СПОСОБ ЮСТИРОВКИ ЭЛЕМЕНТОВ, ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ КОРАБЕЛЬНОГО АРТИЛЛЕРИЙСКОГО КОМПЛЕКСА
METHOD FOR ADJUSTING ELEMENTS INCLUDED IN SHIP ARTILLERY COMPLEX

Изобретение относится к области военной техники, в частности к корабельным артиллерийским комплексам, и предназначено для повышения эффективности поражения воздушных, морских и береговых целей противника.
Состав типичного артиллерийского комплекса: артиллерийская установка (одна или несколько), боеприпасы, система управления стрельбой.
Система управления стрельбой состоит из палубного и рубочных приборов. Палубный прибор системы управления стрельбой подвижный, имеет возможность наводиться по курсовому углу (по горизонтали) и по углу места (по вертикали), содержит антенну радиолокационной станции, телевизионную (тепловизионную) камеру, лазерный дальномер оптико-электронной системы.
Успешность стрельбы (показатель эффективности) зависит от точности выставки и согласования оптико-механических и электрических горизонтальных и вертикальных нулей приборов системы управления стрельбой и артиллерийских установок. Процесс достижения максимальной точности выставки вдоль линии визирования цели называют юстировкой.
Известны способы юстировки систем управления стрельбой и артиллерийских установок, отличающиеся друг от друга использованием технических средств, облегчающих процесс измерений (Методика проверки, выставки и согласования оптико-механических и электрических нулей приборов системы ПУС и артиллерийских установок, учебное пособие, Медведев Н.С., Калининград, 1974; патент РФ №2265184, F41G3/32, оп. 27.11.2005 Бюл. №33, Способ выявления и компенсации ошибки прицеливания в корабельном артиллерийском комплексе).
Известные способы юстировки реализуют следующей последовательностью выполнения работ:
1. Предварительная проверка точности выставки артиллерийских установок и палубных приборов системы управления стрельбой по горизонту;
2. Проверка точности выставки вертикальных осей артиллерийских установок и палубных приборов системы управления стрельбой;
3. Согласование оптико-механических осей артиллерийских установок и палубных приборов системы управления стрельбой по горизонту и вертикали;
4. Согласование электрических нулей артиллерийских установок и системы управления стрельбой по горизонту и вертикали;
5. Сквозная проверка точности согласования осей артиллерийских установок и системы управления стрельбой.
При этом первые три этапа проводят на выключенных артиллерийских установках и системах управления стрельбой, поэтому применяется термин «артиллерийские установки и палубные приборы системы управления стрельбой», т.к. рубочные приборы (приборы системы управления, расположенные в помещениях под палубой) в этих работах участия не принимают.
Так как система управления изготавливалась в одном месте (на одном предприятии), антенна радиолокационной станции, телевизионная (тепловизионная) камера, лазерный дальномер оптико-электронной системы жестко зафиксированы относительно друг друга при сборке на предприятии изготовителе, не изменяют своего положения относительно друг друга при установке (монтаже) системы управления на корабле и в юстировке не нуждаются.
При этом юстировка артиллерийского комплекса заключается в проведении пунктов 1-5 для артиллерийской установки и системы управления стрельбой и учете расстояния между артиллерийской установкой и системой управления стрельбой (учете параллакса). Система управления стрельбой рассматривается как единое целое, составные ее части относительно друг друга не юстируются, так как отрегулированы на заводе - изготовителе и их положение относительно друг друга фиксируется штифтами.
Недостатком описанного способа является невозможность юстировки современного корабельного артиллерийского комплека. Современный корабельный артиллерийский комплекс использует систему управления стрельбой нового типа. Такая система управления стрельбой состоит из одной или нескольких неподвижно устанавливаемых на надстройках корабля антенн радиолокационной системы; оптико-электронной системы, состоящей из нескольких однотипных приборов, размещенных в разных местах для обеспечения кругового обзора, из модуля управления стрельбой. Для такого корабельного артиллерийского комплекса произвести регулировку положения составных частей относительно друг друга в условиях завода - изготовителя не представляеется возможным, составные части корабельного артиллерийского комплекса впервые «встречаются друг с другом» на корабле.
