АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВООРУЖЕНИЕМ Российский патент 2003 года по МПК F41G3/08 F41G5/14 

Предлагаемая автоматизированная система управления вооружением (АСУВ) относится к военной технике, а более конкретно - к АСУВ, устанавливаемым на подвижных объектах: танках, БМП, БТР, судах, вертолетах и др. Подобные АСУВ позволяют автоматизировать процессы учета условий стрельбы, определения углов прицеливания и бокового упреждения, а также введения поправок в положение вооружения в момент выстрела.

Известны АСУВ танков первого послевоенного поколения Т-55 и Т-62 (см., например, "Руководство по материальной части и эксплуатации танка Т-55". Воениздат, М., 1965 г.). Каждая из АСУВ этих танков содержит пульт управления, автоматизированные приводы наведения орудия в вертикальной и горизонтальной плоскостях с блоком их включения и стабилизатором вооружения. Эффективность этих систем достаточно высока. Она обеспечивается введением автоматизированных приводов наведения орудия в двух плоскостях. Достигаемая вероятность попадания при этом не ниже 50%. Однако для этих систем характерны недостатки. При их применении в пустынной, горно-пустынной и прибрежных местностях точность стрельбы всеми типами снарядов может существенно (до 1 т.д. и более) изменяться. Это объясняется тем, что в указанных районах вследствие высокой температуры нагрева (до 60 градусов) подстилающей поверхности над ней возникают мощные воздушные потоки (см., например, Савкин Л.С., Лебедев Б.Д. Метеорология и стрельба артиллерии. М., Воениздат, 1974, с. 10-14), отклоняющие снаряды в полете по высоте и направлению от точки прицеливания.

Кроме того, измерение дальности в этой АСУВ до цели производится с помощью дальномерных шкал, что обусловливает большую погрешность (более 10% от измеренной дальности) ее измерения, а следовательно, и погрешность в определении угла прицеливания. Поэтому при стрельбе из танков Т-55, Т-62 вероятность попадания, как правило, не превышает 50%, а дальность эффективного огня составляет лишь 1400-1600 м.

Известна также автоматизированная система управления вооружением танка Т-80Б (см. , например, Танк Т-80Б. ТО и ИЭ. Кн.1. М., Воениздат, 1984, с. 44-132). Эта система по технической сути и существенным признакам является наиболее близкой к заявляемой и принята за ее прототип. Одновременно она является базовым объектом предлагаемой системы и содержит последовательно соединенные пульт управления, прицел, блок суммирования и привод наведения орудия - пусковой установки, баллистический вычислитель, выход которого подключен ко второму входу блока суммирования, блок ручных поправок, выходы которого по количеству поправок подключены к соответствующим первым входам баллистического вычислителя, ко второму, третьему и четвертому входам которого подключены соответственно датчик баллистики боеприпаса, лазерный дальномер и датчик ветра, а также систему наведения управляемых ракет, включающую блок компенсации веса управляемой ракеты и последовательно соединенные координатор, вход которого соединен со вторым выходом прицела, устройство формирования сигнала управления, дополнительный блок суммирования, второй вход которого соединен с выходом блока компенсации веса управляемой ракеты, устройство формирования команды управления и линию передачи команд, сопряженную с управляемой ракетой.

Эффективность этой АСУВ по сравнению с предшествующей существенно возросла. Дальность эффективного артиллерийского огня увеличилась до 2200-2500 м, а дальность дополнительно введенного ракетного - до 4000 м, что достигнуто прежде всего за счет реализации независимой линии прицеливания, автоматического ввода основных поправок, включения в боекомплект управляемых ракет, а в систему управления огнем - их системы наведения, а также введения в АСУВ ряда дополнительных элементов, например баллистического вычислителя, блока ручных поправок, датчика ветра, лазерного дальномера, прицела со стабилизатором линии прицеливания, датчика баллистики боеприпаса (снаряда или управляемой ракеты) и др. Введенные элементы позволили учесть ряд поправок при стрельбе, за исключением поправки на отклонение боеприпаса по высоте от точки прицеливания при его полете в условиях восходящего (нисходящего) воздушного потока, которое может составить при стрельбе всеми типами снарядов до 0,4 т.д. и более. По опыту боевых действий в Афганистане и Чечне это отклонение из-за мощных вертикальных воздушных потоков, характерных для горных и пустынных районов, может достигать еще большей величины.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности АСУВ за счет компенсации отклонений снарядов (управляемых ракет) на траектории, возникающих вследствие действия вертикальных воздушных потоков.

