СИСТЕМА НАВЕДЕНИЯ УПРАВЛЯЕМЫХ РАКЕТ Российский патент 2015 года по МПК F41G9/00 

Изобретение относится к области военной техники и может быть использовано для наведения управляемых ракет.

Известны ручные системы наведения управляемых ракет (см. например, книгу А.Н. Латухина "Противотанковое вооружение", М., Воениздат, МО СССР, 1974, С.192-218). Они содержат привод управления, пусковую установку, прицел, блоки выработки управляющих сигналов и команд, линию передачи команд, выход которой соединен с аппаратурой управления управляемой ракетой.

Данная система наведения обладает следующими недостатками: маршевая скорость управляемой ракеты не превышает 80-100 м/сек, что приводит к большому времени полета (20-25 сек), малая скорострельность, наличие не поражаемой зоны перед огневой позицией глубиной 300-600 м.

Кроме того, обучение личного состава правилам стрельбы и практическим навыкам слишком дорого и сложно, так как ручное управление требует строгого отбора и тщательного обучения операторов.

Известна система наведения управляемых ракет (см. например, А.Н. Латухин. "Противотанковое вооружение". М., Воениздат, МО СССР, 1974, с.208-235). Эта система содержит: привод управления, пусковую установку и прицел, входы которых соединены с выходом привода управления, а также последовательно соединенные координатор управляемой ракеты, вход которого оптически сопряжен с полем зрения прицела, блок выработки управляющих сигналов и блок выработки управляющих команд, выход которого через линию передачи команд соединен с аппаратурой управления управляемой ракетой.

Данная система наведения обладает следующими недостатками: не учитывается воздействие на ракету внешних возмущений, например, силы поперечного (вертикального и горизонтального) ветра и др., наведение происходит с ошибками, что существенно снижает его точность.

Компенсация силы поперечного ветра ни в современных, ни в перспективных системах наведения не предусмотрена. Вместе с тем известно, что на равнинной и пустынной местности точность стрельбы всеми типами снарядов (в том числе и управляемыми ракетами) может существенно изменяться. Это объясняется тем, что в указанных районах возникают мощные воздушные потоки, отклоняющие управляемую ракету в полете по высоте и направлению от точки прицеливания. Это отклонение может быть определено по выражению (см. например, Ф.К. Неупокоев "Стрельба зенитными ракетами", М., Воениздат, 1970, С.200-202):

,

где αcosθ - нормальная к траектории составляющая ускорения силы воздушного потока, k_o - коэффициент усиления разомкнутого контура управления.

В результате действия потоков воздуха отклонение ракеты может быть существенным, а вероятность попадания уменьшаться на 10-15%.

Наиболее близким к изобретению является система наведения управляемых ракет (см. например, Анцев Г.В., Турнецкий Л.С., патент РФ на изобретение №2267318 от 27.12.2005 г.), которая содержит привод управления, пусковую установку и прицел, систему наведения управляемых ракет, содержащую привод управления пусковую установку и прицел, входы которых соединены с выходом привода управления, и последовательно соединенные координатор управляемой ракеты, вход которого оптически сопряжен с полем зрения прицела, блок выработки управляющих сигналов и блок выработки управляющих команд, выход которого через линию передачи команд соединен с аппаратурой управления управляемой ракетой, сумматор, включенный между блоком выработки управляющих сигналов и блоком выработки управляющих команд, последовательно соединенные ключ, вход которого подключен ко второму выходу координатора, датчик скорости воздушного потока, кинематически связанный с пусковой установкой, квадратор, масштабирующий блок и инвертор, выход которого соединен с третьим входом сумматора, а также блок стабилизации траектории управляемой ракеты, вход которого соединен с третьим выходом координатора, а выход - со вторым входом сумматора.

Недостатком данной системы наведения управляемых ракет является отсутствие возможности наблюдения за динамикой изменения скорости воздушного потока и соответственно внесение корректирующего сигнала в процесс управления ракетой.

В зависимости от погодных условий возможны резкие порывы ветра, при этом неучет динамической составляющей ветра приведет к увеличению ошибки наведения ракет.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности стрельбы управляемыми ракетами путем повышения точности их наведения на цель, за счет учета направления и знака изменений направлений движений воздушного потока.

