АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЫСОКОТОЧНЫМ ОРУЖИЕМ
HIGHLY-ACCURATE WEAPONS AUTOMATIC CONTROL SYSTEM

Предлагаемая автоматизированная система управления высокоточным оружием (АСУ ВТО) относится к военной технике, а более конкретно - к АСУ ВТО, устанавливаемых на подвижных объектах: танках, БМП, судах, вертолетах и др. Подобные АСУ ВТО позволяют автоматизировать процессы учета условий стрельбы, определения углов прицеливания и бокового упреждения, а также введения поправок в положение оружия в момент выстрела.
Известны АСУВ танков первого послевоенного поколения Т-55 и Т-62 (см., например, «Руководство по материальной части и эксплуатации танка Т-55». Воениздат, М., 1965 г.). Каждая из АСУВ этих танков содержит пульт управления, автоматизированные приводы наведения ствола пушки в вертикальной и горизонтальной плоскостях с блоком их включения и стабилизатором вооружения с зависимой линией прицеливания. Эффективность этих систем достаточно высока. Она обеспечивается введением автоматизированных приводов наведения ствола пушки в двух плоскостях. Достигаемая вероятность попадания при этом не ниже 50%. Однако для этих систем характерны недостатки. Совмещение с целью зависимой линии прицеливания, связанной с вооружением, приводит к тому, что ошибки слежения за целью определяются возмущениями, действующими на вооружение, которые велики (в горизонтальной плоскости при стрельбе с ходу достигают 2 т.д.). Кроме того, при их применении в пустынной, горно-пустынной и прибрежных местностях точность стрельбы всеми типами снарядов может дополнительно (до 1 т.д. и более) ухудшаться. Это объясняется тем, что в указанных районах вследствие высокой температуры нагрева (до 60 градусов) подстилающей поверхности над ней возникают мощные восходящие воздушные потоки (см., например, Савкин Л.С., Лебедев Б.Д. Метеорология и стрельба артиллерии. М., Воениздат, 1974, с.10-14), отклоняющие снаряды в полете по высоте от линиии прицеливания.
Следует также отметить, что измерение дальности в этих АСУВ до цели производится с помощью дальномерных шкал, что обусловливает большую погрешность (более 10% от измеренной дальности) ее измерения, а следовательно, и погрешность в определении угла прицеливания. Поэтому при стрельбе из танков Т-55 и Т-62 вероятность попадания, как правило, не превышает 50%, а дальность эффективного огня составляет всего лишь 1400-1600 м.
Известна автоматизированная система управления огнем танкового вооружения (см., например, «Танк Т-80Б. ТО и ИЭ». Кн.1, М., Воениздат, 1984, с.46-95). Она содержит баллистический вычислитель, блок ручных поправок, выходы которого (по количеству поправок) подключены к соответствующим входам баллистического вычислителя, переключатель баллистики, лазерный дальномер и датчик ветра, выходы каждого из которых подключены соответственно к первому, второму и третьему входам баллистического вычислителя, и последовательно соединенные пульт управления, прицел, сумматор, ко второму входу которого подключен выход баллистического вычислителя, привод вертикального наведения орудия и орудие.
Эффективность этой системы управления огнем по сравнению с предшествующей существенно возросла. Дальность эффективного артиллерийского огня увеличилась до 2200-2500 м, а ракетного - до 4000 м. Повышение эффективности достигнуто прежде всего за счет реализации независимой линии прицеливания, автоматического ввода поправок включенных в боекомплект управляемых ракет и их системы наведения. Это потребовало введения в систему управления огнем ряда дополнительных элементов, например, баллистического вычислителя, блока ручных поправок, датчика ветра, лазерного дальнометра, прицела со стабилизатором линии прицеливания и переключателя баллистики и др. Введенные элементы позволили учесть ряд поправок при стрельбе, за исключением поправок на отклонения снаряда и управляемой ракеты от точки прицеливания при их полете в условиях восходящих и продольных воздушных потоков, которые могут составить при стрельбе всеми типами снарядов более 0,5 т.д. и более 0,2 т.д. при стрельбе управляемыми ракетами.