Указанная цель достигается тем, что в АСУВ установлены первый переключатель, вход которого подключен к выходу датчика баллистики боеприпаса, блок констант, выход которого подключен к первому входу первого переключателя, последовательно соединенные датчик скорости вертикального воздушного потока, первый квадратор, второй переключатель, второй вход которого соединен с выходом датчика баллистики боеприпаса, масштабирующий блок, блок умножения, со вторым входом которого соединен выход первого переключателя, и согласующее устройство, выход которого подключен к третьему входу блока суммирования, а также установлены блок деления, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно лазерного дальномера и датчика баллистики боеприпаса, второй квадратор, вход которого соединен с выходом блока деления, а выход с третьим входом первого переключателя, два дополнительных масштабирующих блока и инвертор, при этом второй выход второго переключателя через первый дополнительный масштабирующий блок соединен с третьим входом блока умножения, третий - через последовательно соединенные второй дополнительный масштабирующий блок и инвертор соединен с третьим входом дополнительного блока суммирования, а датчик скорости вертикального воздушного потока электрически соединен через ключ со вторыми выходами датчика ветра и пульта управления.

Введение новых элементов и связей позволяет получить новую информацию об условиях стрельбы (о скорости вертикального воздушного потока), что обеспечивает повышение эффективности АСУВ, в частности, путем увеличения точности определения и установки угла прицеливания орудия - пусковой установки (при стрельбе артиллерийскими снарядами и управляемыми ракетами) и путем коррекции команды управления ракетой (при стрельбе управляемыми ракетами).

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, на котором показаны взаимное расположение и связи элементов предлагаемой АСУВ и приняты следующие обозначения:
1 - пульт управления (ПУ),
2 - прицел (Пр),
3 - блок суммирования (С),
4 - привод вертикального наведения (ПВН),
5 - орудие - пусковая установка (О),
6 - блок ручных поправок (БРП),
7 - баллистический вычислитель (БВ),
8 - ключ (Кл),
9 - датчик скорости вертикального воздушного потока (ДВП),
10 - датчик ветра (ДВ),
11 - лазерный дальномер (ЛД),
12 - датчик баллистики боеприпаса (ДБ),
13 - согласующее устройство (СУ),
14 - первый квадратор (К1),
15 - блок деления (БД),
16 - первый переключатель (П1),
17 - блок умножения (БУ),
18 - второй переключатель (П2),
19 - второй квадратор (К2),
20 - блок констант (БК),
21 - масштабирующий блок (МБ),
22 - блок компенсации веса управляемой ракеты (БКВ),
23 - первый дополнительный масштабирующий блок (ДМБ1),
24 - координатор (К),
25 - устройство формирования сигнала управления (УФС),
26 - дополнительный блок суммирования (ДС),
27 - инвертор (Ив),
28 - второй дополнительный масштабирующий блок (ДМБ2),
29 - устройство формирования команд управления (УФК),
30 - линия передачи команд (ЛПК),
31 - управляемая ракета (УР).

Блоки 1-7, 10-12, 22, 24-26, 29-31 являются штатными блоками прототипа и выполняют те же функции. Ключ 8 выполнен таким образом, что обеспечивает включение блока 9 при включении и срабатывании датчика ветра 10. Включение блока 9 возможно и с пульта управления 1, что необходимо при неисправном блоке 10, при контроле и настройке АСУВ. Датчик скорости вертикального воздушного потока 9 конструктивно выполняется аналогично датчику ветра 10, но устанавливается таким образом, чтобы его измерительная ось занимала вертикальное положение во время измерения. Согласующее устройство 13 выполнено так, что согласует электрический сигнал, поступающий с блока 17, с рабочими характеристиками блока суммирования 3 и привода вертикального наведения орудия - пусковой установки 4. Первый квадратор 14 обеспечивает возведение значения поданного на него сигнала с блока 9 во вторую степень и его подачу на вход блока 18. Переключатели П1 (бл.16) и П2 (бл.18) при переключении датчика баллистики 12 на стрельбу артиллерийскими снарядами находятся в исходном положении, причем переключатель П1 (бл.16) обеспечивает связь квадратора 19 с блоком умножения 17, а переключатель П2 (бл.18) обеспечивает связь первого квадратора К1 (бл.14) с масштабирующим блоком 21. При установке датчика баллистики боеприпаса 12 в положение стрельбы управляемой ракетой происходит переключение переключателей П1 и П2 (благодаря их связи с блоком 12). При этом П1 обеспечивает отключение блока 17 от квадратора 19 и подключение его к блоку констант 20, а П2 обеспечивает отключение от блока 14 блока 21 и подключение к нему блоков 23 и 28. Блок констант 20 выполнен на основе делителя напряжения и обеспечивает подачу от бортовой сети или автономного источника питания постоянного сигнала на блок умножения 17. Он может быть снабжен переключателем или регулятором, обеспечивающими возможность выбора (регулирования) одного из нескольких постоянных сигналов. Масштабирующий блок 21 и дополнительный масштабирующий блок 23 обеспечивают получение сигналов, соответствующих половине значения ускорения соответственно артиллерийского снаряда или управляемой ракеты а/2, которые они приобретают под действием вертикальных воздушных потоков. Их значения с учетом аэродинамики (см., например, Неупокоев Ф.К. "Стрельба зенитными ракетами", М., Воениздат, 1970, с.99-121) определяются выражением:

