БОЕВАЯ МАШИНА Российский патент 1998 года по МПК F41H7/02 F41G3/22 F41G3/16 

Изобретение относится к военной технике и может быть использовано в боевых машинах со ствольным или ракетным вооружением, а также в машинах разведки и управления огнем.

Известна боевая машина для стрельбы неуправляемыми боеприпасами, в которой прицел находится в непосредственной близости от оружия и связан с ним через электрические датчики углового положения. Такая машина имеет ограниченные функциональные возможности из-за близкого расположения прицела к оружию (низкого расположения прицела): малая дальность видимости в прицел; невозможность наблюдения в прицел в условиях пыли, невозможность ведения стрельбы прямой наводкой с закрытых огневых позиций [1].

Известна также боевая машина разведки и управления огнем (артиллерии, штурмовой авиации и т.д.), задачей которой является определение топографических координат противника. Вооружением такой машины является аппаратура топопривязки и определения координат целей. Оператор измеряет угловые координаты разведываемых целей и дальность до них при помощи оптико-электронного прицепа, далее эти координаты с учетом собственных угловых и линейных координат машины передаются (непосредственно или через другие объекты систем управления огнем) на машины или летательные аппараты, предназначенные для уничтожения целей. Этой машине присущи те же недостатки: малая дальность видимости в прицел, невозможность наблюдения в прицел в условиях пыли, невозможность ведения измерений с закрытых позиций [2].

Наиболее близким аналогом - прототипом - является боевая машина - конкурсный вариант танка ФРГ Леопард 22 с прицелом EMES 13, разработанный группой фирм во главе с AEG Telefunken [3].

Указанный танк содержит вооружение - пушку, оптико-электронный прицел, три датчика углового положения прицела относительно вооружения, приводы наведения вооружения и прицела, пульт наведения, выходом связанный с приводом наведения прицела, и электронный блок наведения вооружения в требуемое положение относительно прицела, входы которого связаны с датчиками углового прицела относительно вооружения, а выходы - с приводом наведения вооружения.

Пушка и прицел, размещены на общей базе - башне и не имеют между собой механической связи. Измерение положения пушки относительно прицела обеспечивается тремя датчиками: датчик положения пушки относительно башни по вертикали, датчик положения прицела относительно башни по вертикали и датчик положения прицела относительно башни по горизонтали. Все три датчика электронно-механические и преобразуют угол поворота вала в цапфах в электрический сигнал. Датчики подключены к входам электронного блока наведения вооружения в требуемое положение относительно прицела. Приводы прицела подключены к выходам пульта наведения, а приводы пушки и башни - к выходам электронного блока наведения вооружения в требуемое положение относительно прицела.

Оптико-электронный прицел содержит дневной оптический, тепловизионный и лазерный дальномерный каналы.

Кроме того, прицел содержит гиродатчики, связанные с приводом прицела и предназначенные для стабилизации его углового положения.

В процессе прицеливания наводчик наводит прицел на цель при помощи пульта наведения, управляющего приводами прицела и измеряет дальность до цели. Электронный блок наведения вооружения в требуемое положение относительно прицела наводит пушку в требуемое положение относительно прицела с учетом поправок на дальность и другие условия стрельбы, используя для определения взаимного положения прицела и пушки датчики положения пушки и прицела относительно башни. Привод прицела при повороте башни стабилизирует угловое положения прицела, задаваемое пультом наведения.

Недостатком прототипа является невозможность вести стрельбу прямой наводкой с закрытых огневых позиций, открытость для противника, высокая уязвимость и малая дальность действия.

Действительно, из-за близкого расположения прицела и пушки, чтобы видеть противника, танк сам вынужден открыться и стать, таким образом, мишенью. Близкое расположение прицела и пушки снижает также дальность действий прицела (и соответственно, боевой машины). Приземный слой атмосферы насыщен пылью и влагой и обладает низким коэффициентом пропускания излучения, что уменьшает дальность видимости оптико-электронных приборов, а рельеф местности и элементы ландшафта уменьшают топографическую дальность видимости из низкой точки обзора.

Задачей изобретения является:
обеспечение боевой машины возможностью боевой работы с закрытых позиций;
повышение дальности действия;
уменьшение уязвимости боевой машины.

Задача может быть решена при установке прицела на высоте над боевой машиной при обеспечении точного поддержания требуемого положения вооружения относительно прицела.

