УСТРОЙСТВО УГЛОВОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ РЕАКТИВНОГО СНАРЯДА Российский патент 2004 года по МПК F42B10/00 F42B15/01 

Устройство угловой стабилизации реактивного снаряда.

Изобретение относится к области военной техники, а именно к системам управления вращающимися по крену ракетами, и может быть использовано, например, для угловой стабилизации реактивных снарядов систем залпового огня.

Известны системы угловой стабилизации летательных аппаратов (см. Кузовков Н.Т. Системы стабилизации летательных аппаратов. М., Высшая школа, 1976, с.238, рис.7.16). Такие системы содержат датчик угловых отклонений, преобразователь сигналов, исполнительный орган.

Задачей данного технического решения являлось повышение точности стабилизации за счет вращения ракеты вокруг ее продольной оси.

Однако придание вращения ракете приводит к увеличению инструментальных ошибок преобразования сигнала датчика в управляющий сигнал, который отрабатывает исполнительный орган.

Общими признаками с предлагаемой авторами системой угловой стабилизации является наличие в системе-аналоге датчика угловых отклонений, преобразователя сигналов, исполнительного органа.

Указанного недостатка лишено устройство угловой стабилизации вращающейся ракеты по патенту РФ 2126129, опубл. 10.02.1999 г., являющееся наиболее близким по технической сути к изобретению и принятое за прототип.

Оно содержит датчик угловых отклонений с чувствительным элементом, оснащенным постоянным магнитом и связанным с электроприводом, сигнальную и опорную обмотки, преобразователь сигналов, исполнительный орган.

Задачей прототипа являлось повышение точности стабилизации ракеты за счет снижения инструментальных ошибок путем формирования результирующего сигнала рассогласования, пропорционального угловому отклонению продольной оси снаряда с последующим формированием управляющего (стабилизирующего) усилия исполнительного органа.

Недостатком технического решения, используемого в прототипе, является то, что при нарушении работоспособности датчика угловых отклонений искаженный сигнал управления отрабатывается исполнительным органом. Это приводит к недопустимым угловым отклонениям и в конечном итоге к увеличению разброса углового положения снаряда и снижению точностных характеристик РСЗО.

Общими признаками с предлагаемым устройством стабилизации является наличие в прототипе датчика угловых отклонений с сигнальной и опорной обмотками, чувствительным элементом с постоянным магнитом и электроприводом, преобразователя сигнала с демодулятором, входы которого соединены с сигнальной и опорной обмотками исполнительного органа.

Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства, обеспечивающего сохранение точностных характеристик снаряда с устройством стабилизации на уровне не хуже, чем у неуправляемого в случае нарушения работоспособности датчика угловых отклонений.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве угловой стабилизации реактивного снаряда, содержащем датчик угловых отклонений с сигнальной и опорной обмотками, чувствительным элементом с постоянным магнитом и электроприводом, преобразователь сигнала с демодулятором, входы которого соединены с сигнальной и опорной обмотками, исполнительный орган, особенность заключается в том, что оно снабжено амплитудным детектором, схемой сравнения, двумя компараторами, логическим элементом “НЕ” и распределителем сигналов, а в преобразователь сигнала введены сумматор, генератор напряжения линеаризации и третий компаратор, при этом вход амплитудного детектора соединен с выходом опорной обмотки, а его выход соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с источником заданного напряжения, а выход через первый компаратор соединен с первым управляющим входом распределителя сигналов и логическим элементом “НЕ”, выход которого соединен со вторым управляющим входом распределителя сигналов, причем вторые входы распределителя сигналов соответственно соединены с первым выходом преобразователя сигналов и второго компаратора, вход которого соединен со вторым выходом преобразователя сигналов, в котором выход демодулятора через сумматор соединен с третьим компаратором, выход которого является первым выходом преобразователя сигналов, выход генератора напряжения линеаризации является вторым выходом преобразователя сигналов и соединен со вторым входом сумматора, выходы распределителя сигналов объединены по схеме “ИЛИ” и соединены с исполнительным органом.

Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, во всех случаях достаточны.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между ними позволяют, в частности, за счет:

- введения в устройство угловой стабилизации амплитудного детектора, схемы сравнения, генератора напряжения линеаризации и двух компараторов сформировать логический сигнал, характеризующий функционирование датчика угловых отклонений;

- введения распределителя сигналов, выходы которого объединены по схеме ИЛИ и поданы на исполнительный орган, а на первый управляющий вход подан сформированный логический сигнал, причем на второй управляющий вход с помощью логического элемента НЕ подано его отрицание, производить переключение сигналов управления и обнуляющего сигнала в зависимости от логического сигнала, характеризующего нормальную работу или отказ датчика угловых отклонений.

