СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ НАПРАВЛЕНИЯ ПРИЦЕЛИВАНИЯ ДЛЯ ВИНТОВОК И КОРОТКОСТВОЛЬНОГО ОРУЖИЯ И ОГНЕСТРЕЛЬНОГО ОРУЖИЯ
METHOD AND DEVICE FOR STABILISATION OF LINE OF SIGHT FOR RIFLES, SHORTGUNS AND SMALL ARMS

Уровень техники
Область техники
Настоящее изобретение относится к способу согласно вводной части по п.1 приложенной Формулы изобретения.
Изобретение также относится к устройству согласно вводной части по п.2 приложенной Формулы изобретения.
Настоящее изобретение, дополнительно относится к огнестрельному оружию по п.22.
Известный уровень техники
Способ вышеупомянутого типа является ранее известным.
Точность ведения огня при стрельбе из винтовки и стрельбе из короткоствольного оружия ограничена, в частности, качеством оружия и боеприпасов и типом используемых прицельных приспособлений. Одной причиной для изменения точки попадания от выстрела к выстрелу, например, может быть та, что вес пули и порохового заряда изменяются от патрона к патрону. Даже если оружие будет наведено в цель в одном и том же направлении и в одних и тех же прочих условиях во время серии выстрелов, то точки попадания пуль получат определенное рассеивание, которое вызвано качеством используемых материальных средств. Для современного оружия, однако, рассеивание, вызываемое недостатками точности оружия или качества боеприпасов при стрельбе с рук, то есть без любой внешней опоры оружия, является небольшим по сравнению с рассеиванием, вызванным самим метким стрелком, не способным удерживать оружие с достаточной неподвижностью во время прицеливания и по этой причине иметь трудность в ведении стрельбы в заданном направлении. Для попадания с максимальной точностью меткий стрелок должен стремиться держать оружие неподвижно в направлении цели и производить выстрел в момент, когда направление прицеливания, во время неизбежного и зачастую случайного перемещения вокруг цели, совпадает с направлением цели. Чем лучше меткий стрелок может управлять перемещением направления прицеливания в заданное положение для производства выстрела и чем медленнее это перемещение, тем легче сделать хороший выстрел и обеспечить точное попадание. То, что среди прочего характеризует непреднамеренные перемещения ствола во время прицеливания, заключается в том, что эти перемещения являются сравнительно быстрыми и относительно небольшими по сравнению с преднамеренными изменениями направления прицеливания, которые являются более значительными и медленными.
В патенте США №5834677 описана винтовкасо встроенной сервосистемой, стабилизирующей направление прицеливания и, таким образом, повышающей точность стрельбы. Ствол (огнестрельная труба) является в данном случае подвешенной во внешней трубе, в которой ствол может перемещаться. Труба вокруг ствола увеличивает общий вес и перемещает центр тяжести вперед, что является недостатком, так как требуется больше силы для удерживания винтовки горизонтально. Кроме того, двигатели, которые воздействуют на направление ствола, установлены на переднем конце ствола, который дополнительно перемещает центр тяжести вперед. Центр тяжести в обычной винтовке обычно располагается в точке справа между двумя положениями, где правая и левая рука, соответственно, удерживают винтовку, то есть около спускового механизма. Согласно настоящему изобретению не требуется какой-либо внешней механики вокруг ствола для управления его направлением. Поэтому вес винтовки с центром тяжести в передней части не увеличивается по этой причине. Таким образом, настоящее изобретение может быть применено к оружию с относительно длинным стволом без нарушения так называемой балансировки, или, другими словами, с тем, что центр тяжести перемещен вперед. Согласно настоящему изобретению основная часть элементов, содержащихся в сервосистеме, то есть двигатели, электроника и механика, расположены в заднем конце оружия так, что центр тяжести оружия не является смещенным вперед посредством дополнительных элементов.