Задача решается тем, что боевая машина, содержащая вооружение, прицел, по крайней мере один датчик углового положения прицела относительно вооружения, приводы наведения вооружения и прицела, пуль наведения, выходом связанный с приводом наведения прицела, и электронный блок наведения вооружения в требуемое положение относительно прицела, входы которого связаны с датчиками углового положения прицела относительно вооружения, а выходы - с приводом наведения вооружения, дополнительно оснащается мачтой, на которой размещается прицел, и по крайней мере один из датчик углового положения прицела относительно вооружения выполнен в виде оптико-электронного дистанционного датчика углов.

Кроме того, оптико-электронный дистанционный датчик углов выполнен в виде фотоэлектрического автоколлиматора.

Кроме того, мачта выполнена раздвижной.

Кроме того, боевая машина оснащена средством для постановки маскирующей завесы.

В общем случае положение прицела относительно вооружения или базы мачты может измеряться напрямую дистанционным оптико-электронным датчиком.

В частном случае, дистанционный оптико-электронный датчик углов обеспечивает измерение углового положения верхушки нежесткой мачты относительно ее основания. Положение прицела относительно верхушки мачты, вооружения и основания мачты относительно общей жесткой базы могут измеряться обычными датчиками поворота вала в цапфах. Мачта может также содержать несколько колен, угловое положение которых контролируется несколькими дистанционными датчиками.

Мачта может быть снабжена датчиком высоты подъема или приводами для изменения ее наклона или наклонов ее нескольких колен.

Изобретение является новым и имеет изобретательский уровень.

Известна установка оптико-электронного прибора с тепловизионным, телевизионным и лазерным дальномерным каналами на раздвижной мачте в экспериментальной боевой машине Великобритании [4|. Мачтовый прибор в указанной машине улучшает условия разведки, но не дает возможности вести стрельбу. Электронно-механические датчики поворота в цапфах не обеспечивают измерение взаимного положения оптико-электронного прибора и вооружения с точностью, достаточной для стрельбы, так как мачта не обладает достаточной жесткостью. Поэтому для ведения стрельбы в машине имеется традиционный оптико-электронный прицел, близко расположенный к пушке.

Мачта принципиально не может быть жесткой из-за большой длины, большого веса оптико-электронного прибора и люфтов раздвижных элементов. Кроме недостаточной жесткости для удлиненных конструкций характерны угловые уводы вследствие неравномерного распределения температуры из-за солнечного освещения или ветра. Таким образом, мачта не обеспечивает точной механической связи прицела с вооружением, необходимой для стрельбы неуправляемыми снарядами.

Для решения указанной задачи, предпринимались попытки разместить на подъемной мачте не только прицел, но и башню с пушкой и наводчиком (фиг.2), окончившиеся неудачей вследствие высокого опрокидывающего момента, вызываемого отдачей пушки [5].

Поставленная задача решается, если при установке прицела на мачте применяется оптико-электронный дистанционный датчик углов для измерения положения прицела относительно вооружения.

На фиг.1 показана схема прототипа.

На фиг.2 показана боевая машина с поднимаемой на мачте башней.

На фиг. 3 показана боевая машина с мачтовым прицелом и тремя датчиками углового положения прицела относительно пушки.

На фиг. 4 показана боевая машина с мачтовым прицелом, мачтой с регулируемым наклоном и семью датчиками углового положения прицела относительно пушки.

На фиг.5 показан автоколлимационный принцип измерения углов.

На фиг.6 показаны траектории движения (в плоскости изображения автоколлиматора) отраженных от тетраэдрического светоотражателя пучков излучения при поворотах отражателя по трем углам.

На фиг.7 показан пример стрельбы с закрытой позиции прямой наводкой.

На фиг.8 показано влияние маскирующей завесы на условия видимости.

Прототип (фиг. 1) содержит корпус 1, башню 2, пушку 3, приводы пушки в вертикальном направлении 4 и башни в горизонтальном направлении 5, датчик положения пушки относительно башни 6, пульт наведения 9, прицел 11, приводы прицела по вертикали 12 и горизонтали 13, датчики положения прицела относительно башни по вертикали 14 и горизонтали 15, электронный блок наведения вооружения в требуемое положение относительно прицела 16.

