СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ СНАРЯДА НА ДУЛЬНОМ СРЕЗЕ ОРУДИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF MUZZLE VELOCITY MEASUREMENT AND THE DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области создания вооружений и может быть использовано для измерения дульной скорости снаряда. В настоящее время известно несколько подходов к измерению скорости снаряда на дульном срезе.
Известно техническое решение, предназначенное для измерения дульной скорости снаряда (см. патент RU №2204111, от 27.12.200 г., МПК F42B 35/00, G01P 3/42). Сущность изобретения заключается в том, что в качестве измерительной базы используется длина пули или снаряда, а скорость вылета из ствола определяется путем измерения времени прохождения измерительной базы через фотоэлектрическую мишень. Устройство содержит блоки измерения времени пролета снарядом измерительной базы. Блоки размещены на конце оружейного ствола в двух корпусах, установленных на плитах, притянутых к стволу болтовыми соединениями. Блоки залиты вибро-, ударостойким компаундом и размещены в верхнем и нижнем корпусах и имеют возможность измерения времени пролета измерительной базы путем формирования с помощью блока фотопреобразователя первого сигнала при прерывании луча света передней кромкой снаряда и второго сигнала при выходе снаряда из ствола за счет открытия луча света к фотопреобразователю, при этом в качестве измерительной базы используется длина пули или снаряда.
Известны также способы измерения дульной скорости снаряда (см патент RU №2406959 от 19.10.2007 г., МПК F41A 21/32, В21С 51/00), в которых рассмотрены различные варианты реализации.
Одни устройства и способы измерения используют, по меньшей мере, одну пару катушек или датчиков, расположенных с внешней стороны ствола. Катушки или датчики расположены на определенном расстоянии друг от друга, причем скорость определяется измеренным временем, которое требуется снаряду, чтобы пройти определяемый катушками или датчиками путь.
Другие устройства и способы применяют допплеровские радиолокаторы, осуществляющие наблюдение снарядов на траектории, причем полученные данные для определения скорости относятся к участкам траектории, находящимся на некотором расстоянии от среза ствола.
К первой группе относится, например, патент СН 691143 от 30.04.2001, МПК G01P 3/66 F42B 35/00. Для измерения скорости снаряда на дуле ствола орудия с высоким темпом стрельбы на расстоянии друг от друга на стволе орудия расположены два датчика. Эти срабатывающие на изменение магнитного потока датчики связаны с обрабатывающей электроникой и содержат пару катушек и замкнутый магнитный контур. Измеренная скорость снаряда или актуализованное, таким образом, время установки взрывателя передается снаряду в качестве информации, как правило, перед его вылетом из дульной зоны.
Ко второй группе относится патент RU 2351947 от 19.01.2007, МПК G01S 13/58. Изобретение относится к средствам радиолокационного определения параметров движущихся объектов и может быть использовано при измерении начальной скорости снаряда. Достигаемый технический результат заключается в повышении точности измерения скорости снаряда с помощью измерений текущей скорости на малых удалениях от ствола. Сущность способа заключается в том, что по зарегистрированной группе длительностей временных участков с общим началом в доплеровском эхо-сигнале, где каждый последующий меньше предыдущего, и по ряду групп предполагаемых путей с общим началом формируют ряд групп значений, обратных возможным величинам текущей скорости; определяют ту группу ряда, где разница между каждым предыдущим и последующим значениями, обратными возможным величинам текущей скорости, минимальна, причем разница между первым и вторым значениями положительна, и по этим двум значениям вычисляют начальную скорость по удаленности и протяженности соответствующих им путей в этой группе.
В техническом решении, изложенном в патенте РФ 2406959, предлагается способ измерения дульной скорости снаряда за счет использования ствола или дульного тормоза в качестве волновода. Волновод и снаряд образуют систему, в которой положение снаряда влияет на электромагнитное поле на приемном элементе связи. Характеристическое временное изменение напряженности электромагнитного поля в месте расположения приемного элемента связи, возникающее за счет изменения расстояния между снарядом и приемным элементом связи, измеряется и используется для определения дульной скорости снаряда.
Недостатками перечисленных способов и устройств измерения скорости снаряда на дульном срезе являются:
1. Использование системы измерения скорости на дульном срезе, включающей элементы, расположенные внутри ствола, или требующие подготовки в виде отверстий в стволе;
2. Зависимость результатов измерений скорости на дульном срезе от электромагнитной обстановки в зоне боевых действий;
3. Демаскирование местоположения орудия за счет методов измерения скорости на дульном срезе и зависимость точности измерения скорости снаряда, например, при возникновении вибраций на орудиях и комплексах управления артиллерийским вооружением, влияющих на работу приемо-передающих устройств систем, использующих электромагнитные СВЧ сигналы.
o
В настоящее время точность определения суммарного отклонения начальной скорости с помощью артиллерийской баллистической станции (АБС) характеризуется срединной ошибкой, не хуже 0,2-0,25% V.
Задачей изобретения является бесконтактное измерение дульной скорости, обеспечивающее измерение с высокой точностью и свободное от перечисленных недостатков.
Для реализации указанной задачи в способе измерения скорости снаряда на дульном срезе орудия путем измерения времени прохождения снарядом измерительной базы и расчета скорости снаряда на выходе орудия, на внешнюю поверхность орудия наносят периодическую структуру из магнитного порошка, измеряют временные последовательности сигналов, соответствующих пройденным отрезкам периодической структуры, рассчитывают скорости прохождения снарядом элементов периодической структуры, определяют среднюю величину скорости на дульном среде и вычисляют дисперсию, по которой корректируют скорость снаряда.
