее гидростатических подшипников, включающий резервуар с маслом и насос;
7 - спусковой крючок оружия;
8 - ось, на которой жестко установлено внутреннее кольцо датчика углового положения спускового крючка (традиционно внутреннее кольцо датчика называют валом датчика угла поворота, здесь же речь идет о вале с отверстием, т.е. о кольце);
9 - резистивный (а может быть оптический, магнитный, индуктивный) датчик углового положения (так называемый абсолютный ДУП с ограниченным диапазоном) спускового крючка с наружным кольцом, жестко установленным в отверстии крючка, основным параметром такого датчика является электрическое сопротивление, которое изменяется при повороте наружного кольца датчика относительно внутреннего (или наоборот), т.е. в зависимости от степени нажатия на крючок, установленный в оружии с использованием датчика.
Представленный способ может быть реализован следующим образом.
В процессе ориентации наводимого объекта на цель увеличивают или уменьшают сопротивляемость последнего изменению его положения в пространстве.
Перед окончанием наведения увеличивают (и, например, на время выстрела или наведения сохраняют высокой), при переориентации (при изменении точки прицеливания или объекта наведения) - уменьшают.
Для этого соответственно увеличивают или уменьшают скорость вращения как минимум одного установленного на наводимом объекте тела, опора или держатель которого жестко связаны с наводимым объектом, с тем, чтобы инерционность такого тела препятствовала изменению положения в пространстве наводимого объекта.
Так например, вращающееся тело может быть размещено в подшипнике, который будет жестко закреплен на наводимом объекте.
Кинетическая энергия вращающегося тела (которая может достигать несколько десятков или даже сотен Дж) будет препятствовать изменению положения наводимого объекта, причем, чем выше число оборотов тела и момент его инерции относительно оси вращения, тем больше будет такое воспрепятствование.
Могут использовать установленные на наводимом объекте два тела, выполненные с возможностью вращения относительно параллельных осей в противоположные стороны.
Могут использовать две пары тел, при том, что оси вращения тел пар могут быть ортогональны. Также могут использовать и три пары тел (всего 6 тел - тогда ортогональны могут быть оси вращения тел всех трех пар).
По мере завершения процесса наведения увеличивают скорость вращения тела или тел.
Для изменения упомянутой скорости используют орган управления, в качестве которого могут применять кнопку (в частности, рычажок) или спусковой крючок.
В качестве наводимого объекта могут использовать ручное оружие, включающее спусковой крючок.
При этом скорость вращения тел(а), установленных(го) на оружии, увеличивают по мере увеличения силы нажатия на хвост спускового крючка.
Так например, до нажатия на спусковой крючок скорость вращения тела может быть равна нулю, тогда как по мере нажатия она может плавно увеличиваться от 0 до, например, 10000 или 50000 оборотов в минуту.
Для этого может использоваться частотно-регулируемый или иной электропривод.
Повысить обозначенным образом сопротивляемость оружия могут и до начала наведения, приведя упомянутое тело во вращение, но это не целесообразно, поскольку это а) затруднит предварительную ориентацию оружия и б) повысит мышечный тонус пользователя, что приведет к увеличению силы возможных вредных внешних механических воздействий на оружие со стороны пользователя.
В качестве наводимого объекта могут использовать наблюдательный прибор и проч.
При этом скорость вращения тел(а), установленных(го) на таком приборе, увеличивают по мере уменьшения степени воздействия на орган управления (по мере уменьшения, например, силы нажатия на кнопку).
Так, в начале наведения, нажав на кнопку, могут задать скорость вращения тела равную нулю.
По мере отпускания кнопки (чувствительной к степени нажатия - изменяющей один из своих основных параметров, например, электрическое сопротивление при изменении степени нажатия - при перемещении контактной площадки кнопки) могут плавно увеличивать скорость вращения тела от 0 до 10000 оборотов в минуту (последняя скорость может соответствовать ненажатой кнопке).
Скорость вращения тела могут сохранять постоянной на все время наблюдения.
Оружие, предназначенное для реализации представленного способа может быть выполнено следующим образом.
Оно должно включать ствол 1 с каналом, имеющим ось ОО.
В состав оружия должно входить как минимум одно тело, устанавливаемое на оружии с возможностью связанного с преобразованием электрической энергии в механическую вращения вокруг заданной оси, положение которой неизменно по отношению к положению оси ОО (на время использования оружия по прямому назначению для точного наведения и поражения цели - при переноске оружия электромеханическая система может быть с него удалена).