Боевая машина с мачтовым прицелом (фиг.3 и 4) содержит корпус 1, башню 2, пушку 3, с приводами вертикальной наводки 4 и горизонтальной - 5, датчики поворота пушки относительно корпуса по вертикали 6 и горизонтали 7, наводчики 8, пульт наведения 9, мачту 10, прицел 11 с приводами вертикальной наводки 12 и горизонтальной - 13, оптико-электронный дистанционный датчик углов 14 с контрольным элементом 15, и электронный блок наведения вооружения в требуемое положение относительно прицела 16.

Боевая машина (фиг. 4) содержит дополнительно датчики поворота прицела относительно верхушки мачты по вертикали 17 и горизонтали 18, датчики поворота основания мачты относительно места закрепления мачты 19 и 20 и соответствующие приводы 21 и 22, датчик высоты подъема раздвижной мачты 23, подключенный к входу электронного блока наведения вооружения в требуемое положение относительно прицела и средство для постановки маскирующей завесы 24.

Прицел 11 установлен на мачте 10. Приводы прицела 12 и 13 подключены к выходам пульта наведения 9. Датчики углового положения пушки 6 и 7, дистанционный оптико-электронный датчик углового положения 14 (а также датчики 17 - 20, 23 на фиг.4) подключены к входам электронного блока наведения вооружения в требуемое положение относительно прицела.

Связь датчиком углов и приводов с пультом и электронным блоком наведения в требуемое положение относительно прицела может быть не прямой и включать в себя другие необходимые блоки и контуры - гиростабилизации и т.д.

В частном случае в качестве дистанционного оптико-электронного датчика углов 14 использован двухканальный трехкоординатный фотоэлектрический автоколлиматор в комплекте с автоколлимационным элементом в качестве контрольного элемента 15, способным преобразовывать угол скручивания падающего на него пучка лучей в угол качания пучка на выходе, а также редуцировать возвращаемый угол. В общем случае оптико-электронный дистанционный датчик углов 14 может быть выполнен не только в виде автоколлиматора. Могут быть также использованы дистанционные оптико-электронные датчики угла, работающие на коллимационном, авторефлексионном принципе или на методах физической оптики, например интерферометрический угломер [6] . Дистанционный датчик углового положения может контролировать от одной до трех пространственных координат в зависимости от требований, предъявляемых к машине.

Прицел 11 содержит каналы изображения (тепловизионный, телевизионный, волоконно-оптический и т.д.) и дальномерный канал.

Боевая машина с мачтовым прицелом (фиг.3) функционирует следующим образом. Наводчик 8 с помощью пульта наведения 9 и приводов прицела 12 и 13 осуществляет наведение прицела 11 на цель. Пушка 3 наводится на задаваемое прицелом 11 направление с угловыми поправками на дальность, параллакс и условия стрельбы приводами 4 и 5 под управлением электронного блока наведения вооружения в требуемое положение относительно прицела 16, использующего для обратной связи сигналы оптико-электронного дистанционного датчика углового положения 14, контролирующего положение прицела 11 относительно корпуса через связанный с прицелом автоколлимационный элемент 15 и датчиков поворота пушки относительно корпуса по вертикали 6 и горизонтали 7. Три датчика 15, 6 и 7 образуют измерительную систему, при помощи которой электронный блок наведения вооружения в требуемое положение относительно прицела определяет угловое положение относительно пушки в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Боевая машина с мачтовым прицелом на фиг.4 функционирует следующим образом. Наводчик 8 с помощью пульта наведения 9 и приводов прицела 12 и 13 осуществляет наведение прицела 11 на цель. Пушка 3 наводится на задаваемое прицелом 11 направление с угловыми поправками на дальность, параллакс и условия стрельбы приводами 4 и 5 под управлением электронного блока наведения вооружения в требуемое положение относительно прицела 16, использующего для обратной связи сигналы оптико-электронного дистанционного датчика углового положения 14, контролирующего прогиб мачты через связанный с верхушкой мачты автоколлимационный элемент 15, сигналы датчиков поворота пушки относительно корпуса по вертикали 6 и горизонтали 7, датчиков поворота основания мачты относительно места закрепления мачты 19 и 20 и датчиков поворота прицела относительно верхушки мачты по вертикали - 17 и горизонтали - 18.