Известна также автоматизированная система управления высокоточным оружием танка (см., например, патент РФ на изобретение №2324134 по заявке на изобретение №2006131833 от 06.09.2006 г. по кл. F41G 5/14), являющаяся по технической сути и существенным признакам наиболее близкой к заявляемой и принимаемая за ее прототип. Одновременно она является базовым объектом предлагаемой системы и содержит баллистический вычислитель, блок ручных поправок, выходы которого (по количеству поправок) подключены к соответствующим входам баллистического вычислителя, переключатель баллистики, лазерный дальномер и датчик ветра, выходы каждого из которых подключены соответственно к первому, второму и третьему входам баллистического вычислителя, датчик восходящего потока, вход которого через ключ подключен ко второму выходу датчика ветра, первый квадратор, вход которого соединен с выходом датчика восходящего потока, второй квадратор, вход которого через блок деления подключен к выходам лазерного дальномера и переключателя баллистики, последовательно соединенные пульт управления, прицел, сумматор, второй вход которого соединен с выходом баллистического вычислителя, привод вертикального наведения и орудие, механически связанное со вторым входом датчика восходящего потока, а также последовательно соединенные масштабирующий блок, блок умножения и согласующее устройство, выход которого подключен к третьему входу сумматора.
Введение в автоматизированную систему управления огнем датчика восходящего потока, ключа, квадраторов, блоков умножения и деления и других элементов обеспечило возможность выработки поправки на действие восходящего воздушного потока и устранения отклонения снарядов от точки прицеливания, вызываемого этим потоком. Однако такая поправка вырабатывается лишь при стрельбе артиллерийскими снарядами.
На танках, имеющих в составе боекомплекта управляемые ракеты (например, танки Т-80 В, Т-64Б и др.), системы управления огнем не имеют возможности компенсировать отрицательное влияние восходящего воздушного потока на управляемую ракету, которое проявляется и на начальном (неуправляемом) участке движения ракеты, когда она совершает баллистический полет, и в процессе управления вплоть до попадания ракеты в цель (или до окончания процесса управления). На начальном (неуправляемом) участке действие восходящего воздушного потока приводит к увеличению рассеивания ракет в поле зрения прицела и координатора, что уменьшает надежность захвата и ухудшает динамику автоматического контура управления ракетой (из-за увеличения величины рассогласования между управляемой ракетой и линией прицеливания при захвате). В процессе же наведения управляемой ракеты на цель восходящий воздушный поток действует на замкнутый автоматический контур управления ракетой как внешнее возмущение (подобно силе тяжести ракеты, но с обратным знаком) и приводит и образованию постоянной ошибки наведения, вызывающей уменьшение точности стрельбы (вероятности попадания). Продольные воздушные потоки уменьшают вероятность своевременного опускания управляемой ракеты на линию прицеливания при ее наведении в режиме «с превышением».
Задачей настоящего технического решения является повышение эффективности стрельбы управляемой ракетой путем повышения точности наведения и надежности захвата за счет компенсации возмущающих действий восходящих и продольных воздушных потоков.
Указанная цель достигается тем, что в автоматизированную систему управления высокоточным оружием, включающую баллистический вычислитель, блок ручных поправок, выходы которого (по количеству поправок) подключены к соответствующим входам баллистического вычислителя, переключатель баллистики, лазерный дальномер и датчик ветра, выходы каждого из которых подключены соответственно к первому, второму и третьему входам баллистического вычислителя, датчик восходящего потока, вход которого через ключ подключен ко второму выходу датчика ветра, первый квадратор, вход которого соединен с выходом датчика восходящего потока, второй квадратор, вход которого через блок деления подключен к выходам лазерного дальномера и переключателя баллистики, последовательно соединенные пульт управления, прицел, сумматор, второй вход которого соединен с выходом баллистического вычислителя, привод вертикального наведения и орудие, механически связанное со вторым входом датчика восходящего потока, а также последовательно соединенные масштабирующий блок, блок умножения и согласующее устройство, выход которого подключен к третьему входу сумматора дополнительно введена система наведения управляемой ракеты, включающая блок компенсации силы тяжести управляемой ракеты и последовательно соединенные координатор, вход которого соединен со вторым выходом прицела, устройство формирования сигнала управления, дополнительный сумматор, второй вход которого соединен с выходом блока компенсации силы тяжести управляемой ракеты, устройство формирования команды управления и линию передачи команд, сопряженную с управляемой ракетой, а также введены блок превышения, третий квадратор, блок констант, два переключателя, три дополнительных масштабирующих блока, инвертор, выход которого соединен с третьим входом дополнительного сумматора, последовательно соединенные второй ключ, вход которого соединен с третьим выходом датчика ветра, датчик продольного воздушного потока, третий квадратор, третий дополнительный масштабирующий блок и блок превышения, выход которого соединен с четвертым входом дополнительного сумматора, при этом первый, второй и третий входы первого переключателя соединены с выходами соответственно переключателя баллистики, второго квадратора и блока констант, а выход - со вторым входом блока умножения, первый и второй входы второго переключателя соединены с выходами соответственно переключателя баллистики и первого квадратора, первый выход второго переключателя соединен со входом масштабирующего блока, второй - через первый дополнительный масштабирующий блок соединен с третьим входом блока умножения, третий - через второй дополнительный масштабирующий блок соединен со входом инвертора, а четвертый - со вторым входом блока превышения.