В устройстве для реализации способа, содержащем магнитный поясок, установленный на снаряде, входной и выходной кабели, расположенные на внешней поверхности орудия, формирующие измерительную базу, систему измерения скорости снаряда, вход которой соединен с входным кабелем, на внешнюю поверхность орудия между кабелями наносят периодическую структуру из магнитного порошка, отрезки периодической структуры в виде колец выводят на проводник, который соединен с входным кабелем, систему измерения скорости снаряда выполняют в виде последовательно соединенных блока формирования временных интервалов последовательности прохождения снаряда с магнитным пояском между кольцами, сформированными кабелями и периодической структурой, блока формирования временной последовательности, соответствующей отрезкам периодической структуры (кольцам), вычислителя скорости, средней величины скорости и дисперсии при прохождении снарядом отрезков периодической структуры, блока коррекции баллистического расчета, блока расчета временной поправки Δt для расчета времени подрыва снаряда, и блока передачи временной поправки Δt на исполнительный механизм снаряда, причем выход последнего через выходной кабель соединен с магнитным пояском снаряда.
В основе изобретения лежит идея использования многократного измерения дульной скорости за счет измерения времени прохождения известных расстояний между кабелями и сформированными между ними на стволе орудия магнитными кольцами, сформированными периодической структурой из магнитных порошков, на определенной измерительной базе на поверхности ствола, объединенными между собой.
Формируется последовательность временных значений, соответствующих одинаковым расстояниям от первой катушки до первого магнитного кольца, от первого до второго магнитных колец и т.д. Измеряемые временные интервалы при каждом измерении будут случайным образом ориентированы по отношению к счетным импульсам блока измерения скорости снаряда.
1
2
n
Если выполнено N измерений, в результате которых получены значения t,t, …, t, которые являются независимыми случайными величинами и могут быть пересчитаны в отрезки времени, за которые пройдены снарядом в стволе орудия отдельные расстояния, отмеченные катушками и магнитными кольцами, будут рассчитаны значения скорости движения снаряда в стволе орудия и результатом усреднения этих скоростей явится скорость движения снаряда на дульном срезе:
Кроме того, результаты измерения скорости на дульном срезе будут иметь меньшую дисперсию (среднеквадратическое отклонение), чем измерительный прибор:
В результате независимо от значения величины отношения сигнала к шуму усреднение за N измерений снизит случайную погрешность определения начальной скорости снаряда примерно в  раз. Учитывая указанные выше срединные ошибки определения скорости снаряда этого достаточно для достижения точности измерения скорости снаряда не хуже 0,05%.
Значения пройденного пути снаряда в стволе известны и достигают максимума в момент наибольшего совмещения магнитного пояска на снаряде и магнитного кольца на поверхности ствола орудия, началом отсчета временного интервала, необходимого для прохода снаряда на искомую величину, является нулевое значение производной полученного характеристического первого сигнала, возникшего вследствие возбуждения индуцированного сигнала при прохождении магнитного пояска на снаряде магнитной катушки из кабеля и магнитного кольца из магнитного порошка.
Устройство, реализующее вышеуказанный способ, поясняется чертежом.
Устройство для измерения скорости снаряда на дульном срезе орудия содержит орудийный ствол 1, снаряд 2 с магнитным пояском 3, периодическую структуру 4 на стволе орудия, выполненную из колец, из магнитного порошка, размещенных между кабелями 5, и 6, соединенных проводником 7 для передачи индуцированного токового сигнала в блок 8, в котором формируются временные интервалы последовательности прохождения снаряда 2 (из положения I в положение II) с магнитным пояском 3 под кольцами, сформированными кабелями 5 и 6 и периодической структурой (кольцами из магнитного порошка). Регулярная структура между кольцами из многожильного кабеля создана 98 кольцами из магнитного порошка с шагом 1 см через 0,5 см (позиция A). Начало и окончание временных отсчетов для вычисления дульной скорости снаряда не зависят от величины амплитуд формируемых сигналов, а определяются равномерностью покрытия магнитного порошка на стволе орудия, помехами за счет изменяющейся электромагнитной обстановки. Полученные сигналы обрабатываются, дифференцируется и определяется момент начала (положение I) и окончания отсчета временного интервала прохода снаряда по отрезку пути (положение II), размеченному магнитными кольцами из магнитного порошка.
В блоке 9 после получения временных последовательностей (блока 8), формируются отрезки времени, соответствующие пройденным последовательно отрезкам периодической структуры, образованной кольцами на стволе орудия из кабелей и магнитного порошка.
Блок 10 служит вычислению скорости прохождения снарядом периодической структуры из магнитных колец, средней величины скорости на дульном срезе, и дисперсии.
Блок 11 корректирует баллистический расчет с учетом полученной фактической скорости снаряда на дульном срезе.
Блок 12 рассчитывает временную поправку Δt на время подрыва снаряда.
Блок 13 передает информацию о времени поправки Δt на исполнительный механизм взрывателя снаряда.
Блоки 8-13 составляют систему измерения скорости снаряда.
Таким образом, изобретение позволяет увеличить точность измерений скорости снаряда и соответственно увеличить эффективность боевого применения артиллерийского оружия.