где К_МБ - значение сигнала на выходе блока 21,
К_ДМБ1 - значение сигнала на выходе блока 23,
С_х - коэффициент сопротивления снаряда в вертикальной плоскости,
ρ - плотность воздуха,
S - характерная площадь снаряда (управляемой ракеты),
m - масса снаряда (управляемой ракеты).

Дополнительный масштабирующий блок 28 обеспечивает получение сигнала, соответствующего аэродинамической силе, действующей на управляемую ракету в результате действия вертикального воздушного потока. Его значение определяется выражением (также см. книгу Неупокоева Ф.К., с.99-121):

где K₂₈ - коэффициент пропорциональности, определяющий уровень сигнала на выходе блока 28 от действующей силы.

Инвертор 27 обеспечивает изменение полярности сигнала с блока 28.

Работает предлагаемая автоматизированная система управления вооружением следующим образом. Экипаж объекта с комплексом вооружения с предлагаемой АСУВ, определив отклонения условий стрельбы от нормальных (табличных), вводит их через блок ручных поправок 6 в баллистический вычислитель 7. Наводчик, наблюдая за полем боя через прицел 2, обнаруживает цель, определяет тип боеприпаса для ее уничтожения и устанавливает датчик баллистики 12 в соответствующее положение, информация о чем поступает на входы баллистического вычислителя 7 и блока деления 15. Затем наводчик совмещает с целью при помощи органов управления на пульте управления 1 прицельную марку прицела 2 и нажимает на кнопку измерения дальности. При этом срабатывает лазерный дальномер 11 и информация о дальности до цели Д_ц поступает на входы блоков 7 и 15. В блоке 15 реализуется алгоритм t_п=Д_ц/V, где t_п - время полета боеприпаса (артиллерийского снаряда или управляемой ракеты) до цели, Д_ц - дальность до цели, V - скорость полета.

Второй квадратор 19 обеспечивает возведение во вторую степень сигнала, соответствующего t_п, который подается на него с выхода блока 15. С блока 19 сигнал поступает на вход блока 16 (первый переключатель), который при стрельбе артиллерийскими снарядами обеспечивает передачу сигнала с блока 19 на блок 17 (блок умножения). В этом случае сигналы с датчика баллистики боеприпаса не поступают ни на блок 16, ни на блок 18. Далее наводчик осуществляет заряжание орудия - пусковой установки 5, при этом с нажатием кнопки "МЗ" срабатывает датчик ветра 10 и информация о скорости бокового ветра в районе огневой позиции объекта поступает в баллистический вычислитель 7. В блоке 7 сигналы с блоков 6, 10-12 преобразуются по известным алгоритмам (см. , например, "Основы автоматики и танковые автоматические системы". М., ВАБТВ, 1976, с. 508-519) в сигнал, соответствующий углу прицеливания для данных условий стрельбы, который затем подается в блок суммирования 3. Одновременно датчик ветра 10 через ключ 8 обеспечивает включение в работу датчика скорости вертикального воздушного потока 9, благодаря которому измеряется скорость вертикального воздушного потока и формируется соответствующий этой скорости сигнал, подаваемый на вход первого квадратора 14. Поступивший в блок 14 сигнал возводится во вторую степень и поступает на выход, соответствуя квадрату скорости вертикального воздушного потока. С выхода блока 14 сигнал подается на вход блока 18. В масштабирующем блоке 18 реализуется алгоритм (1), и на его выходе образуется сигнал, соответствующий а/2, который затем подается на вход блока 17. В блоке умножения 17 сигналы с блоков 16 и 18 преобразуются в соответствии с выражением:
(3)
где ΔY - отклонение снаряда по высоте от точки прицеливания. То есть в сигнал, соответствующий отклонению ΔY данного снаряда по высоте от точки прицеливания под воздействием вертикального воздушного потока, который затем подается на вход блока 13. В согласующем устройстве 13 данный сигнал согласуется с рабочими характеристиками блока суммирования 3 и привода вертикального наведения орудия 4 и подается на вход блока 3. В блоке суммирования сигналы с блоков 7 и 13 суммируются и формируется результирующий сигнал, соответствующий уточненному углу прицеливания, который подается в блок 4, и в соответствии с полученным сигналом обеспечивается перемещение орудия - пусковой установки 5 относительно линии прицеливания.