Недостаток конструкции согласно патенту 5834677 состоит в том, что прицел, для того чтобы быть в состоянии показать фактическое направление при выстреле, должен быть установлен на стволе, окруженном трубой. Это усложняет конструкцию. Установку прицела согласно настоящему патенту выполняют таким же способом как на обычном оружии. Поэтому, согласно настоящему изобретению конструкция становится менее сложной.
В патенте США №5974940 описана система, в которой направление ствола стабилизировано посредством двух линейных двигателей. Вес и расположение этих двигателей перемещают центр тяжести вперед, и утяжеляет оружие в передней части. В том же самом патенте №5974940, стабилизирующая сервосистема активируется спусковым механизмом, который должен быть нажат в первое положение, которое активирует сервосистему. Производство выстрела затем выполняют при дальнейшем нажатии спускового механизма. Способ может заключать в себе риск, что меткий стрелок по ошибке произведет выстрел вместо того, чтобы активировать сервосистему. Другой недостаток этого способа активации сервосистемы состоит в том, что обоснованно требуется значительная подготовка для эффективного и безопасного использования. Обычно спусковой механизм не используется для чего другого, кроме производства выстрела. Согласно настоящему изобретению, нет необходимости какого-либо изменения функции спускового механизма, так как активация сервосистемы выполняется метким стрелком, когда при прицеливании к плечу прижимается упорная пластина и таким образом замыкается цепь, которая активирует сервосистему. Меткий стрелок, следовательно, не выполняет специального действия для запуска сервосистемы в дополнение к действиям, выполняемым при обычной стрельбе.
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы, среди прочего, решить проблемы, ассоциированные с известным уровнем техники.
Сущность изобретения
Эта цель достигнута посредством способа, устройства и огнестрельного оружия, имеющих признаки по п.1, 2 и 22 приложенной Формулы изобретения, соответственно.
Другие преимущества получены посредством того, что заявлено в соответственных зависимых пунктах формулы изобретения.
Настоящее изобретение относится к способу и устройству, сконструированному так, что перемещения ствола при прицеливании ослаблены посредством сервосистемы, стабилизирующей ориентацию ствола, встроенного в оружие. В сервосистему включены измерительные средства, постоянно измеряющие скорость вращения ствола по вертикали и горизонтали, и двигатели, способные изменять направление ствола относительно приклада так, чтобы ориентация ствола была стабилизирована, в соответствии с чем прицеливание оружия в заданном направлении упрощается и точность стрельбы увеличивается. Посредством стабилизации оказывается противодействие непреднамеренным перемещениям ствола, возникающим при прицеливании, когда меткий стрелок, не имеющий физической опоры для оружия, пытается управлять направлением прицела в цель. Технические средства могут быть применены для всех типов винтовок, а также для короткоствольного оружия, такого как пистолеты и револьверы.
Важный признак изобретения, описанный здесь, состоит в том, что оно хорошо адаптируется к применению с современным оружием, для которого упомянутые патенты вряд ли являются подходящими.
Изобретение содержит винтовку или стрелковое оружие, сконструированное так, что прицеливанию стрелка способствует стабилизирующая сервосистема, которая ослабляет быстрые и непреднамеренные перемещения ствола, посредством чего меткий стрелок более легко может управлять направлением прицеливания в заданное положение цели и посредством более спокойного перемещения ствола и направления прицеливания также получить больше времени для выбора правильного момента для производства выстрела.