Радиолокационная система в такой системе управления стрельбой способна обнаруживать и сопровождать большое количество целей, движущихся с высокой скоростью за счет практически мгновенного изменения положения луча радиолокационной станции.
Назначение оптико-электронной системы осталось прежним. Такая радиолокационная система и оптико-электронная система вырабатывают данные координат цели и параметры движения целей и являются основными системами целеуказания для артиллерийских установок.
Модуль управления стрельбой является вычислительным устройством. Получая данные от систем целеуказания, модуль управления стрельбой вычисляет углы наведения стволов артиллерийских установок с учетом метеоусловий, баллистических характеристик выстрелов, качек и рысканья корабля. По корабельной сети модуль управления стрельбой передает значения вычисленных углов наведения в артиллерийские установки, которые устанавливают свои стволы в положение, обеспечивающее «встречу» цели и выстреливаемого снаряда.
Для учета расположения на корабле составных частей корабельного артиллерийского комплекса, учета отстояний друг от друга составных частей корабельного артиллерийского комплекса (параллакса), учета воздействия на корабль качек и рысканья корабля, на корабле использую несколько систем координат, которые описаны ниже (фиг. 1).
1. Подвижная земная система координат (ПЗСК).
Прямоугольная система координат (СК) с осями Хпзск, Yпзск, Zпзск. Начало отсчета G(0,0,0) совпадает с центральной кренометрической площадкой корабля (ЦКП) . Ось Хпзск всегда направлена на Север, ось Yпзск направлена в зенит, ось Zпзск дополняет до правой и направлена на Восток.
ПЗСК позволяет преобразовать сферические координаты целей в прямоугольные.
2. Горизонтированная система координат (ГСК).
Прямоугольная система координат (СК) с осями Хгск, Yгск, Zгск с началом в ЦКП. Ось Yгск совпадает с осью Yпзск, оси Хгск и Zгск лежат в горизонтальной плоскости и повернуты относительно осей ПЗСК на угол курса корабля. ГСК позволяет принять целеукания от внешних ( к кораблю) систем.
3. Связанная система координат (ССК).
Прямоугольная система координат (СК) с осями Хсск, Yсск, Zсск, неподвижная относительно корпуса корабля с центром в ЦКП. Ось Zсск параллельнаплоскости мидель шпангоутв, направлена на правый борт. Ось Yсск направлена вверх. Ось Хсск лежит в диаметралой плоскости, направлена к носу корабля.ССК позволяет рассчитать углы крена, дифферента и рысканья корабля.
4. Антенная система координат (АСК).
Прямоугольная система координат (СК) с осями Хаск, Yаск, Zаск, неподвижная относительно корпуса корабля. Начало координат совпадает с фазовым центром полотна антенной решетки. Ось Хаск направлена по нормали к полотнуантенной решетки. Ось Yаск лежит в плоскости полотна антенной решетки, параллельна вертикальной оси симметрии полотна антенной решетки и направлена вверх. Ось Zаск образует с осями Хаск, Yаск правую систему координат. АСК позволяет измерить координаты цели и передать их в ГСК и ССК.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности стрельбы - повышение вероятности «встречи» снаряда с целью. Источниками ошибок при работе артиллерийского комплекса являются непараллельность вертикальных и горизонтальных осей составных частей артиллерийского комплекса, которую необходимо выявить, регулировками устранить, при невозможности устранения учесть и результаты работы проверить тестовыми упражнениями как при монтажно-регулировочных работах на корабле, так и при эксплуатации корабельного артиллерийского комплекса при подготовке к стрельбе.