Все это в целом позволило сохранить точностные характеристики снаряда с устройством угловой стабилизации на уровне неуправляемого снаряда в случае нарушения работоспособности датчика угловых отклонений.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство угловой стабилизации, содержащее датчик угловых отклонений с сигнальной и опорной обмотками, чувствительным элементом с постоянным магнитом и электроприводом, преобразователь сигнала с демодулятором, входы которого соединены с сигнальной и опорной обмотками, исполнительный орган, в отличие от прототипа снабжено амплитудным детектором, схемой сравнения, двумя компараторами, логическим элементом “НЕ” и распределителем сигналов, а в преобразователь сигнала введены сумматор, генератор напряжения линеаризации и третий компаратор, при этом вход амплитудного детектора соединен с выходом опорной обмотки, а его выход соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с источником заданного напряжения, а выход через первый компаратор соединен с первым управляющим входом распределителя сигналов и логическим элементом “НЕ”, выход которого соединен со вторым управляющим входом распределителя сигналов, причем вторые входы распределителя сигналов соответственно соединены с первым выходом преобразователя сигналов и второго компаратора, вход которого соединен со вторым выходом преобразователя сигналов, в котором выход демодулятора через сумматор соединен с третьим компаратором, выход которого является первым выходом преобразователя сигналов, выход генератора напряжения линеаризации является вторым выходом преобразователя сигналов и соединен со вторым входом сумматора, выходы распределителя сигналов объединены по схеме “ИЛИ” и соединены с исполнительным органом.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображено устройство угловой стабилизации реактивного снаряда, содержащее датчик угловых отклонений 1, блок преобразования сигналов 2, распределитель сигналов 3, исполнительный орган 4, амплитудный детектор 5, схему сравнения 6, первый компаратор 7, второй компаратор 8, логический элемент НЕ 9.

Датчик угловых отклонений 1 включает в себя сигнальную обмотку 10, опорную обмотку 11, чувствительный элемент 12 с постоянным магнитом 13, приводимый во вращение электроприводом 14.

Блок преобразования сигналов 2 включает демодулятор 15, сумматор 16, компаратор 17, включенные последовательно, генератор напряжения линеаризации 18, выход которого соединен со вторым входом сумматора 16 и входом второго компаратора 8. Выходы компараторов 2, 8 соединены со входами распределителя сигналов 3, выполненного, например, как электронные ключи, с выходами, объединенными по схеме ИЛИ и соединенными с исполнительным органом 4.

Амплитудный детектор 5, схема сравнения 6, компаратор 7, включенные последовательно, образуют дополнительный канал логической обработки напряжения опорной катушки U_оп, при этом вход амплитудного детектора 5 соединен с выходом опорной обмотки 11, а его выход соединен с первым входом схемы сравнения 6, на второй вход которой подано заданное напряжение U_опз. Выход схемы сравнения 6 через первый компаратор 7 соединен с первым управляющим входом распределителя сигналов 3 и через логический элемент НЕ 9 соединен со вторым управляющим входом распределителя сигналов 3.

Устройство угловой стабилизации установлено на реактивном снаряде, который вращается вокруг продольной оси с угловой скоростью.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Перед пуском реактивного снаряда электропривод 14 раскручивает чувствительный элемент 12 до заданной угловой скорости ω. При этом чувствительный элемент 12 приобретает гироскопические свойства. Производится пуск снаряда. При угловом отклонении продольной оси снаряда под действием возмущений постоянный магнит 13 наводит в сигнальной обмотке 10 переменное напряжение U_c (сигнал рассогласования), амплитуда которого пропорциональна величине углового отклонения снаряда, а частота равна частоте вращения чувствительного элемента 12. Одновременно в опорной катушке 11 магнит 13 наводит переменное напряжение с постоянной амплитудой U_оп и частотой вращения электропривода 10. Напряжения сигнальной обмотки 10 и опорной обмотки 11 подаются на амплитудно-фазовый демодулятор 15 блока преобразования сигналов 2. На выходе демодулятора 15 образуется управляющий сигнал, соответствующий значению сигнала рассогласования углового положения снаряда на частоте его вращения. Управляющий сигнал суммируется на сумматоре 16 с напряжением, например, пилообразной формы, вырабатываемым генератором напряжения линеаризации 18, и поступает на компаратор 17. На выходе компаратора 17 формируется широтно-импульсный модулированный управляющий сигнал U_y, который поступает на первый вход распределителя сигналов 3. Напряжение опорной обмотки U_оп также поступает на вход амплитудного детектора 5, который преобразует его в постоянное напряжение опоры U_опн. Величина постоянного напряжения опоры U_опн при заданной скорости вращения чувствительного элемента 12 (следовательно, и расчетного значения его кинетического момента) равна или больше заданного напряжения U_опз. На выходе компаратора 7 сигнал соответствует логической единице, который открывает (замыкает) ключ распределителя сигналов 3, обеспечивая прохождение управляющего сигнала U_y на исполнительный орган 4, который создает управляющую силу F в связанной со снарядом системе координат на частоте его вращения. Вращение самого снаряда осуществляет демодуляцию управляющей силы исполнительного органа 4, что обеспечивает парирование угловых движений продольной оси снаряда, то есть стабилизацию углового положения. В случае, если постоянное напряжение опоры U_опн (по причине, например, случайного нарушения работоспособности датчика углового отклонения, связанного со снижением угловой скорости вращения чувствительного элемента) меньше заданного напряжения U_опз, на выходе компаратора 7 сигнал переключается в логический ноль, который закрывает (размыкает) ключ распределителя сигналов 3, запрещая прохождение управляющего сигнала U_y на исполнительный орган 4. Одновременно логический ноль компаратора 7 инвертируется элементом НЕ 9, на выходе которого логическая единица открывает (замыкает) второй ключ, обеспечивая прохождение по схеме ИЛИ сигнала “обнуления” U_о на исполнительный орган 4.