В винтовке или короткоствольном оружии, сконструированном согласно изобретению, оружие разделено на две взаимно подвижные части, переднюю часть, в которую включен ствол, и приклад. Эти две части являются подвижными друг относительно друга в общей точке, где они соединены посредством шарнира с двухосным подшипником, который обеспечивает горизонтальную и вертикальную подвижность. Подшипник установлен там, где приклад соединяется с передней частью. Угол между ориентацией приклада и стволом регулируют посредством сервосистемы, управляющей углом между прикладом и стволом так, что быстрым изменениям в ориентации ствола оказывается противодействие, и они ослабляются, что облегчает прицеливание и производство выстрела в заданном направлении. Крутящий момент поворота, изменяющий ориентацию ствола, выполняется приложением крутящего момента поворота в противоположном направлении посредствомсервосистемы. Если, например, ствол будет повернут по часовой стрелке для компенсирования с внешней стороны, то есть, метким стрелком, заданное перемещение, приклад поворачивается против часовой стрелки. Момент инерции приклада заставляет крутящий момент поворота действовать на ствол, направление которого в таком случае изменяется. Если приклад на заднем конце упирается в более или менее прочный предмет, при стрельбе из винтовки обычно в плечо меткого стрелка, крутящий момент поворота при этом увеличивается. В случае стрельбы из короткоствольного оружия, условия в основном являются аналогичными, но более короткий приклад и тот факт, что у оружия нет контакта с какой-либо большой массой на заднем конце, что имеет место при стрельбе из винтовки (плечо меткого стрелка), означает, что момент инерции приклада приобретает большее значение. В варианте осуществления, показанном в качестве примера, показано как масса приклада может быть скомпонованатак, что более тяжелые предметы расположены дальше и сзади подшипника для того, чтобы придавать прикладу достаточно большой момент инерции. В дополнение к ослаблению непреднамеренных быстрых перемещений ствола стабилизирующая сервосистема действует так, чтобы перемещение ствола вверх, которое возникает при отдаче после выстрела, было также ослабленным, с тем, чтобы человек с оружием, сконструированным согласно настоящему патенту и особенно с полуавтоматической винтовкой, был в состоянии произвести хороший прицельный второй выстрел быстрее.
Краткое описание чертежей
Лучшее понимание настоящего изобретения будет получено при изучении нижеследующего подробного описания, прочитанного в увязке с приложенными чертежами, на которых аналогичные детали обозначены одинаково в различных видах и в которых:
Фиг.1a показывает винтовку со стабилизированным направлением прицеливания, представленным с правой стороны;
Фиг.1b показывает винтовку со стабилизированным направлением прицеливания, представленным сверху;
Фиг.2 показывает револьвер со стабилизированным направлением прицеливания, представленным с правой стороны;
Фиг.3aпоказывает компоновку двигателей и стержня, посредством использования двигателей с вращательным перемещением;
Фиг.3b показывает компоновку двигателей и стержня посредством использования двигателей с линейным перемещением;
Фиг.4 показывает блок-схему электронных компонентов и двигатель для горизонтального канала; и
Фиг.5 показывает шарнир, подшипник в виде карданного соединения и стержень.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Фиг.1a. Фигура показывает винтовку со стабилизированным направлением прицеливания, представленным с правой стороны. Определенные важные функциональные элементы, которые являются скрытыми, показаны пунктирными линиями. Некоторые скрытые элементы не показаны на чертеже. Между двумя взаимно подвижными частями, передней частью 1 и прикладом 2, можно видеть части шарнира 3, подшипник 3, который обеспечивает для этих двух частей подвижность горизонтально и вертикально. Промежуток между прикладом и передней частью для ясности выполнен больше, чем требовалось для обеспечения заданной подвижности. Посредством подшипника 3 стержень 10, приложенный к передней части, выступает назад в приклад. На конце стержня рычаг 8v связан с возможностью передачи вращательного перемещения двигателя 6v преимущественно концу стержня 10 в линейном и вертикальном перемещении, в соответствии с чем угол между прикладом и стволом может быть изменен. Части, которые обеспечивают перемещение по горизонтали, для увеличения ясности на фигуре удалены. На заднем конце приклада может быть видна выступающая нажимная пластина 12.
На фигуре можно отметить, что внешняя конструкция винтовки согласно патенту не должна отличаться в какой-либо значительной степени от конструкции обычной винтовки для охоты и спортивной стрельбы (по мишеням), и для использования в вооруженных силах и полиции.