Технический результат - согласованность оси ствола артустановки с оптической осью оптико-электронной системы, с направлением радиоэлектронного луча любой антенны радиолокационной станции независимо от дальности цели от корабля и в простоте проверок в процессе эксплуатации.
Указанный технический результат достигается способом юстировки элементов, входящих в состав корабельного артиллерийского комплекса, в котором измеряют положения полотен неподвижных антенных решеток радиолокационной станции относительно палубных реперных точек, по данным измерений производят расчет поворотов и смещений начал антенных систем координат антенных решеток радиолокационной станции в корабельной системе координат, проводят предварительную проверку точности выставки составных частей комплекса по горизонту путём контроля совмещения рисок горизонтального нулевого положения артиллерийских установок, палубных приборов оптико-электронной станции с риской, нанесенной на соответствующем корабельном барбете или основании, проверяют наклоны вертикальных осей артиллерийских установок и палубных приборов оптико-электронной системы с последующим получением данных для ввода в программу модуля управления стрельбой поправок, учитывающих невертикальность осей, проводят точное согласование оптико-механических осей артиллерийских установок и палубных приборов оптико-электронной системы по горизонту и вертикали, согласуют электрические нули радиолокационной системы, оптико-электронной системы и артиллерийских установок по горизонту и вертикали при включенном состоянии, проводят сквозную проверку точности согласования осей артиллерийских установок, радиолокационной системы, оптико-электронной системы и модуля управления стрельбой с учетом отстояний составных частей артиллерийского комплека от центральной кренометрической площадки, осуществляют выработку координат целей, упрежденных точек относительно центральной кренометрической площадки, при этом проверку точности согласования проводят на расстоянии от контрольного источника сигнала по меньшей мере 500 м и более как на судостроительном заводе, так и в море.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана система координат на корабле, на фиг. 2 а и 2 б - реперные точки антенного полотна Ap1-Ap4 и реперные точки 1-6 на палубе корабля для элементов, размещенных в носовой и кормовой части.
Способ осуществляют в следующей последовательности.
1. Высокоточным геодезическим прибором (например, тахеометром) измеряют положения полотен неподвижных антенных решеток радиолокационной станции - основной системы целеуказания - относительно палубных реперных точек. На полотнах неподвижных антенных решеток имеются реперные точки, наносимые при изготовлении антенных решеток на заводе-изготовителе. Реперные точки определяют антенную систему координат. На палубу корабля с высокой точностью также наносятся реперные точки по документации проектанта корабля, которые определяют связанную систему координат.
2. По данным измерений производят расчет поворотов и смещений начал антенных систем координат антенных решеток радиолокационной станции в корабельной (связанной) системе координат:
- расчет угла поворота нормали антенного полотна решетки в горизонтальной плоскости (плоскости палубы).
- расчет угла поворота нормали антенного полотна решетки в вертикальной плоскости (плоскости, перпендикулярной плоскости палубы).
- расчет угла скручивания - угол поворота решетки вокруг нормали к полотну решетки.
- расчет отстояний центров полотен антенных решеток от ЦКП в корабельной (связанной) системе координат.
Это позволяет преобразовать координаты целей, полученные в антенной системе координат в координаты целей в корабельной системе координат.
3. Следующим этапом проводят предварительную проверку точности выставки артиллерийских установок и подвижных палубных приборов систем целеуказания (палубных приборов оптико-электронных систем) по горизонту путём контроля совмещения рисок горизонтального нулевого положения артиллерийских установок, палубных приборов оптико-электронной станции с риской, нанесенной на соответствующем корабельном барбете или основании. Погрешность совмещения указанных рисок не должна превышать половины их ширины.
4. Проверяют наклоны вертикальных осей артиллерийских установок и палубных приборов оптико-электронной системы - точность выставки вертикальных осей артиллерийских установок и палубных приборов оптико-электронной системы («Методика проверки, выставки и согласования оптико-механических и электрических нулей приборов системы ПУС и артиллерийских установок», учебное пособие, Медведев Н.С., Калининград, 1974). В результате проверок получают данные для ввода в программу модуля управления стрельбой поправок, учитывающих невертикальность осей.