При стрельбе управляемыми ракетами на датчике баллистики боеприпаса 12 устанавливается соответствующее положение его переключателя, в котором с его выходов подаются сигналы на переключение переключателей 16, 18. Первый переключатель 16 отключает от блока 17 блок 19, а подключает блок 20 (блок констант). Если с блока 19 на вход блока 16 поступал сигнал, соответствующий квадрату времени полета снаряда до цели (этот сигнал случайный в каждом конкретном случае и определяется дальностью до цели), то с блока 20 поступает сигнал, соответствующий квадрату времени неуправляемого полета ракеты на начальном участке. Для каждой конкретной системы наведения этот сигнал практически постоянный и определяется временем от момента схода управляемой ракеты до момента ее захвата системой наведения и начала управления. Для системы наведения комплексов управляемого вооружения 9К112-1 объектов Т-80Б это время составляет около 1,5 с.

Второй переключатель 18 по сигналу с блока 12 отключает от блока 17 блок 21 и подключает к блоку 17 дополнительный масштабирующий блок 23, передаточный коэффициент которого (см. выражение 1) определяется аэродинамическими особенностями ракеты и ее массой. Работа блоков 3, 4, 5 и 13 происходит так же, как и при стрельбе артиллерийскими снарядами. По сигналу с блока 12 переключатель 18 подключает к блоку 14 второй дополнительный масштабирующий блок 28, в котором сигнал с выхода блока 14 преобразуется в соответствии с выражением (2), а затем, инвертируясь в блоке 27, подается на третий вход дополнительного блока суммирования 26 в качестве сигнала компенсации действия вертикального воздушного потока. После пуска управляемая ракета 31 попадает в поле зрения прицела 2 и съюстированное с ним поле зрения координатора 24. Координатор 24 обеспечивает выработку сигнала, соответствующего отклонению управляемой ракеты от линии прицеливания и подает его на вход устройства формирования сигнала управления, который производит усиление и корректировку сигнала управления и подает его на дополнительный сумматор 26, где выработанный сигнал управления суммируется с сигналом компенсации веса управляемой ракеты, выработанным блоком 22, и с сигналом компенсации действия вертикального воздушного потока с выхода блока 27. Суммарный сигнал подается на устройство 29 формирования команды управления, где преобразуется, шифруется и в виде команды управления через линию передачи команд 30 подается на аппаратуру управления управляемой ракеты 31, которая под действием полученной команды перемещается к линии прицеливания, чем и устраняется рассогласование между ею и линией прицеливания.

Таким образом, предварительные расчеты показывают, что эффективность стрельбы артиллерийскими снарядами в рассмотренных условиях с использованием предложенной АСУВ может быть повышена на 10-15%, а при стрельбе в горно-пустынной местности с мощными вертикальными воздушными (особенно восходящими) потоками эффективность стрельбы повышается более чем на 20%. При стрельбе управляемой ракетой повышается надежность ее захвата за счет ввода поправки в привод орудия, компенсирующей отклонение ракеты на начальном неуправляемом (баллистическом) участке траектории и уменьшающей опасность ее выхода из поля зрения координатора 24. Кроме того, повышаются точностные характеристики системы наведения управляемой ракеты за счет ввода поправки в автоматический контур управления ракетой, компенсирующей ее отклонение от линии прицеливания, вызванное действием вертикальных воздушных потоков. Введение этих поправок обеспечивает сохранение эффективности стрельбы управляемыми ракетами в условиях действия вертикальных воздушных потоков на том же уровне, что и в нормальных условиях стрельбы.