Фиг.1b. фигура показывает винтовку со стабилизированным направлением прицеливания, представленным сверху. Из скрытых элементов включены только стержень 10 и двигатели 6h и 6v.
Фиг.2. Фигура показывает револьвер со стабилизированным направлением прицеливания, представленным с правой стороны. Из-за размеров, аккумуляторные батареи, электроника, двигатели и другие элементы расположены в приборном отсеке, установленном под рукояткой пистолета. Для увеличения момента инерции приклада, утяжеляющие элементы расположены на расстоянии и позади подшипника 3.
Фиг.3a. Фигура показывает принцип того, каким образом может быть скомпонована механика, соединяющая двигатели 6h и 6v со стержнем 10. В примере двигатели используют с вращающейся массой на выходном вале.
Фиг.3b. Фигура показывает принцип того, каким образом может быть скомпонована механика, соединяющая двигатели 6h и 6v со стержнем 10, когда используют двигатели с линейным перемещением.
Фиг.4. На фигуре схематически показано, каким образом соединены электронные компоненты и электродвигатели в горизонтальном канале. Компоненты в вертикальном канале соединены аналогичным способом.
Фиг.5. Фигура показывает подшипник между стволом и прикладом и стержень 10. Выступы вправо 16 использованы для крепления подшипника в стволе 1, например, болтовым соединением. Выступы влево 17 использованы для крепления подшипника в прикладе соответствующим способом.
В винтовке или короткоствольном оружии, сконструированных согласноизобретению, оружие разделено на две взаимно подвижные части, переднюю часть 1, включающую в себя ствол и приклад 2. Эти две части 1 и 2 являются подвижными друг относительно друга в общей точке, где они соединены с двухосным подшипником 3, соответственно разработанным в качестве карданного соединения. Подшипник расположен там, где приклад соединен с передней частью. Подшипник делает возможным вращение приклада вокруг центра шарнира относительно ствола в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, по вертикали и по горизонтали.
Угол между ориентацией приклада и стволом регулируют системой управления, предпочтительно сервосистемой, управляющей углом между прикладом и стволом так, чтобы быстрые изменения в ориентации ствола ослаблялись, что облегчает прицеливание и производство выстрелов в заданном направлении.
В системе управления, сервосистема, согласно предпочтительному варианту осуществления включает в себя:
два передатчика угловых скоростей, соответственно, 4h и 4v, например, гироскопы, установленные в передней части оружия, передатчики которых регистрируют скорость вращения ствола в двух плоскостях, горизонтально и вертикально;
два усилителя 5h и 5v, соответственно, с полосовым фильтром, усиливающим и фильтрующим сигнал от гироскопов;
два электрических двигателя, 6h и 6v, которые управляются усилителями 5h и 5v, и которые посредством перемещения заднего конца стержня 10 относительно приклада способны изменять угол между прикладом и стволом, горизонтально и вертикально.
На фигурах двигатель, воздействующий на стержень, и таким образом, на ствол, в вертикальном направлении, указан как 6v, в то время как двигатель, изменяющий ориентацию ствола горизонтально, указан как 6h. Двигатели могут быть сконструированы по-разному, чтобы обеспечивать заданное линейное перемещение. В конструкции на фиг.1a, 1b, 2 и 3a, вращающие двигатели указаны с редуктором, понижающим число оборотов на выходном вале, вращательное движение которого преобразуется (в основном) в возвратно-поступательное движение посредством двух рычагов 8h и 8v, соответственно, связанных с подшипниками на периферии маховика, установленного на выходном вале двигателя. Альтернативой вращательному двигателю является линейный двигатель, непосредственно обеспечивающий линейное движение согласно фиг.3b. Независимо от того, имеют ли двигатели вращательное или линейное движение, они могут быть сконструированы как серводвигатели, то есть, у двигателей есть встроенная сервосистема, управляющая положением выходного вала так, чтобы его отклонение было пропорционально входному сигналу.
