СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК РАССЕИВАНИЯ СНАРЯДОВ ПРИ СТРЕЛЬБЕ ИЗ АРТИЛЛЕРИЙСКОГО ОРУЖИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
DETERMINATION OF PROJECTILES SCATTER CHARACTERISTICS AT ARTILLERY FIRE AND DATA PROCESSING SYSTEM TO THIS END

Изобретение относится к полигонным испытаниям и может быть использовано для определения влияния условий стрельбы на характеристики рассеивания снарядов.
Известен способ для измерения скорости метаемого тела, заключающийся в измерении временного интервала при пролете метаемого тела относительно двух пространственно разнесенных неконтактных датчиков, формировании измерительного поля неконтактных датчиков в виде двухмерной лазерной сетки, на основе изготовления конструкции неконтактных датчиков в виде двух перпендикулярно расположенных линеек излучателей и фотоприемников, определения координат пролета метаемого тела на основе фиксации комбинации сработавших элементов фотоприемников, выдачи информации о скорости метаемого тела и координат его пролета относительно первого и второго датчиков (Ефанов В.В., Мужичек С.М., патент РФ на изобретение №2285267 от 10.10. 2006 г.).
Известно устройство для измерения скорости метаемого тела, которое содержит два разнесенных датчика, первый и второй измерительные приборы, связанные с выходами датчиков, первый, второй, третий, четвертый элемент ИЛИ, первый и второй блок логики, а каждый из датчиков выполнен в виде двух перпендикулярно расположенных линеек излучающих диодов и линеек фотоприемников, причем выходы горизонтально расположенной линейки фотоприемников первого датчика соединены одновременно с входами первого элемента ИЛИ и первыми входами первого блока логики, выходы вертикально расположенной линейки фотоприемников первого датчика соединены одновременно с входами второго элемента ИЛИ и вторыми входами первого блока логики, выходы горизонтально расположенной линейки фотоприемников второго датчика соединены одновременно с входами третьего элемента ИЛИ и первыми входами второго блока логики, выходы вертикально расположенной линейки фотоприемников второго датчика соединены одновременно с входами четвертого элемента ИЛИ и вторыми входами второго блока логики, выходы первого и второго элемента ИЛИ соединены соответственно с первыми входами первого и второго измерительных приборов, выходы третьего и четвертого элемента ИЛИ соединены соответственно со вторыми входами первого и второго измерительных приборов, выход источника питания соединен с линейками излучающих диодов, блок логики состоит из матрицы элементов И, из матрицы триггеров, блока индикации, причем первые входы матрицы элементов И соединены с первыми входами блока логики, а вторые входы соединены со вторыми входами блока логики, а выходы элементов И соединены с входами триггеров, выходы которых соединены с блоком индикации (Ефанов В.В., Мужичек С.М., патент РФ на изобретение №2285267 от 10.10.2006 г.).
Недостатком данных способа и устройства является невозможность определения влияния условий стрельбы на характеристики рассеивания снарядов. Одним из важнейших факторов, определяющих случайный характер ущерба, наносимого стрельбой цели, является рассеивание средств поражения - снарядов, бомб, ракет, торпед и др. Рассеиванием называется случайное отклонение относительной траектории снаряда от расчетной точки. Обычно в качестве расчетной точки рассматривается центр цели. Рассеивание имеет место при любом виде стрельбы и вызывается различными ошибками, сопровождающими прицеливание и стрельбу.