Изобретение относится к области военной техники. Автоматизированная система управления вооружением содержит последовательно соединенные пульт управления, прицел, блок суммирования и привод наведения орудия или пусковой установки, баллистический вычислитель, выход которого подключен ко второму входу блока суммирования, блок ручных поправок, выходы которого по количеству поправок подключены к соответствующим первым входам баллистического вычислителя, ко второму, третьему и четвертому входам которого подключены соответственно датчик баллистики боеприпаса, лазерный дальномер и датчик ветра, а также систему наведения управляемых ракет, включающую блок компенсации веса управляемой ракеты и последовательно соединенные координатор, вход которого соединен со вторым выходом прицела, устройство формирования сигнала управления, дополнительный блок суммирования, второй вход которого соединен с выходом блока компенсации веса управляемой ракеты, устройство формирования команды управления и линию передачи команд, сопряженную с управляемой ракетой. Система также содержит первый переключатель, вход которого подключен к выходу датчика баллистики боеприпаса, блок констант, выход которого подключен к первому входу первого переключателя, последовательно соединенные датчик скорости вертикального воздушного потока, первый квадратор, второй переключатель, второй вход которого соединен с выходом датчика баллистики боеприпаса, масштабирующий блок, блок умножения, со вторым входом которого соединен выход первого переключателя, и согласующее устройство, выход которого подключен к третьему входу блока суммирования. Система также содержит блок деления, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно лазерного дальномера и датчика баллистики боеприпаса, второй квадратор, вход которого соединен с выходом блока деления, а выход - с третьим входом первого переключателя, два дополнительных масштабирующих блока и инвертор. При этом второй выход второго переключателя через первый дополнительный масштабирующий блок соединен с третьим входом блока умножения, третий через последовательно соединенные второй дополнительный масштабирующий блок и инвертор соединен с третьим входом дополнительного блока суммирования, а датчик скорости вертикального воздушного потока электрически соединен через ключ со вторыми выходами датчика ветра и пульта управления. Введенные элементы и связи обеспечивают повышение точности стрельбы и расширение функциональных возможностей системы, в частности по учету действия вертикальных воздушных потоков, что позволяет повысить эффективность АСУВ на 10-15%. При стрельбе в горно-пустынной местности повышение эффективности может превысить 20%. 1 ил.

Автоматизированная система управления вооружением, содержащая последовательно соединенные пульт управления, прицел, блок суммирования и привод наведения орудия или пусковой установки, баллистический вычислитель, выход которого подключен ко второму входу блока суммирования, блок ручных поправок, выходы которого по количеству поправок подключены к соответствующим первым входам баллистического вычислителя, ко второму, третьему и четвертому входам которого подключены соответственно датчик баллистики боеприпаса, лазерный дальномер и датчик ветра, а также систему наведения управляемых ракет, включающую блок компенсации веса управляемой ракеты и последовательно соединенные координатор, вход которого соединен со вторым выходом прицела, устройство формирования сигнала управления, дополнительный блок суммирования, второй вход которого соединен с выходом блока компенсации веса управляемой ракеты, устройство формирования команды управления и линию передачи команд, сопряженную с управляемой ракетой, отличающаяся тем, что установлены первый переключатель, вход которого подключен к выходу датчика баллистики боеприпаса, блок констант, выход которого подключен к первому входу первого переключателя, последовательно соединенные датчик скорости вертикального воздушного потока, первый квадратор, второй переключатель, второй вход которого соединен с выходом датчика баллистики боеприпаса, масштабирующий блок, блок умножения, со вторым входом которого соединен выход первого переключателя, и согласующее устройство, выход которого подключен к третьему входу блока суммирования, а также установлены блок деления, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно лазерного дальномера и датчика баллистики боеприпаса, второй квадратор, вход которого соединен с выходом блока деления, а выход - с третьим входом первого переключателя, два дополнительных масштабирующих блока и инвертор, при этом второй выход второго переключателя через первый дополнительный масштабирующий блок соединен с третьим входом блока умножения, третий - через последовательно соединенные второй дополнительный масштабирующий блок и инвертор соединен с третьим входом дополнительного блока суммирования, а датчик скорости вертикального воздушного потока электрически соединен через ключ со вторыми выходами датчика ветра и пульта управления.