5. Проводят точное согласование оптико-механических осей артиллерийских установок и палубных приборов оптико-электронной системы по горизонту и вертикали. Точное согласование проводят по звездам. Согласование проводят попарно - артиллерийская установка основного калибра выбирается в качестве эталонного средства целеуказания. Работы, проводимые в рамках этапов 4 и 5, выполняются на выключенных артиллерийских установках и системах целеуказания (Методика проверки, выставки и согласования оптико-механических и электрических нулей приборов системы ПУС и артиллерийских установок, учебное пособие, Медведев Н.С., Калининград, 1974).
6. Следующим этапом согласуют электрические нули радиолокационной системы, оптико-электронной системы и артиллерийских установок по горизонту и вертикали. Проверки проводятся во включенном состоянии. Суть согласования заключается в том, что артиллерийские установки (в специальном режиме «взимная юстировка», устанавливаемом в модуле управления стрельбой, когда стволы артиллерийских установок направлены по линии визирования на цель) и палубные приборы оптико-электронной системы в ручном режиме устанавливают в определенные положения по курсовому углу (КУ) и углу места (УМ). Как правило, это 0 т.д., 1500 т.д., 3000 т.д., 4500 т.д. по КУ и 0 т.д. по УМ. Модуль управления стрельбой принимает эти сообщения и отображает на своих индикаторах значения КУ и УМ без искажений.
Радиолокационная система (с неподвижными антенными решетками) выдает в модуль управления стрельбой координаты имитированных целей, которые без искажений отображаются на индикаторах системы управления.
7. На этом этапе проводят сквозную проверку точности согласования осей артиллерийских установок и основных средств целеуказания - приборов радиолокационной системы, оптико-электронной системы и модуля управления стрельбой с учетом отстояний составных частей артиллерийского комплека от центральной кренометрической площадки. Сквозную проверку точности согласования осей артиллерийских установок, приборов радиолокационной системы, оптико-электронной системы и модуля управления стрельбой осуществляют на заключительном этапе с помощью устройства оперативного контроля согласования осей (ОКС) (патент РФ №2265184, F41G3/32, оп. 27.11.2005 Бюл. №33, Способ выявления и компенсации ошибки прицеливания в корабельном артиллерийском комплексе). Эту проверку могут проводить как при стоянке корабля в базе, так и в условиях похода. Проверку проводят при штатном функционировании оборудования и аппаратуры комплекса и корабельных обеспечивающих средств (измерителя скорости и качек корабля). Для ее проведения в ствол артиллерийской установки предварительно вставляют телевизионную передающую камеру (ТПК) устройства ОКС. Для проведения проверки согласования осей с помощью устройства ОКС модуль управления стрельбой переводят в режим взаимной юстировки («ВЮ) для наведения артиллерийской установки на сопровождаемую цель методом «прямой наводки» (ствол устанавливают по линии визирования на цель). Далее оператор радилокационной системы или оператор оптико-электронной системы выбирает и захватывает на автоматическое сопровождение радиолокатором или телевизионным автоматом малоразмерный контрольный объект (воздушную или морскую цель, береговой ориентир), изображение которого благодаря используемому в системе управления режиму «ВЮ» появляется на экране телевизионного монитора устройства ОКС. Наблюдая изображение сопровождаемого объекта на экране монитора, оператор пультового прибора системы управления проверяет наличие смещения изображения относительно центра углоизмерительной сетки. В случае выявления систематического смещения изображения оператор определяет его составляющие по горизонту и вертикали, после чего вводит измеренные значения в память ЭВМ системы управления для выработки корректирующих поправок в углы наведения артиллерийских установок.
Проверки по п.7 проводят как при испытаниях систем вооружения на судостроительном заводе, так и при эксплуатации корабля.