Источников ошибок стрельбы, вызывающих рассеивание снарядов, существует много. Наибольший удельный вес в суммарном рассеивании имеют ошибки стрельбы, связанные с прицеливанием и наведением снаряда в точку встречи с целью. Точное положение точки встречи в пространстве описывается сложной системой уравнения. Для решения их на борту ЛА имеются информационная система, получающая необходимую информацию, бортовая ЭВМ, которая обрабатывает полученную информацию, решает систему уравнений и передает соответствующие сигналы на исполнительные органы, реализующие управляющие команды. Ошибки в измерении параметров цели, в упрощении алгоритмов прицеливания приводят к ошибкам стрельбы и называются соответственно информационными и методическими ошибками. Ошибки стрельбы вызывающие случайные условия отделения средств поражения от орудия или летательного аппарата, которые определяются индивидуальными конструктивными особенностями подвески его на ЛА и колебаниями установки под влиянием сил отдачи при стрельбе из автоматического оружия, называются техническими ошибками (Калабухова Е.П. Основы теории эффективности воздушной стрельбы и бомбометания: Учебник для студентов вузов. М.: Машиностроение, 1991 г. - 332 с.).
Одним из основных факторов, влияющих на точность стрельбы, является состояние ствола, которое определяется понятием «живучесть ствола».
Живучесть ствола - это способность ствола сохранять основные характеристики оружия в определенных условиях боевого применения и при интенсивном разогреве ствола противостоять механическому воздействию в основном ведущих поясков снаряда (Авиационное артиллерийское вооружение, под редакцией Н.А. Лобачева, издание ВВИА имени проф. Н.Е. Жуковского, 2005 г.). Живучесть стволов, является важнейшим фактором, определяющим живучесть оружия в целом, а также боевые, эксплуатационные и экономические характеристики систем артиллерийского вооружения в целом.
Живучесть считается исчерпанной, когда начальная скорость уменьшается на 5% от номинального значения.
Основной причиной износа ствола является разгар канала ствола вследствие теплового воздействия порохового газа, температура которого достигает 2500…3000 К, и больших сил трения между нарезами и ведущим пояском.
В настоящее время ствол оружия меняется в зависимости от количества выстрелов, при этом гарантийный ресурс работы стволов для пушки ГШ-301 определен 2000 выстрелов, ГШ-30 - 4000 выстрелов, ГШ-6-30А - 6000 выстрелов, ГШ-6-23М - 9000 выстрелов.
Технической задачей изобретения является повышения информативности за счет определения влияния условий стрельбы на характеристики рассеивания снарядов.
Решение технической задачи достигается тем, что в способе определения характеристик рассеивания снарядов, заключающемся в измерении скоростей снарядов на основе фиксации временных интервалов при пролете снарядов двух разнесенных между собой неконтактных датчиков, формировании измерительного поля неконтактных датчиков в виде двухмерной сетки на основе изготовления конструкции неконтактных датчиков в виде двух перпендикулярно расположенных линеек излучателей и фотоприемников, определении координат пролета снарядов на основе фиксации комбинации сработавших элементов фотоприемников, отличающийся тем, что дополнительно, определяют начальную скорость снарядов на основе измерения временного интервала при пролета снарядов относительно двух датчиков, размещенных на канале ствола, определяют координаты попадания снарядов в мишень на основе фиксации сработавших элементов линеек фотоприемников, определяют математическое ожидание центра рассеивания снарядов в виде выражений
p
K
k
где N - количество выстрелов, Ζ Y - координаты попадания снаряда при одном выстреле, определяют среднее квадратичные отклонения в виде выражений:
осуществляют запись данных о номере пушки, времени и результатах испытаний в блок памяти, осуществляют передачу данных на микроЭВМ, определяют зависимость характеристик рассеивания снарядов от начальной скорости снарядов, определяют динамику изменений начальной скорости и характеристик рассеивания на основе анализа результатов испытаний по временным интервалам для данного артиллерийского оружия, определяют состояния стволов артиллерийского оружия на основе определения степени уменьшения скорости в виде сообщений «износ ствола незначительный», «износ ствола 50%» и «полный износ ствола», осуществляют сигнализацию о недопустимых значениях начальной скорости и характеристик рассеивания снарядов при превышении пороговых значений, осуществляют индикацию результатов испытаний.