Введение новых элементов и связей позволяет получить новую информацию об условиях стрельбы (скорость восходящего и продольного воздушных потоков) управляемой ракетой и компенсировать неблагоприятные воздействия, что обеспечивает повышение эффективности стрельбы и точности наведения управляемой ракеты.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, на котором показаны взаимное расположение и связи элементов предлагаемой автоматизированной системы управления высокоточным оружием танка и приняты следующие обозначения (предлагаемые элементы и связи показаны пунктиром, а сплошными линиями изображены элементы и связи прототипа):
1 - пульт управления (ПУ),
2 - прицел (Пр),
3 - сумматор (С),
4 - привод вертикального наведения (ПВН),
5 - орудие (О),
6 - блок ручных поправок (БРП),
7 - баллистический вычислитель (БВ),
8 - ключ (Кл),
9 - датчик восходящего потока (ДВП),
10 - датчик ветра (ДВ),
11 - лазерный дальномер (ЛД),
12 - переключатель баллистики (ПБ),
13 - согласующее устройство (СУ),
1
14 - первый квадратор (К),
15 - блок деления (БД),
1
16 - первый переключатель (П),
17 - блок умножения (БУ),
2
18 - второй переключатель (П),
2
19 - второй квадратор (К),
20 - блок констант (БК),
21 - масштабирующий блок (МБ),
22 - блок компенсации силы тяжести управляемой ракеты (БСТ),
1
23 - первый дополнительный масштабирующий блок (ДМБ),
24 - координатор (К),
25 - устройство формирования сигнала управления (УФС),
26 - дополнительный сумматор (ДС),
27 - инвертор (Ив),
2
28 - второй дополнительный масштабирующий блок (ДМБ),
29 - устройство формирования команды управления (УФК),
30 - линия передачи команд (ЛПК),
31 - управляемая ракета (УР),
32 - датчик продольного воздушного потока (ДПП),
2
33 - второй ключ (Кл),
34 - блок превышения (БПр),
3
35 - третий квадратор (К),
36 - третий дополнительный масштабирующий блок.
Блоки 1-15, 17, 19, 21 являются штатными блоками прототипа и выполняют те же функции. Переключатели П1 и П2 при переключении переключателя баллистики 12 на стрельбу артиллерийскими снарядами находятся в исходном положении и обеспечивают работу системы как в прототипе: переключатель П1 (бл.16) обеспечивает связь второго квадратора 19 с блоком умножения 17, а переключатель П2 (бл.18) обеспечивает связь первого квадратора К1 (бл.14) с масштабирующим блоком 21. При установке переключателя баллистики 12 в положение стрельбы управляемой ракетой (в СУО танков Т-80Б, Т-64Б в положение "У") происходит переключение переключателей П1 и П2 (благодаря их связи с блоком 12). При этом П1 обеспечивает отключение бл.17 от квадратора 19 и подключение его к блоку констант 20, а П2 отключает от блока 14 блок 21 и подключает к нему блоки 23 и 28. Блок констант выполнен на основе делителя напряжения и обеспечивает подачу от бортовой сети или автономного источника питания постоянного сигнала на блок умножения 17. Он может быть снабжен переключателем или регулятором, обеспечивающими возможность выбора (регулирования) одного из нескольких постоянных сигналов. Блок 20 компенсация силы тяжести является штатным блоком системы наведения. На танке Т-80Б он выполнен на основе потенциометрического программного механизма. Такие блоки установлены практически во всех принятых на вооружение системах наведения управляемых ракет (см., например, Станция 9С 461, Техническое описание БД1 320022 ТО/СС, ВАБТВ, М., Инв.№41435, с.62-82). Блоки 24, 25, 26, 29, 30 и 31 также являются штатными элементами системы наведения (см. там же).