Семь датчиков 15, 6, 7, 17 - 20 образуют измерительную систему, при помощи которой электронный блок наведения вооружения в требуемое положение относительно прицела определяет угловое положение прицела относительно пушки в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Датчик высоты мачты 23 предназначен для учета изменений значений параллакса.

Электронный блок наведения вооружения в требуемое положение относительно прицела 16 может содержать необходимые контроллеры приводов, бортовые вычислители, программные коды, датчики условий стрельбы и другие электронные устройства.

Для выбора оптимальной точки наблюдения, при работе из-за укрытий, наклон мачты может регулироваться приводами 21 и 22.

Поскольку измерение углового положения прицела относительно корпуса осуществляется дистанционным оптико-электронным датчиком, прогибы нежесткой мачты не оказывают влияния на точность связи прицела с пушкой, и, тем самым, достигается поставленная задача.

Автоколлимационный принцип определения углов реализуется следующим образом. Оптическое излучение от марки A, показанной в виде креста и находящейся в фокальной плоскости коллимационного объектива 24 автоколлиматора 14, формируется коллимационным объективом в параллельный пучок, который отражается автоколлимационным элементом 15, условно показанным в виде плоского зеркала, обратно в объектив и фокусируется в его фокальной плоскости, формируя изображение марки A'. Автоколлимационный элемент 15 механически связан с контролируемым объектом. В такой схеме, линейное положение изображения A' зависит только от углового положения автоколлимационного элемента 15 и нечувствительно к линейным перемещениям автоколлимационного элемента 15 относительно автоколлиматора 14 ([6] стр. 32).

В случае использования в качестве автоколлимационного элемента 15 плоского зеркала, смещение изображения по одной координате Y' связано с соответствующим углом взаимного разворота коллиматора и зеркала формулой
tg(2γ) = y′/f′ ,
где4 γ - угол между осью автоколлиматора и нормально к зеркалу;
Y' - координата изображения марки;
f' - фокусное расстояние объектива.

Линейная координата изображения Y' измеряется координатно-чувствительным фотоприемником (не показан) и автоматически сопоставляется по известной для конкретного автоколлимационного элемента 15 формуле с углами возвращенного пучка излучения.

В качестве автоколлимационного элемента может использоваться тетраэдрический уголковый светоотражатель, у которого углы выполнены с небольшими отступлениями от 90^o: δ₁= δ₂= -δ₃. Такой отражатель преобразует падающий на него пучок в 6 отраженных пучков, изображения двух из них A₁, A₄ (фиг.6) находятся в центре и несут в своих линейных координатах информацию только о коллимационных углах, а изображения четырех остальных A₂, A₃, A₅ и A₆ находятся по периферии и зависят по координатам от углов скручивания и коллимационных [7].

Перемещения 6 изображений в зависимости от величин коллимационных углов показаны сплошной и прерывистой линией, а в зависимости от угла скручивания - точками.

Оптико-электронный дистанционный датчик углового положения 14 для измерения и коллимационных углов и угла скручивания включает в себя два приемных канала. Один их каналов автоколлиматора 14 измеряет координаты центрального изображения и определяет тем самым коллимационные углы. Второй канал измеряет координаты одного из периферийных изображений и, с учетом поправки на коллимационные углы, выдает угол скручивания.

Автоколлимационный элемент 15 может иметь и другие комбинации отступлений углов от 90^o или π/2n^° . Соответственно дистанционный оптико-электронный датчик углов 14 может иметь другое количество приемлемых каналов и использовать иные схемы расположения и перемещения отраженных изображений. Автоколлимационный элемент 15 может также иметь отличные от тетраэдра реализации.

Машина с мачтой, мачтовым прицелом и дистанционным оптико-электронным датчиком лишена недостатков прототипа и позволяет вести стрельбу или измерение координат цели из закрытых от противника позиций. При стрельбе прямой наводкой (фиг. 7) с закрытой позиции (из-за холма) по противнику 25, наблюдаемому через мачтовый прицел 11, боевая машина 26 не видна для противника, не оснащенного мачтой. Номерами 27 и 28 обозначены траектория снаряда и линия визирования в прицел 11, номером 29 - линия визирования из машины противника.

В частном случае мачта выполнена раздвижной, что позволяет складывать ее при проезде под проводами и другими препятствиями.