Из-за того, что радиолокационная система и оптико-электронная система преобразуют координаты целей из антенной (приборной) системы координат в связанную (корабельную) систему координат с центром в ЦКП (центральной кренометрической площадке), а в память ЭВМ модуля управления стрельбой введены отстояния каждой артиллерийской установки от ЦКП, проверку точности согласования проводят на расстоянии от контрольного источника сигнала по меньшей мере 500 м и более как на судостроительном заводе, так и в море.
Необходимо отметить, что результаты точного согласования (юстировки) зависят от последовательности выполнения работ.
Пример конкретного осуществления реализован на корабле с артиллерийским комплексом, состоящим из неподвижной решетки радиолокационной системы, артиллерийской установки, оптико-электронной системы и модуля управления стрельбой.
1. Измерили положения полотна неподвижной антенной решетки радиолокационной станции - основной системы целеуказания - относительно палубных реперных точек. Расположение антенных и палубных реперных точек приведено на фиг. 1 и 2. Для этого точный геодезический прибор устанавили в удобном месте, чтобы было удобно наблюдать за носовыми или кормовыми палубными реперными точками одновременно с антенными реперными точками и измеряют расстояние между каждой палубной реперной точкой (тремя носовыми или тремя кормовыми) и всеми антенными реперными точками. Полученные данные занесли в память ЭВМ, где с помощью ЭВМ произвели необходимые расчеты.
2. По данным измерений произвели расчет смещений начал и поворотов осей антенных систем координат (АСК) и углов поворотов полотна антенной решетки радиолокационной станции в связанной системе координат (ССК):
- рассчитали угол поворота «а» нормали антенного полотна решетки в горизонтальной плоскости (плоскости палубы).
- рассчитали угол поворота «в» нормали антенного полотна решетки в вертикальной плоскости (плоскости, перпендикулярной плоскости палубы).
- рассчитали угол скручивания - угол поворота решетки вокруг нормали к полотну решетки.
- рассчитали отстояния центра полотна антенной решетки (координы Xo, Yo, Zo) от ЦКП в связанной системе координат (ССК).
Это позволило преобразовать координаты целей, полученные в антенной системе координат в координаты целей в связанной системе координат (ССК). Преобразования осуществляли в соответствии с матричным уравнением:
= x  x  +
Решение этого уравнения проводилось ЭВМ.
3. Провели предварительную проверку точности выставки артиллерийской установки и палубного прибора оптико-электронной сиситемы (подвижного палубного прибора систем целеуказания) по горизонту путём контроля совмещения рисок горизонтального нулевого положения с риской, нанесенной на соответствующем корабельном барбете или основании. Погрешность совмещения указанных рисок не должна превышать половины их ширины. Таким образом выявили ошибки установки артиллерийской установки и палубного прибора оптико-электронной системы. Сбитые нули являются причиной разброса выстрелов по направлению и должны быть устранены путем регулировки положения артиллерийской установки и палубного прибора оптико-электронной станции на палубных барбетах или фундаментах.
4. Проверили точность выставки вертикальных осей артиллерийской установки и палубного прибора оптико-электронной системы с помощью двух квадрантов (Методика проверки, выставки и согласования оптико-механических и электрических нулей приборов системы ПУС и артиллерийских установок, учебное пособие, Медведев Н.С., Калининград, 1974). Данные проверки позволили установить ошибки, связанные с неперпендикулярностью оси ствола к вертикальной оси вращения артиллерийской установки и наклон самой вертикальной оси вращения. Неперпендикулярность оси ствола артиллерийской установки устраняется регулировкой, а угол наклона вертикальной ост артиллерийской установки учитывается при совместной обработке данных наклона вертикальной оси артиллерийской установки и вертикальной оси палубного прибора оптико-электронной системы. В результате совместной обработки данных измерений получили данные для ввода в программу ЭВМ модуля управления стрельбой поправок, учитывающих взаимный наклон осей путем изменения значений бортовой и килевой качки на величину наклона осей в направлении осевой и бортовой качек.