Эти два двигателя 6h и 6v через рычаги 8h и 8v связаны с задним концом стержня, который проходит через центр в карданное соединение 3 и прикреплен к передней части 1 оружия, где он, соответствующим образом, закреплен в части карданного соединения, закрепленного в передней части 1 оружия согласно фиг.5, то есть в правой части с выступами, направленными вправо 16. Когда задний конец стержня перемещен рычагом 8h и 8v, соответственно, угол между стволом 1' и прикладом 2' изменяется посредством приклада и ствола, вращающегося друг относительно друга в подшипнике 3.
Двигатели 6h, 6v, таким образом, образуют приводное средство для воздействия системы управления на угол между этими двумя частями 1, 2. Конечно, кроме электрических двигателей может быть предложено другое приводное средство, например, электромагнитные устройства или пьезоэлектрические устройства.
Функция сервосистемы заключается том, чтобы посредством изменений ориентации продольного направления ствола изменять угол в точке 3 подшипника так, чтобы изменению в направлении ствола было оказано противодействие. Основная функция винтовки, разработанной согласно изобретению, может быть описана следующим примером. Предположим, что меткий стрелок, после того как активизировал главный токовый переключатель 14 и, таким образом, включил электронику сервосистемы, производит прицеливание, то есть поднимает оружие и приближает приклад к плечу. Когда меткий стрелок прижимает приклад к плечу, при этом активируется токовый переключатель 15, который активирует двигатели сервосистемы, посредством чего наводка ствола после этого является стабилизированной. Затем предположите, что меткий стрелок производит прицеливание в цель, по которой он желает произвести выстрел, и что он во время прицеливания непреднамеренно опускает руку, удерживающую впереди ложе, то есть нижнюю часть передней части 1 оружия. Когда в результате этого ствол начинает опускаться вниз, то начинается вращение винтовки, то есть ствол и приклад 1, 2 вращаются вместе относительно точки, где приклад находится в контакте с плечом стрелка. Когда ствол опускается вниз, то вращение, при рассмотрении винтовки на фиг.1a, должно поворачиваться по часовой стрелке. Вращение приводит к изменению в сигнале от гироскопа 4v, измеряющего вертикальную скорость вращения ствола. Сигнал через усилитель 5v воздействует на двигатель 6v, изменяя вертикальный угол между прикладом 2 и стволом 1 так, чтобы задний конец стержня 10 был нажат вниз относительно заднего конца приклада, в соответствии с чем на переднюю часть приклада и задний конец ствола воздействует сила, направленная вниз. Так как сила, нажимающая на стержень 10 книзу при этом направлена не к центру тяжести передней части, а к точке позади центра тяжести (влево на фиг.1a), эта сила создает крутящий момент поворота, действующий на ствол 1, крутящий момент которого на фиг.1a, будет иметь направление против часовой стрелки. Задний конец ствола опускается, в соответствии с чем его ориентация изменяется так, что направление прицеливания поднимается вверх, в соответствии с чем непреднамеренное опускание направления прицеливания уменьшается или исключается. Таким образом, направление прицеливания (и направление пули) в зависимости от скорости перемещения и размера возвращается в большей или меньшей степени к ориентации ствола, которая была придана до того как он был опущен вниз метким стрелком.
При инициировании вращения в горизонтальном направлении регулирование направления ствола в горизонтальной плоскости имеет место под влиянием соответствующих элементов в горизонтальном канале сервосистемы.
В случае короткоствольного оружия функция выполняется, по существу, таким же образом, за исключением того, что задний конец приклада 2 не расположен против плеча меткого стрелка и, таким образом, не прикреплен к (относительно) неподвижной точке. Вместо вращения приклада 2 вокруг заднего конца приклада, он имеет тенденцию вращаться вокруг его центра масс. Если вес части, названной здесь прикладом 2 и включающим в себя электронику сервосистемы, при этом является достаточно большим и расположен достаточно далеко от подшипника 3, то крутящий момент поворота на ствол при функционировании сервосистемы будет достаточно значительным для стабилизации ствола посредством массы и момента инерции приклада 2.