Решение технической задачи достигается тем, что в информационно-вычислительной системе для определения характеристик рассеивания снарядов при стрельбе из артиллерийского оружия, содержащей два разнесенных в пространстве неконтактных датчика, блок определения параметров движения снарядов, который содержит первый и второй измерительные приборы, связанные с выходами датчиков, первый, второй, третий, четвертый элементы ИЛИ, первый и второй блоки логики, каждый из неконтактных датчиков выполнен в виде двух перпендикулярно расположенных линеек излучающих диодов и линеек фотоприемников, причем выходы горизонтально расположенной линейки фотоприемников первого датчика соединены одновременно с входами первого элемента ИЛИ и первыми входами первого блока логики, выходы вертикально расположенной линейки фотоприемников первого датчика соединены одновременно с входами второго элемента ИЛИ и вторыми входами первого блока логики, выходы горизонтально расположенной линейки фотоприемников второго датчика соединены одновременно с входами третьего элемента ИЛИ и первыми входами второго блока логики, выходы вертикально расположенной линейки фотоприемников второго датчика соединены одновременно с входами четвертого элемента ИЛИ и вторыми входами второго блока логики, выход первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с первыми входами первого и второго измерительных приборов, выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ соединены соответственно со вторыми входами первого и второго измерительных приборов, выход источника питания соединен с линейками излучающих диодов, блок логики состоит из матрицы элементов И, из матрицы триггеров, причем первые и вторые входы блока логики являются соответственно первыми и вторыми входами матрицы элементов И, выходы которых соединены с первыми входами матрицы триггеров, выходы которых являются выходами блока логики, первым, вторым, группой третьих и четвертых выходов блока определения параметров движения снарядов являются соответственно выходы первого и второго измерительных приборов, первого и второго блоков логики, отличающаяся тем, что дополнительно введены два неконтактных датчика, размещенных на канале ствола оружия, и блок определения начальной скорости снарядов, а также электронная мишень, блок обработки сигналов, приемное устройство, блок сопряжения, микроЭВМ, индикатор, а в блок логики дополнительно введена дифференцирующая цепь, при этом в качестве неконтактных датчиков, размещенных на канале ствола артиллерийского оружия, могут быть использованы магнитострикционные, соленоидные, индукционные, фотоэлектронные датчики, кнопка «Огонь» соединена с входом управления стрельбой артиллерийского оружия, пятым входом блока определения параметров движения снарядов и девятым входом блока обработки сигналов, при этом данные входы являются соответственно третьими входами первого и второго блока логики, входящих в состав блока определении параметров движения цели, и третьими входами блока логики, входящего в состав блока обработки сигналов, третьи входы блоков логики являются входами дифференцирующей цепи, выходы которых соединены со вторыми входами матрицы триггеров, выходы первого и второго неконтактных датчиков соединены соответственно с первым и вторым входами блока определения начальной скорости снарядов, первый и второй выходы которого соединены соответственно с седьмым и восьмым входами блока обработки сигналов, который содержит последовательно соединенные блок измерения скорости, блок анализа скорости и аналого-цифровой преобразователь, при этом выход блока измерения скорости и выход аналого-цифрового преобразователя будут являться соответственно первым и вторым выходами блока определения начальной скорости снарядов, первая и вторая группой выходов электронной мишени, а также первый, второй, группа третьих и четвертых выходов блока определения параметров движения снарядов, соединены соответственно с группой первых, вторых, третьим, четвертым, группой пятых и шестых входов блока обработки сигналов, выход которого соединен по бесконтактной линией связи с входом приемного устройства, выход которого через устройство согласования соединен с входом микроЭВМ, выход которой соединен с выходом индикатора, блок обработки сигналов содержит блок логики, блок определения характеристик рассеивания снарядов, блок памяти, передающее устройство, причем группа первых и вторых входов, а также третий, четвертый, группа пятых и шестых входов блока обработки сигналов являются соответственно группой первых и вторых входов блока логики, а также третьим, четвертым, группой пятых и шестых входов блока памяти, группа выходов блока логики соединена одновременно с входами блока определения характеристик рассеивания снарядов и группой вторых входов блока памяти, выход блока определения характеристик рассеивания снарядов соединен с первым входом блока памяти, выход которого соединен с входом передающего устройства, выход которого является бесконтактным выходом блока обработки сигналов.
