СПОСОБ ПРИЦЕЛИВАНИЯ ПРИ СБРОСЕ ГРУЗОВ В НАБЛЮДАЕМУЮ ТОЧКУ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ С МАНЕВРИРУЮЩЕГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2003 года по МПК F41G9/02 

Изобретение относится к прицельной технике и предназначено для реализации управления пространственным маневром летательного аппарата, в процессе выполнения которого обеспечивается прицельный сброс груза в наблюдаемую точку земной поверхности.

Патентный поиск во Всероссийской патентно-технической библиотеке по классификациям F 41 G 3/00 "Средства прицеливания; средства наведения", F 41 G 3/24 "Бомбардировочные прицелы", а также F 41 G 3/02, /06, /08, /16, /22, /24, /26, /32, F 41 G 5/02, /18 вплоть до настоящего времени не позволил найти явных ни аналогов, ни прототипа. Поэтому в качестве прототипа взят способ прицеливания при бомбометании по наземным целям, изложенный в [1].

По прототипу прицельный сброс грузов (бомбометание) осуществляют в режиме горизонтального полета летательного аппарата (ЛА) [1], стр.5-10. На фиг.1 представлена векторная схема существующего способа прицеливания, где U - вектор скорости ветра - скорости перемещения воздушной массы вместе с ЛА и падающим грузом, который на время прицеливания и грузометания принимают горизонтальным и неизменным как по курсу δ, так и по величине U; ЛА находится в точке O(t), летит горизонтально с воздушной скоростью V₁(t) по скоростному курсу K(t) и путевой скоростью W₁(t)=V₁(t)+U с углом сноса α(t). Вычисляют по составляющим в текущей курсовой стабилизированной по вертикали системе координат M(t)X_V(t)Y_gZ(t) (ось Y_g с началом M(t) на уровне моря направлена вертикально вверх и проходит через O(t); ось X_V(t) лежит в вертикальной "плоскости курса" O(t)O₁B₁B; ось Z(t) завершает построение этой правой прямоугольной системы координат) значения векторов ветра, воздушной и путевой скоростей. В текущий момент времени t однократно решают задачу баллистики - прогнозирования движения в воздушной среде условно сброшенного в точке O(t) груза, путем интегрирования в текущей курсовой стабилизированной по вертикали системе координат в форсированном масштабе времени дифференциальных уравнений его движения
Y(τ) =F(C, Y(τ)), (1)
где F(...) - известная в общем случае нелинейная векторная функция;
Y(τ), Y(τ) - фазовые координаты движения груза и их производные;
С - баллистические (аэродинамические) характеристики груза, при заданных начальных

где Н - высота полета ЛА, θ(t) - угол скоростного тангажа ЛА (при θ(t)=0 - горизонтальный полет, при θ(t)>0 - угол кабрирования, при θ(t)<0 - угол пикирования ЛА), V₁(t)•cos(θ(t)), V₁(t)•sin(θ(t)) - горизонтальная и вертикальная составляющие начальной воздушной скорости условно сбрасываемого груза, "Т" - символ транспонирования, и получаемых конечных условий, где δH - высота превышения точек F₀(t), F(t), Ц земной поверхности над уровнем моря, значением которой по координате Y_g заканчивают интегрирование уравнений баллистики (1) и определяют величины времени Т падения и штилевого относа А=Х_V(Т) груза, V_ГХ(T), V_ГY(Т) - горизонтальная и вертикальная составляющие вектора скорости груза в момент приземления. Заметим, что линия O(t)C называется линией пути, вертикальная плоскость O(t)CC₁O₁(t) - плоскостью пути, линия O₁(t)C₁ - проекцией линии пути на поверхность земли, смещение условной точки падения груза F(t) под действием ветра относительно F₀(t) равно U•T и называется ветровым сносом, а относительно вертикальной плоскости пути равно величине δ, которую называют боковым смещением и вычисляют по формуле δ = (V₁•T-A)•sinα(t). Прямая "линия F(t)Ц, параллельная проекции пути летательного аппарата на земную поверхность O₁(t)C₁ и отстоящая от нее на расстояние бокового смещения δ, называется линией разрывов". По данным навигационной системы о текущих картографических координатах Х_ЛА ^КГ(t), Z_лa ^КГ(t) летательного аппарата и с помощью матрицы перехода M_КГ←КС от текущей курсовой стабилизированной по вертикали системы координат M(t)X_V(t)Y_gZ(t) к картографической (гироинерциальной) системе координат ONY_gZ^КГ

осуществляют привязку линии "разрывов" к картографической (гироинерциальной) системе координат:
Х_ЛР ^кг(t)=Х_ЛА ^кг(t)+F^X _ЛР(t)•cos(K(t))-F^Z _ЛР(t)(sin(K(t)); (2)
z_лр ^кг(t)=Z_ЛА ^кг(t)+F^Х _ЛР(t)(sin(K(t))+F^Z _ЛР(t)(cos(K(t)), (3)
где F^Х _ЛР(t), F^Z _ЛР(t) - координаты точек линии "разрывов" в текущей курсовой стабилизированной по вертикали системе координат.