Дополнительный масштабирующий блок 23 обеспечивает получение сигнала, соответствующего половине значения ускорения управляемой ракеты а/2 (такую же функцию в прототипе выполняет блок 21 для артиллерийских снарядов), которое она приобретает под действием восходящего воздушного потока. Его значение с учетом аэродинамики (см., например, Неупокоев Ф.К. «Стрельба зенитными ракетами», М., Воениздат, 1970, с.99-121) определяется выражением:
х
где: С - коэффициент сопротивления управляемой ракеты в вертикальной плоскости,
ρ - плотность воздуха,
S - характерная площадь снаряда,
m - масса снаряда.
Дополнительный масштабирующий блок 28 обеспечивает получение сигнала, соответствующего аэродинамической силе, действующей на управляемую ракету в результате действия вертикального воздушного потока. Его значение определяется выражением (также см. книгу Неупокоева Ф.К., с.99-121):
28
где: К - коэффициент пропорциональности, определяющий уровень сигнала на выходе блока 28 от действующей силы. Его значение для определенной ракеты равно значению аналогичного коэффициента блока 22.
Инвертор 27 обеспечивает изменение полярности сигнала с блока 28.
Блоки 32-36 выполнены таким же образом, как и аналогичные блоки в прототипе.
Работает предлагаемая автоматизированная система управления высокоточным оружием танка следующим образом. Командир танка, зная отклонение условий стрельбы от табличных, вводит их через блок ручных поправок 6 в баллистический вычислитель 7. Тем временем наводчик, наблюдая за полем боя через прицел 2, обнаруживает цель, определяет тип боеприпаса для ее уничтожения и устанавливает переключатель баллистики 12 в соответствующее положение, информация о чем поступает на входы баллистического вычислителя 7 и блока деления 15. Далее наводчик совмещает с целью при помощи органов управления на пульте управления 1 прицельную марку и нажимает на кнопку измерения дальности. При этом срабатывает лазерный дальномер 11, и информация о дальности до цели Дц поступает на входы блоков 7 и 15. При этом в блоке деления 15 реализуется алгоритм tп=Дц/Vo, где tп - время полета управляемой ракеты (или артиллерийского снаряда) до цели, Дц - дальность до цели, Vo - скорость полета снаряда.
Второй квадратор 19 обеспечивает возведение во вторую степень сигнала, соответствующего tп, который подается на него с выхода блока 15. С блока 19 сигнал поступает на вход блока 16 (первый переключатель), который при стрельбе артиллерийскими снарядами обеспечивает передачу сигнала с блока 19 на блок 17 (блок умножения). В этом случае сигналы с переключателя баллистики не поступают ни на блок 16, ни на блок 18. Далее наводчик осуществляет заряжание орудия 5, при этом с нажатием кнопки «М3» срабатывает датчик ветра 10, и информация о скорости бокового ветра в районе огневой позиции танка поступает в баллистический вычислитель 7. В блоке 7 сигналы с блоков 6, 10-12 преобразуются по известным алгоритмам (см., например, «Автоматизированный комплекс управления вооружением ракетно-пушечного танка», М., ВАБТВ, 1980, с.50-54) в сигнал, соответствующий углу прицеливания для данных условий стрельбы, который затем подается в сумматор 3. Одновременно датчик ветра 10 через ключ 8 обеспечивает включение в работу датчика восходящего потока 9, который, измерив скорость восходящего воздушного потока и сформировав соответствующий ему сигнал, подает его на вход первого квадратора 14, в котором этот сигнал возводится во вторую степень, а затем подается на вход блока 18, который (при отсутствии сигнала с выхода переключателя баллистики 12) пропускает его на вход блока 21. В масштабирующем блоке 21 реализуется алгоритм (1), но для артиллерийского снаряда (см. прототип), и на выходе блока 21 образуется сигнал, соответствующий а/2 - половине ускорения снаряда от восходящего потока, - который затем подается на вход блока 17. В блоке умножения 17 сигналы с блоков 19 и 21 преобразуются в соответствии с выражением:
где: ΔУ - отклонение снаряда по высоте от точки прицеливания. То есть в сигнал, соответствующий отклонению данного снаряда по высоте от точки прицеливания под воздействием восходящего воздушного потока, который затем подается на вход блока 13, и согласуется с рабочими характеристиками сумматора 3, привода вертикального наведения орудия 4 и подается на вход блока 3. В сумматоре 3 сигналы с блоков 7 и 13 суммируются и формируют результирущий сигнал, соответствующий уточненному углу прицеливания, который подается в блок 4 и, в соответствии с полученным сигналом, обеспечивает перемещение орудия 5 относительно линии прицеливания.