На фиг. 1 приведена структурная схема информационно-вычислительной системы определения характеристик рассеивания снарядов при стрельбе из артиллерийского оружия, на фиг. 2 - структурная схема блока определения начальной скорости снарядов, на фиг. 3 - структурная схема блока анализа начальной скорости снарядов, на фиг. 4 - структурная схема блока определения параметров движения снарядов, на фиг. 5 - структурная схема блока обработки сигналов, на фиг. 6 - структурная схема блока логики.
Информационно-вычислительная система определения характеристик рассеивания снарядов содержит лафет 1, артиллерийское оружие 2, на стволе которого закреплены первый 3 и второй 4 неконтактные датчики, снаряды 5, третий 6 и четвертый 7 неконтактные датчики, которые разнесены в пространстве, электронную мишень 8, блок определения начальной скорости снарядов, блок 10 определения параметров движения снарядов, блок 11 обработки сигналов, приемное устройство 12, устройство 13 сопряжения, микроЭВМ 14, индикатор 15, причем в качестве первого и второго датчиков для измерения начальной скорости снарядов могут быть использованы магнитострикционные, соленоидные, индукционные, фотоэлектронные, конструкция третьего и четвертого датчиков выполнена в виде двух перпендикулярных излучающих диодов 16 и фотоприемников 17, при этом излучающие диоды подсоединены к источнику питания 18, данная конструкция датчиков обеспечивает формирование измерительного поля в виде двухмерной сетки.
Блок 9 определения начальной скорости снарядов содержит блок 19 измерения скорости, блок 20 анализа скорости, аналого-цифровой преобразователь 21. Блок 20 анализа скорости содержит первое 22, второе 23 и третье 24 пороговые устройства, задатчик 25 сигналов, элемент ИЛИ 26.
Блок 10 определения параметров движения снарядов содержит первый 27 и второй 28 измерительный прибор, первый 29, второй 30, третий 31, четвертый 32 элемент ИЛИ, первый 33 и второй 34 блок логики.
Блок 11 обработки сигналов содержит блок 35 логики, блок 36 определения характеристик рассеивания снарядов, блок 37 памяти, передающее устройство 38.
Блоки 33, 34, 35 логики состоят из матриц элементов И 39, из матриц триггеров 40, дифференцирующей цепи 41.
При осуществлении стрельбы из артиллерийского оружия 2 в полигонных условиях и с постоянным контролем начальной скорости снарядов, то можно определить степень влияния износа ствола на характеристики рассеивания снарядов.
Описание работы устройства.
Для определения характеристик рассеивания снарядов создается мишенная обстановка в виде лафета 1, на котором размещено оружие 2, первого 3 и второго 4 неконтактных датчиков, размещенных на канале ствола оружия, третьего 5 и четвертого 6 датчиков и электронной мишени 7, выходы первого и второго датчиков соединены соответственно с первым и вторым входом блока определения начальной скорости снарядов, выходы третьего 5 и четвертого 6 датчиков соединены соответственно с входами блока 10 определения параметров движения снарядов, выходы электронной мишени соединены с первыми и вторыми входами блока 11 обработки сигналов (фиг. 1).
p
Наклеивается на электронную мишень 7 бумага, на которую наносится центр прицеливания в виде перекрестия, в канал ствола вставляется трубка холодной пристрелки (ТХП) и наводятся стволы по центру электронной мишени 7. Затем вынимается ТХП из канала ствола, и производится N опытных стрельб в одинаковых условиях, и на выбранной картинной плоскости в виде электронной мишени 7 фиксируются координаты точек попадания.
В качестве датчиков (3, 4) для измерения начальной скорости снарядов могут быть использованы магнитострикционные, соленоидные, индукционные, фотоэлектронные (Испытания стрелково-пушечного вооружения. Учебное пособие под общей редакцией М.В. Грязева, изд. Тульского государственного университета, г. Тула, 2006 г., стр. 84).