Что является характерным для непреднамеренных перемещений ствола, то есть перемещений, которые должны быть ослаблены сервосистемой, то они в большей степени, чем преднамеренные перемещения, содержат высокочастотные компоненты. Посредством соответствующего выбора частотного диапазона, в пределах которого работает сервосистема, меткий стрелок может выполнять преднамеренные коррекции ориентирования ствола без воспрепятствования со стороны сервосистемы каким-либо иным образом, чем измерение определенной инерции в движении ствола, в то время как более быстрым изменениям в ориентации ствола, которые обычно являются преднамеренными, наоборот, оказывается противодействие, и они в значительной степени ослабляются.
Согласно предпочтительным вариантам осуществления сигнал от передатчиков угловых скоростей предназначен для фильтрации высокочастотным фильтром в полосовых фильтрах усилителей, а затем для подавления сигналов, имеющих сравнительно низкую частоту, и предоставления возможности сигналам, имеющим сравнительно высокую частоту проходить, чтобы сравнительно медленным изменениям в ориентации ствола не оказывалось противодействие, и они не были ослаблены до такой же высокой степени, как и быстрые, обычно непреднамеренные изменения ориентации.
Предпочтительно выполнять высокочастотную фильтрацию с выбранной предельной частотой высокочастотного фильтра для адаптации ослабления перемещений ствола, например, действующего оружия и используемого.
Предпочтительный интервал для таких предельных частот составляет приблизительно от 0,5 до приблизительно 5 Гц.
Электроника сервосистемы и двигатели приводятся в действие аккумуляторными батареями, которые встроены в оружие 3. В дополнение к главному переключателю для включения и выключения электрического напряжения для электроники сервосистемы, установленной с соответствующим местоположением на оружии 13, нажимная пластина 12 включена в винтовку и переключатель 15, соединенный с пластиной и установленный в торце приклада, такой переключатель активирует двигатели сервосистемы. Нажимная пластина находится в ее выдвинутом внешнем положении посредством пружины и вдвигается, когда меткий стрелок устанавливает приклад к плечу. Когда нажимная пластина находится в своем внешнем положении, переключатель 15 является выключенным. Необходимым условием для работы двигателей сервосистемы является включение главного переключателя 14 и нажатие нажимной пластины 12, и, таким образом, переключатель 15 является включенным. Нажимная пластина 12 и переключатель 15 соединены для этой цели, поэтому имеют в качестве их функции активацию двигателей сервосистемы и стабилизацию направления прицеливания только во время прицеливания, то есть, когда винтовку удерживают прижатой к плечу, не иначе. Таким образом, потребление тока уменьшается.
В случае с короткоствольным оружием, нажимная пластина, активирующая двигатели сервосистемы, заменена переключателем 7, установленным в соответствующем положении на оружии, где он может управляться метким стрелком, когда он выполняет прицеливание. На фиг. 2 уточнено позиционирование, что делает возможным для стрелка активирование сервосистемы посредством нажима на нажимную кнопку на заднем конце приклада. Точное позиционирование этого переключателя 7 определяется в зависимости от конструкции оружия и от того как он удерживается в руке во время выполнения прицеливания.
В короткоствольном оружии свободное место в оружии не является достаточно большим, чтобы вмещать сервосистему и механику. По этой причине, но также для увеличения момента инерции приклада 2 эти части соответственно расположены внизу и позади рукоятки пистолета. Возможная конструкция показана на фиг.2. Увеличение момента инерции приводит к тому, что определенное изменение установленного угла между прикладом и стволом может происходить с меньшим вращением приклада.
Представленное изобретение описано выше в ассоциации с примерами конструкции и предпочтительными вариантами осуществления.
Другие варианты осуществления, так же как незначительные изменения и дополнения, конечно, могут быть предложены без отступления от основной идеи изобретения.