Если же стрельба производится управляемыми ракетами, то на переключателе баллистики 12 устанавливается соответствующее положение переключателя (например, в танках Т-64Б и Т-80У - положение «У»). В этом положении переключателя баллистики 12 с его второго и третьего выходов подаются сигналы на переключение переключателей 16 и 18. Первый переключатель 16 отключает от блока 17 блок 19, а подключает блок 20 (блок констант). Если с блока 19 на вход блока 16 поступал сигнал, соответствующий квадрату времени полета снаряда до цели (этот сигнал случайный в каждом конкретном случае и определяется дальностью до цели), то с блока 20 поступает сигнал, соответствующий квадрату времени неуправляемого полета ракеты на начальном участке. Для каждой конкретной системы наведения этот сигнал практически постоянный и определяется временем от момента схода управляемой ракеты до момента ее захвата системой наведения и начала управления. Для системы наведения комплекса управляемого ракетного вооружения 9К112-1 танков Т-64Б и Т-80Б это время составляет ~1,5 с.
Второй переключатель 18 по сигналу с блока 12 отключает от блока 17 блок 21 и подключает к блоку 17 дополнительный масштабирующий блок 23, передаточный коэффициент которого (см. выражение (1)) определяется аэродинамическими особенностями ракеты и ее массой. Если же работа маршевого двигателя ракеты начинается до ее захвата, то и его влияние, определяемое экспериментально, должно быть отражено в этом коэффициенте. Работа блоков 13, 3, 4 и 5 происходит так же, как и при стрельбе артиллерийскими снарядами.
Кроме того, по сигналу с блока 12 переключатель 18 подключает к блоку 14 второй дополнительный масштабирующий блок 28, в котором сигнал с выхода блока 14 преобразуется в соответствии с выражением (2), а затем, инвертируясь в блоке 27, подается на третий вход дополнительного сумматора 26 в качестве сигнала компенсации силы восходящего вертикального потока. После пуска управляемая ракета 31 попадает в поле зрения прицела 2 и съюстированное с ним поле зрения координатора 24. Координатор 24 обеспечивает выработку сигнала, соответствующего отклонению управляемой ракеты от линии прицеливания и подает его на вход устройства формирования сигнала управления, который производит усиление и корректировку сигнала управления и подает его на дополнительный сумматор 26, где выработанный сигнал управления суммируется с сигналом компенсации силы тяжести управляемой ракеты, выработанным блоком 22, и с сигналом компенсации восходящего воздушного потока с выхода блока 27. Суммарный сигнал подается на устройство 29 формирования команды управления, где преобразуется, шифруется и в виде команды управления через линию передачи команд 30 подается на аппарат управления управляемой ракеты 31, которая под действием полученной команды перемещается к линии прицеливания, чем и устраняется рассогласование между ею и линией прицеливания.
Подобным же образом работают и блоки 32-36, включаемые в работу с помощью второго ключа 33.
Таким образом, при стрельбе управляемой ракетой повышается надежность ее захвата за счет ввода поправки в привод орудия, компенсирующей отклонение ракеты на начальном неуправляемом участке траектории и уменьшающей опасность ее выхода из поля зрения координатора 24. Кроме того, повышаются точностные характеристики системы наведения управляемой ракеты за счет ввода поправки в автоматический контур управления ракетой, компенсирующий ее отклонения от линии прицеливания, вызванные действием сил восходящего и продольного воздушных потоков.
Предварительные расчеты показывают, что вероятность попадания при стрельбе в рассмотренных условиях и с использованием предлагаемой автоматизированной системы управления высокоточным оружием танка может быть повышена до 20%.