Магнитострикционные датчики состоят из ствольного сердечника, обмотанного проводом в эмалевой и шелковой изоляции, при этом витки уложены вплотную друг к другу, между сердечником датчика и обмоткой проложен слой изоляции из стеклоткани, обмотка также предохранена изоляцией из стеклоткани, снаружи датчик пропитан лаком, датчики соединены с источником постоянного тока.
Принцип действия соленоидных датчиков заключается в индицировании в соленоиде импульса электрического типа при взаимодействии его с магнитным полем пролетающего снаряда, предварительно намагниченном на специальном устройстве.
Индукционные датчики изготовлены в виде насадки на дульный срез ствола, имеют сварной каркас, состоящий из двух корпусов катушек, соединенных между собой стяжками. На стволе датчик крепится накидной гайкой и разрезными кольцами. Обмотки датчика включены параллельно и подключены к цепи переменного тока. Измерительной базой является расстояние между вертикальными плоскостями, проходящими через середины катушек.
Принцип действия датчиков основан на амплитудной модуляции постоянного тока, протекающего через обмотки катушек, при пересечении снарядом магнитного поля датчика.
Фотоэлектронные датчики изготовлены в виде двух рам мишеней, на конструкции которых расположены источники и приемники излучения, при пролете снаряда экранируется световой поток первого и второго датчиков, вследствие чего возникают электрические импульсы, которые подаются после усиления на блок формирования временных импульсов.
Устройство работает следующим образом.
В процессе стрельбы при движении снаряда 8 по стволу под действием давления пороховых газов и реакции ведущего пояска стенки ствола деформируются, когда волна деформации достигает сечения, где установлен датчик, в его обмотке возникает импульс ЭДС.
По импульсам первого 3 и второго 4 датчиков блок 9 измерения скорости снаряда осуществляет измерения в соответствии с выражением:
где Б - величина базы, расстояние между датчиками; t - время прохождения снарядом этого расстояния.
Начальная скорость снаряда определяется в соответствии с выражением:
Поправка ΔV определяется по таблицам, рассчитанным по формулам внутренней баллистики и согласованным с помощью опытно-теоретического коэффициента, который для заданного орудия и условий стрельбы является постоянным.
Сигнал, пропорциональный скорости движения снаряда, поступает на вход блока 20 анализа скорости движения снаряда, с входа которого поступает на первые входы пороговых устройств (22, 23, 24), на вторые входы которых поступают сигналы соответственно с первого, второго и третьего выходов задатчика 25 сигналов.
Сигналы с первого, второго и третьего выходов задатчика 25 сигналов соответствуют значением начальной скорости снаряда соответственно меньше на 1%, 2,5% и 5%.
При этом живучесть канала ствола считается исчерпанной, когда начальная скорость уменьшается на 5% от номинального значения.
В зависимости от текущих значений начальной скорости сигналы с выходов первого 22, или второго 23, или третьего 24 пороговых устройств, через элемент ИЛИ 26, через аналого-цифровой преобразователь 21 поступают на восьмой вход блока обработки сигналов, на седьмой вход которого поступают сигналы о начальной скорости движения снарядов с выхода блока измерений скорости.
Соответственно, данные сигналы поступают на седьмые и восьмые входы блока памяти 37, обеспечивая запись информации о начальной скорости снарядов и состоянии стволов в виде сообщений «износ ствола незначительный», «износ ствола 50%» и «полный износ ствола».
В момент пролета снарядов относительно первого 5 датчика происходит срабатывание определенной комбинации элементов линейки фотоприемников 17 (фиг. 1, фиг. 4). Сигналы с выходов фотоприемников 17, датчика 7 через первые 29 и вторые 30 элементы ИЛИ поступают одновременно на запуск первого 27 и второго 28 измерительных приборов и на первые и вторые входы первого 33 блока логики (фиг. 4).