Сигнал “обнуления” U_о формируется вторым компаратором 8 из сигнала генератора напряжения линеаризации 18, частота которого, например, на порядок выше полосы пропускания контура стабилизации и практически не отрабатывается стабилизируемым снарядом.

Таким образом, разбросы в угловых отклонениях снаряда меньше, чем в случае отработки устройством искаженного управляющего сигнала, сформированного при заниженном значении кинетического момента чувствительного элемента 12 датчика углового отклонения 1, то есть не более, чем у неуправляемого, что и повышает точностные характеристики РСЗО в целом.

Выполнение устройства угловой стабилизации реактивного снаряда в соответствии с изобретением позволило повысить точностные характеристики снаряда за счет снижения разбросов угловых отклонений в случае нарушения работоспособности датчика угловых отклонений, что улучшило точностные характеристики применительно к реактивным системам залпового огня в 2...3 раза, повысив эффективность РСЗО в целом.

Указанный положительный эффект подтвержден стендовыми и летно-конструкторскими испытаниями опытных образцов, выполненных в соответствии с изобретением.

В настоящее время разработана конструкторская документация, проведены государственные испытания, намечено серийное производство системы угловой стабилизации реактивного снаряда.

Изобретение относится к области военной техники, а именно к системам управления летательных аппаратов. Технический результат - повышение точностных характеристик. Сущность изобретения: устройство угловой стабилизации реактивного снаряда, содержащее датчик угловых отклонений с сигнальной и опорной обмотками, чувствительным элементом с постоянным магнитом и электроприводом, генератор напряжения линеаризации, преобразователь сигнала, входы которого соединены с сигнальной и опорной обмотками, а выход оснащен последовательно соединенными сумматором, компаратором и исполнительным органом, при этом выход генератора напряжения линеаризации подключен к сумматору. Дополнительно введены амплитудный детектор, схема сравнения, два компаратора, логический элемент НЕ и распределитель сигналов, при этом вход амплитудного детектора соединен с выходом опорной обмотки, а его выход соединен с первым входом схемы сравнения, на второй вход которой подано заданное напряжение, а выход через первый компаратор соединен с первым управляющим входом распределителя сигналов и логическим элементом НЕ, выход которого соединен со вторым управляющим входом распределителя сигналов, причем вторые входы распределителя сигналов соответственно соединены с выходом основного компаратора и второго дополнительного компаратора, а вход второго компаратора соединен с выходом генератора напряжения линеаризации, а выходы распределителя сигналов объединены по схеме ИЛИ и поданы на исполнительный орган. 1 ил.

Устройство угловой стабилизации реактивного снаряда, содержащее датчик угловых отклонений с сигнальной и опорной обмотками, чувствительным элементом с постоянным магнитом и электроприводом, преобразователь сигнала с демодулятором, входы которого соединены с сигнальной и опорной обмотками, исполнительный орган, отличающееся тем, что оно снабжено амплитудным детектором, схемой сравнения, двумя компараторами, логическим элементом НЕ и распределителем сигналов, а в преобразователь сигнала введены сумматор, генератор напряжения линеаризации и третий компаратор, при этом вход амплитудного детектора соединен с выходом опорной обмотки, а его выход соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с источником заданного напряжения, а выход через первый компаратор соединен с первым управляющим входом распределителя сигналов и логическим элементом НЕ, выход которого соединен со вторым управляющим входом распределителя сигналов, причем вторые входы распределителя сигналов соответственно соединены с первым выходом преобразователя сигналов и второго компаратора, вход которого соединен со вторым выходом преобразователя сигналов, в котором выход демодулятора через сумматор соединен с третьим компаратором, выход которого является первым выходом преобразователя сигналов, выход генератора напряжения линеаризации является вторым выходом преобразователя сигналов и соединен со вторым входом сумматора, выходы распределителя сигналов объединены по схеме ИЛИ и соединены с исполнительным органом.