Вводят изображение вычисляемой прямой линии "разрывов" в поле зрения летчика (штурмана). Далее по прототипу в процессе прицеливания с горизонтального полета управляют ЛА по курсу ("направлению") и заблаговременно обеспечивают устойчивое относительное движение наблюдаемой точки земной поверхности Ц вдоль непрерывно уточняемой прямой линии "разрывов" F(t)Ц, управляют системой отделения грузов ("прицеливание по дальности") и в момент совпадения точки Ц с точкой F(t) - началом прямой линии "разрывов" - производят прицельный сброс груза.

Способ по прототипу не позволяет, да и не предназначен для прицеливания при сбросе грузов в наблюдаемую точку земной поверхности с пространственно маневрирующего летательного аппарата.

Увеличение грузоподъемных, скоростных и маневренных характеристик современных ЛА, с одной стороны, и бурное развитие бортовых цифровых многопроцессорных вычислительных систем, способных с высоким быстродействием - форсированном масштабе времени, и точностью решать последовательно и параллельно целую совокупность задач, с другой стороны, сделали необходимым, актуальным и возможным разработку нового способа прицеливания - прицеливания при сбросе грузов в наблюдаемую точку земной поверхности с маневрирующего летательного аппарата.

Указанный выше основной недостаток существующего способа предлагается устранить путем внедрения дополнительных технологических операций в процесс прицеливания, в соответствии с которыми:
а) прогнозируют на время t_ПР, например, методом интегрирования в форсированном масштабе времени системы дифференциальных уравнений пилотируемого пространственного движения ЛА:
Y_ЛА(τ) = F_ЛА(C_ЛА, Y_ЛА(τ),Q_ЛА(τ)), (4)
где F_лa(...) - известная в общем случае нелинейная векторная функция;
Y_ЛА(τ), Y_ЛА(τ) - фазовые координаты движения летательного аппарата

и их производные;
H(t+τ), θ(t+τ) - изменение высоты и скоростного тангажа ЛА по ходу прогноза;
ΔK(τ) - приращение курсового угла по ходу прогноза;
C_ла - аэродинамические характеристики ЛА;
Q_лa(τ) - заданное на время t_ПР прогноза управление ЛА,
фазовые координаты ЛА по составляющим упомянутой выше системы координат M(t)X_V(t)Y_gZ(t), при начальных значениях Y_Ла(0), равных текущим измеренным фактическим значениям фазовых координат Y_ЛА(t) движения ЛА

б) на прогнозируемой траектории O(t,0)...O(t,j)...O(t,J) движения ЛА (фиг. 2) в ряде точек O(t, j), 0≤j≤J, то есть многократно, решают задачу баллистики груза в их прогнозируемых курсовых системах координат M(t, j)X_V(t, j)Y_gZ(t, j) известным образом (1) и определяют величины времени T_j падения и координат точек F₀(t,j) условного "штилевого" падения грузов на плоскость уровня точки Ц. Координаты точек условного падения грузов F(t,j) определяют с учетом ветрового сноса U•(t^j _ПР+T_j), который вычисляют не только с учетом времени T_j падения груза, условно сброшенного в j-й точке О(t,j) прогнозируемой траектории ЛА, но и времени t^j _ПР (берется из модели (4)), которое потребовалось бы ЛА, чтобы в реальной действительности выполнить рассматриваемый маневр из точки O(t,0) в точку O(t,j). Множество точек F(t, j), 0≤j≤J, представляет собой кривую линию "разрывов". Выражения для каждой из точек F(t, j), 1≤j≤J, кривой линии "разрывов", полученные по составляющим F^X(t, j), F^Z(t, j) в прогнозируемых курсовых стабилизированных по вертикали системах координат M(t, j)X_V(t, j)Y_gZ(t, j), преобразуют по алгоритму


где Х_Лa(t,j), Z_ЛА(t,j) - прогнозируемые координаты ЛА в базисе
M(t)X_V(t)Y_gZ(t);
ΔK(t, j) - приращение курсового угла ЛА на интервале j-го прогноза, к виду F^X _ЛР(t,j), F^Z _ЛР(t,j) в базисе M(t)X_V(t)Y_gZ(t).