В момент пролета снаряда относительно второго 6 датчика происходит срабатывание следующей комбинация чувствительных элементов линейки фотоприемников 17 (фиг. 1, фиг. 4). Сигналы с выходов фотоприемников 17, второго 6 датчика через третий 31 и четвертый 32 элементы ИЛИ поступают одновременно на остановку первого 27 и второго 28 измерительных приборов и на первые и вторые входы второго 34 блока логики (фиг. 4).
Таким образом, обеспечивается определение скоростей снарядов на основе измерения временного интервала его движения относительно двух разнесенных в пространстве датчиков.
Код сигнала, поступающий на первые и вторые входы блока 33 логики, соответствует координатам пролета снаряда относительно первого 5 датчика (фиг. 4, фиг. 6) и обеспечивает срабатывания определенной комбинации матрицы элементов И 39, сигналы с выхода которой обеспечивают срабатывания комбинации матрицы триггеров 40, сигналы с выхода которых поступают на пятые группы входов блока 37 памяти (фиг. 6).
Предварительное обнуления матрицы триггеров 40 осуществляется по команде «Огонь», при нажатии кнопки «Огонь» сигнал обнуления поступает на входы дифференцирующей цепи 41, с выхода которой поступает на вторые входы матрицы триггеров 40 (фиг. 1, фиг. 6).
Аналогично определяются координаты пролета снарядов относительно второго 6 датчика, и сигналы с выходов второго 34 блока логики поступают на шестую группу входов блока 37 памяти.
В дальнейшем при движении снарядов они попадают в электронную мишень 7, с первого и второго выходов которой поступают на первый и второй входы блока 11 обработки сигналов (фиг. 1, фиг. 5).
Причем группа первых и вторых входов, а также третий, четвертый, группа пятых и шестых входов блока 11 обработки сигналов являются соответственно группой первых и вторых входов блока 35 логики, а также третьим, четвертым, группой пятых и шестых входов блока 37 памяти.
Причем на третий и четвертые входы, группу пятых и шестых входов блока 37 памяти поступает соответственно информация о скоростях движения снарядов и координатах их пролета относительно первого 5 и второго 6 датчиков.
С группы выходов блока 35 логики сигналы поступают одновременно на группу вторых входов блока 37 памяти и входы блока 36 определения характеристик рассеивания снарядов (фиг. 4).
На вторые входы блока 37 памяти поступают сигналы, соответствующие координатам попадания снарядов в электронную 7 мишень.
Блок 36 определения характеристик рассеивания снарядов на основе информации о координатах попадания снарядов в электронную мишень 7 и количестве произведенных выстрелов, которые определяются на основе подсчета количества пробоин в электронную мишень, определяет математическое ожидание центра рассеивания снарядов в виде выражений
p
K
k
где N - количество выстрелов, Z Y - координаты попадания снаряда при одном выстреле,
определяет среднее квадратичное отклонения в виде выражений:
Блок 37 памяти осуществляют запись данных о результатах испытаний. С выхода блока 37 памяти информация о результатах испытаний через передающее устройство 38 по линии бесконтактной линии связи передается на приемное устройство 12, с выхода которого через устройство 13 согласование поступает на вход микроЭВМ 14.
МикроЭВМ 14 определяет зависимость характеристик рассеивания снарядов от их начальной скорости.
Информация о результатах испытаний высвечивается на индикаторе 15.
Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает определения зависимости уровня вибрации артиллерийской установки и скорости движения снарядов на характеристики их рассеивания.
Источники информации
1. Ефанов В.В., Мужичек С.М., патент РФ на изобретение №2285267 от 10.10. 2006 г.
2. Калабухова Е.П. Основы теории эффективности воздушной стрельбы и бомбометания: Учебник для студентов вузов. М.: Машиностроение, 1991 г. - 332 с.
3. Авиационное артиллерийское вооружение, под редакцией Н.А. Лобачева. Издание ВВИА имени профессора Н.Е. Жуковского, 2005 г., стр. 182.
4. Испытания стрелково-пушечного вооружения. Учебное пособие под общей редакцией М.В. Грязева, изд. Тульского государственного университета, г. Тула, 2006 г, стр. 84.