5. Попарное согласование оптико-механических осей артиллерийской установки и оптико-электронной системы требует особой тщательности (Методика проверки, выставки и согласования оптико-механических и электрических нулей приборов системы ПУС и артиллерийских установок, учебное пособие, Медведев Н.С., Калининград, 1974; патент №2265184, F41G3/32, оп. 27.11.2005 Бюл. №33, Способ выявления и компенсации ошибки прицеливания в корабельном артиллерийском комплексе). Целью, на которую наводились артиллерийская установка и оптико-электронный прибор, явлись 2 звезды, разнесенные по пеленгу на угол от 120 градусов до 150 градусов, и наблюдаемые под углом места до 30 градусов. Из-за огромного расстояния параллакс не учитывался. Согласование осей проводили в традиционном режиме, когда артиллерийскую установку и палубный прибор оптико-электронной системы наводят на звезду вручную по ТХП (трубкам холодной пристрелки), установленым на контрольной площадке палубного прибора оптико-электронной системы и в стволе артиллерийской установки (с использованием прибора ОКС - прибора оперативного контроля согласования осей). При необходимости подстраивают механические шкалы по курсовому углу (КУ). По углу места шкалы не подстраивают - проверяют правильность горизонтирования ствола артиллерийской установки и учет наклона вертикальных осей артиллерийской установки и оптико-электронной системы.
6. Следующим этапом согласовали электрические нули радиолокационной системы, оптико-электронной системы и артиллерийских установок по горизонту и вертикали. Проверки проводились во включенном состоянии. Модуль управления стрельбой перевели в режим «взаимная юстировка». Артиллерийскую установку и палубный прибор оптико-электронной системы в ручном режиме последовательно устанавили в положения 0 т.д., 1500 т.д., 3000 т.д., 4500 т.д. по КУ и 0 т.д. по УМ. Модуль управления стрельбой принял эти сообщения и отобразил на своих индикаторах значения КУ и УМ (ГН, ВН) без искажений.
Радиолокационная система выдала в модуль управления стрельбой координаты имитированных целей, которые без искажений отобразились на индикаторах системы управления.
7. Провели сквозную проверку (тестирование) точности согласования артиллерийской установки, радиолокационной системы, оптико-электронной системы и модуля управления стрельбой. Проверку проводили при штатном функционировании оборудования и аппаратуры комплекса, и корабельных обеспечивающих средств (измерителя скорости, курса и качек корабля). Для ее проведения в ствол артиллерийской установки предварительно вставили телевизионную передающую камеру (ТПК) устройства ОКС, модуль управления стрельбой перевели в режим взаимной юстировки («ВЮ»). Оператор радилокационной системы или оператор оптико-электронной системы выбрал и захватил на автоматическое сопровождение радиолокатором или телевизионным автоматом малоразмерный контрольный объект (источник контрольного сигнала, используемый при пуско-наладочных работах радиолокационной системы), изображение которого благодаря используемому в системе управления режиму «ВЮ» появилось на экране телевизионного монитора устройства ОКС. Смещение изображения сопровождаемого объекта относительно центра углоизмерительной сетки свидетельствовало о необходимости введения поправок. Оператор опредил составляющие смещения по горизонту и вертикали, после чего ввел измеренные значения в память ЭВМ системы управления для выработки корректирующих поправок в углы наведения артиллерийских установок.
Проверки по п. 7 проводили как при испытаниях систем вооружения на судостроительном заводе, так и при эксплуатации корабля.
Из-за того, что радиолокационная система и оптико-электронная система преобразуют координаты целей из антенной (приборной) системы координат в связанную (корабельную) систему координат с центром в ЦКП (центральной кренометрической площадке), а в память ЭВМ модуля управления стрельбой введены отстояния каждой артиллерийской установки от ЦКП, проверку юстировки проводили с использованием контрольного объекта, находящегося на удалении от корабля 500 метров и более.