При этом оружие должно включать орган управления (например, 7), обеспечивающий возможность изменения (дискретного или плавного) скорости вращения упомянутого тела, причем такой орган должен быть электрически соединен со связанным с источником питания 5 блоком управления 4 электромеханической системой (например, составленной из части 3), включающей упомянутое тело.
Электромеханическая система может быть жестко присоединена к оружию.
При этом она может располагаться в прикладе, в ствольной коробке или даже на самом стволе. Последний для этого может иметь специальные посадочные площадки, например, выполненные с диаметром, превышающим диаметр основной части ствола или превышающим максимальный расчетный диаметр ствола, не учитывающий диаметр посадочных площадок.
В частном варианте исполнения в состав конструкции оружия могут входить как минимум два тела (одно из которых может располагаться в части 2), установленных на оружии с возможностью вращения вокруг заданных осей, положение которых неизменно по отношению к положению оси канала ствола (например, совпадающих с последней).
Дополнительно оружие может включать орган управления, блокирующий вращение тела(л).
В качестве органа управления, обеспечивающего возможность изменения скорости вращения тела, может быть использован спусковой крючок 7.
При этом оружие может включать датчик 9 положения спускового крючка, соединенный с блоком управления.
В частном варианте исполнения оружие может включать датчик угла поворота спускового крючка относительно оси 8, на которой он установлен с помощью датчика (вокруг которой и поворачивается спусковой крючок).
Примечание. Спусковой крючок может перемещаться поступательно. В этом случае должен использоваться датчик, «отслеживающий» поступательное перемещение крючка.
В качестве упомянутых тел могут быть использованы два пустотелых цилиндра массой по 50 г каждый, которые могут быть установлены на стволе посредством подшипников.
Желательно максимальное разнесение цилиндров друг от друга, насколько это позволяет конструкция оружия - так, один может быть расположен у одного конца ствола, тогда как другой - у другого.
-5
2
Цилиндры могут иметь одинаковый момент инерции (порядка 10 кг⋅м) относительно оси их вращения и предполагать вращение с одинаковой скоростью в противоположных направлениях.
Блок управления может быть связан с фазовыми катушками (он может питать их, создавая вращающееся магнитное поле) указанной электромеханической системы, установленными вокруг цилиндров-роторов, при этом цилиндры могут содержать постоянные магниты, предназначенные для взаимодействия с катушками с целью преобразования электрической энергии в механическую.
Электромеханическая система может представлять собой по сути электродвигатель.
Использование представленного оружия может заключаться, например, в следующем.
Выбирают цель.
Осуществляют предварительную ориентацию на цель оружия.
Слегка нажимают на спусковой крючок. Приводят расположенное на оружии тело или расположенные на оружии тела во вращение с малой скоростью.
В результате увеличивают сопротивляемость оружия изменению его положения в пространстве.
Осуществляют точное наведение.
При этом по мере увеличения точности наведения (например, по мере совмещения изображения прицельной марки с изображением цели) увеличивают степень нажатия на спусковой крючок.
В результате изменяют угловое положения спускового крючка, которое «отслеживается» датчиком углового положения крючка.
Изменение основного параметра такого датчика, связанное с изменением положения крючка, приведет, например, к увеличению частоты выходных напряжений блока управления, питающих фазовые катушки электромеханической системы, что, в свою очередь, вызовет повышение скорости вращения тела или тел за счет изменения скорости вращения магнитного поля, созданного фазными катушками.
Блок управления для этого может включать контроллер или микропроцессор, энергонезависимую память, мощные операционные усилители и проч.
Вследствие увеличения скорости вращения тела сопротивляемость оружия изменению его положения возрастет еще больше и достигнет максимума на момент выстрела.
Использование в процессе точного наведения жестко связанной с оружием электромеханической системы, включающей вращающееся относительно массивное тело, обеспечивает снижение при точном наведении отклика со стороны оружия на внешние механические воздействия.
Дело в том, что для изменения положения в пространстве такой системы (а также и всего с ней жестко связанного) мало преодолеть только ее инерционность, потребуется еще и изменить момент импульса вращающегося тела, на что нужно будет затратить дополнительную энергию, что очевидно.
Возможность остановки такого тела (прекращения вращения) позволяет не затрачивать дополнительных усилий на предварительное наведение оружия.
Важным является то, что на момент выстрела из снайперской винтовки на дистанции 2000 м, например, желательно, чтобы оружие было максимально неподвижно, чтобы ни дыхание стрелка, ни его сердцебиение и проч. значимым образом не влияли на положение оси канала ствола.
Это и обеспечивается за счет использования установленного на оружии вращающегося тела, инерция которого препятствует изменению положения оружия.