Затем все точки F(t,j), 0≤j≤J, по алгоритму (2), (3) представляют координатами Х_ЛР ^КГ(t, j), Z_ЛР ^КГ(t, j) в картографической системе координат ONY_gZ^КГ.

Вводят изображение вычисляемой кривой линии "разрывов" в поле зрения летчика (штурмана) и в процессе прицеливания, управляя маневром ЛА, заблаговременно накладывают кривую линию "разрывов" на наблюдаемую точку земной поверхности Ц, продолжая принятый маневр, обеспечивают устойчивое относительное движение точки Ц вдоль кривой линии "разрывов" F(t,0)ЦF(t,J) и в момент совпадения точки Ц с точкой F(t,0) производят прицельный сброс груза.

Перечень графических материалов
Фиг. 1. Векторная схема прицеливания при бомбометании с горизонтального полета ЛА.

Фиг. 2. Векторная схема прицеливания при сбросе грузов в наблюдаемую точку земной поверхности с маневрирующего ЛА.

Источник информации
1. Эфрос И. Е. Основы устройства прицелов для бомбометания. Воениздат, Москва, 1947 г., стр.5-11.

Изобретение относится к прицельной технике и предназначено для реализации управления пространственным маневром летательного аппарата, в процессе выполнения которого обеспечивается прицельный сброс груза в наблюдаемую точку земной поверхности. Техническим результатом является расширение диапазона условий применения летательных аппаратов (ЛА) при сбросе грузов в назначенную и визуально обнаруженную экипажем точку земной поверхности, повышение быстродействия и точности при грузометании с нешаблонного пространственного маневра. Цель достигается путем внедрения дополнительных технологических операций в процессе прицеливания, а именно прогнозируют фазовые координаты движения маневрирующего ЛА на прогнозируемой траектории его движения в ряде точек, то есть многократно, решают задачу баллистики груза. Прогнозируемые ветровые сносы вычисляют не только с учетом времени падения груза, но и времени прогнозируемого движения ЛА до каждой из указанных точек прогнозируемой траектории. Выражения для каждой из точек прогнозируемого падения груза и всей кривой линии "разрывов" представляют в виде проекции на горизонтальную плоскость картографической системы координат, вводят изображение вычисленной линии "разрывов" в поле зрения летчика (штурмана), управляя летательным аппаратом, заблаговременно накладывают и удерживают кривую линию "разрывов" на наблюдаемой точке земной поверхности и в момент совпадения последней с точкой начала линии "разрывов" производят прицельный сброс груза. 2 ил.

Способ прицеливания при сбросе грузов в наблюдаемую точку земной поверхности с маневрирующего летательного аппарата, заключающийся в том, что измеряют текущие значения геометрической высоты относительно наблюдаемой точки земной поверхности, барометрической высоты, углов атаки, скольжения, курса, тангажа, крена, сноса, воздушной и путевой скоростей, навигационные координаты полета летательного аппарата, вычисляют по составляющим в текущей курсовой стабилизированной по вертикали системе координат значения векторов ветра, воздушной и путевой скоростей, ветрового сноса, вычисляют линию "разрывов", решают задачу баллистики груза и при этом определяют штилевой относ, время падения груза, представляют линию "разрывов" в виде проекции на горизонтальную плоскость картографической системы координат, вводят изображение вычисленной линии "разрывов" в поле зрения летчика или штурмана, управляя летательным аппаратом, заблаговременно накладывают и удерживают линию "разрывов" на наблюдаемой точке земной поверхности и в момент ее совпадения с точкой начала линии "разрывов" производят прицельный сброс груза, отличающийся тем, что дополнительно решают задачу прогнозирования фазовых координат движения маневрирующего летательного аппарата в текущей курсовой стабилизированной по вертикали системе координат, на прогнозируемой траектории движения летательного аппарата в ряде точек, то есть многократно, решают задачу баллистики груза в их прогнозируемых курсовых стабилизированных по вертикали системах координат, прогнозируемые ветровые сносы вычисляют не только с учетом времени падения груза, но и времени прогнозируемого движения летательного аппарата до каждой из указанных точек прогнозируемых траекторий, выражения для каждой из точек прогнозируемого падения груза и всю кривую линию "разрывов" представляют по составляющим в текущей курсовой стабилизированной по вертикали системе координат.