В частном случае для повышения неуязвимости машина с мачтовым прицелом может использоваться в сочетании с маскирующей аэрозольной или дымовой завесой (фиг.8). Оптическая плотность маскирующих завес в общем случае убывает по мере удаленности от приземного слоя. Условно завеса показана областью с однородной оптической плотностью, характеризующейся показателем объемного поглощения излучения α, в то время как показатель объемного поглощения атмосферы равен нулю. Расстояние от дистанционного оптико-электронного датчика углов до условной верхней границы завесы обозначено как R₂, а расстояние от боевой машины 26 до условной передней границы завесы - как R₁.

Коэффициент оптического пропускания горизонтальной трассы, проходящей между боевой машиной 26 и целью 25, мал и препятствует видимости. Коэффициент пропускания трассы между мачтовым прицелом 11 и целью 25 τ₃= 1 обеспечивает нормальную видимость. Коэффициент пропускания излучения между корпусом машины 26 и мачтовым прицелом 11 (туда и обратно) в выше чем τ₁ и достаточен для работы оптико-электронного дистанционного датчика углов. Так, для завесы с объемным поглощением 0,5 м^-1, R₁ = 30 м, R₂ = 10 м, значения коэффициентов пропускания трасс составляет
τ₁= 7•10^-3, τ₂= 1, τ₃= 3•10^-7 .

Для формирования оптимального профиля оптической плотности завесы возможно управление плотностью, спектральным и пространственным распределением плотности завесы изменением состава, веса и размера частиц завесы и направления их распыления.

Удаление прицела от приземного слоя атмосферы, насыщенного пылью и влагой, повышает дальность видимости и улучшает условия обзора.

Таким образом, изобретение обеспечивает возможность стрельбы прямой наводкой и измерения координат целей с закрытых позиций, повышает дальность действия и уменьшает уязвимости боевой машины.

Литература
1 Арканов Д.О. Системы управления огнем современных зарубежных танков. Зарубежная военная техника, сер. бронетанковая техника и вооружение, вып. 14 1984 г., стр. 54, Центральный научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований.

2 International Defence Review 1992 N 1 p. 48 - 52
3 Wehrtechnik 1976 N3 p.20 - 33
4 International Defence Review 1992 N 5 p. 439
5 Зарубежная военная техника, сер. бронетанковая техника и вооружение, вып. 14 1985 г., стр. 14, Центральный научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований.

6 Аникст Д.А. и др. Высокоточные угловые измерения./ Под ред. Ю.Г. Якушенкова. - М.: Машиностроение. 1987.

[7] Авторское свидетельство СССР 1045200, кл. G 02 B 5/122. С.В. Процко, Б.Ю. Ханох, А.П. Хапелюк.

Изобретение относится к военной технике и может быть использовано в боевых машинах со ствольным и ракетным вооружением, а также в машинах разведки и управления огнем. Изобретение обеспечивает возможность стрельбы прямой наводкой и ведение разведки с закрытых позиций, повышение дальности действия, уменьшение уязвимости боевой машины. Боевая машина содержит вооружение, прицел, по крайней мере один датчик углового положения прицела относительно вооружения, приводы наведения вооружения и прицела, пульт наведения, выходом связанный с приводом наведения прицела, и электронный блок наведения вооружения в требуемое положение относительно прицела, входы которого связаны с датчиком углового положения прицела относительно вооружения, а выходы - с приводом наведения вооружения, а также мачту, на которой размещается прицел. По крайней мере один из датчиков углового положения прицела относительно вооружения выполнен в виде оптико-электронного дистанционного датчика углов. 3 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Боевая машина, содержащая вооружение, прицел, по крайней мере один датчик углового положения прицела относительно вооружения, приводы наведения вооружения и прицела, пульт наведения, выходом связанный с приводом наведения прицела, и электронный блок наведения вооружения в требуемое положение относительно прицела, входы которого связаны с датчиками углового положения прицела относительно вооружения, а выходы - с приводом наведения вооружения, отличающаяся тем, что прицел размещен на мачте и по крайней мере один датчик углового положения прицела относительно вооружения выполнен в виде оптико-электронного дистанционного датчика углов. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что оптико-электронный дистанционный датчик углов выполнен в виде фотоэлектрического автоколлиматора. 3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что мачта выполнена раздвижной. 4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство для постановки маскирующей завесы.