Указанная цель достигается тем, что в систему наведения управляемых ракет, содержащую привод управления, пусковую установку и прицел, входы которых соединены с выходом привода управления, и последовательно соединенные координатор управляемой ракеты, вход которого оптически сопряжен с полем зрения прицела, блок выработки управляющих сигналов и блок выработки управляющих команд, выход которого через линию передачи команд соединен с аппаратурой управления управляемой ракетой, сумматор, включенный между блоком выработки управляющих сигналов и блоком выработки управляющих команд, последовательно соединенные ключ, вход которого подключен ко второму выходу координатора, датчик скорости воздушного потока, кинематически связанный с пусковой установкой, квадратор, масштабирующий блок и инвертор, выход которого соединен с третьим входом сумматора, а также блок стабилизации траектории управляемой ракеты, вход которого соединен с третьим выходом координатора, а выход - со вторым входом сумматора, отличающуюся тем, что введены датчик углового положения, блок определения углового положения воздушного потока, причем датчик углового положения выполнен в виде флюгера, чувствительные элементы датчика выполнены в виде элементов фотоприемников, которые равномерно размещены на основании флюгера, на вращающейся части флюгера размещена стрелка, которая является указателем положения флюгера относительно основания, выполненного в виде круга, выходы датчика углового положения соединены с входами блока определения направления движения воздушного потока, первый, второй и третий выходы которого соединены с четвертым, пятым и шестым входами сумматора, блок определения направления движения воздушного потока содержит n-элементов НЕ, n-дешифраторов, элемент ИЛИ, блок памяти, вычитающее устройство, первый и второй диоды, причем входами блока определения направления движения воздушного потока являются входы n-элементов НЕ, выходы которых соединены с входами n-дешифраторов, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом вычитающего устройства и входом блока памяти, выход которого соединен со вторым входом вычитающего устройства, выход которого соединен с входами первого и второго диодов, выходы элемента ИЛИ, первого и второго диодов являются соответственно первым, вторым и третьим выходами блока определения направления движения воздушного потока.

Введение новых элементов и связей позволяет получить новую информацию об условиях стрельбы (направление и знак изменения воздушного потока), определить и ввести необходимые компенсирующие поправки, что обеспечивает повышение точности наведения управляемой ракеты.

На фиг.1 приведена структурная схема системы наведения управляемых ракет, где 1 - цель (Ц), 2 - привод управления (ПУ), 3 - прицел (Пр), 4 - управляемая ракета (УР), 5 - пусковая установка (ПУс), 6 - линия передачи команд (ЛПК), 7 - координатор (К), 8 - блок выработки управляющих сигналов (БВС), 9 - сумматор ("+"), 10 - блок выработки управляющих команд (БВК), 11 - ключ (Кл), 12 - блок стабилизации траектории управляемой ракеты (БСТ), 13 - датчик скорости воздушного потока (ДВП), 14 - квадратор (KB), 15 - масштабирующий блок (МБ), 16 - инвертор (Ив), 17 - датчик углового положения воздушного потока, 18 - элементы фотоприемников, 19 - блок определения направления движения воздушного потока.

На фиг.2 приведен общий вид датчика углового положения воздушного потока.

На фиг.3 - структурная схема блока 19 определения направления движения воздушного потока, где 20 - элементы НЕ, 21 - n-дешифраторы, 22 - элемент ИЛИ, 23 - блок памяти, 24 - вычитающее устройство, 25, 26 - первый и второй диоды.

Ключ 11 обеспечивает включение датчика скорости воздушного потока 13, который обычно состоит из крыльчатки, частота вращения которой пропорциональна скорости воздушного потока, и преобразователя вращения крыльчатки в электрический сигнал (см., например, В.В. Корнеев и др. «Основы автоматики и танковые автоматические системы», М., ВА БТВ, 1976, с.159-161). Блок 13 кинематически связан с пусковой установкой 5 так, чтобы измерительная ось прибора была перпендикулярна траектории полета управляемой ракеты. Блок стабилизации траектории управляемой ракеты 12 обеспечивает уменьшение колебательности управляемой ракеты относительно среднего значения ее траектории. Он содержит блок разрешения, срабатывающий при значительном увеличении сигнала на выходе блока 7, и блок формирования сигнала дополнительной коррекции (не показаны). Квадратор 14 обеспечивает возведение поданного на него сигнала с блока 13 (т.е. скорости воздушного потока) во вторую степень и его подачу на вход блока 15. Масштабирующий блок 15 обеспечивает получение сигнала, соответствующего аэродинамической силе, действующей на управляемую ракету в результате действия воздушного потока. Его значение определяется выражением (см., например, Неупокоев Ф.К. «Стрельба зенитными ракетами». М., Воениздат, 1970, с.99-121):

где k - коэффициент пропорциональности, определяющий уровень сигнала на выходе блока 15 от действующей силы, C_y - коэффициент сопротивления управляемой ракеты воздушному потоку в поперечной плоскости, p - плотность воздуха, S - характерная площадь управляемой ракеты.

Инвертор 16 обеспечивает изменение полярности сигнала с блока 15.

В качестве блока 20 определения знака направления движения воздушного потока может быть использовано, например, устройство определения знака направления движения цели (Анцев Г.В., Турнецкий А.С., патент на изобретение №2267138, МПК⁷ G01S 13/62).

Система наведения управляемых ракет содержит привод 2 управления (ПУ), прицел (Пр 3), управляемую ракету (УР) 4, пусковую установку (ПУс) 5, линию 6 передачи команд (ЛПК), координатор (К) 7, блок 8 выработки управляющих сигналов (БВС), сумматор ("+") 9, блок 10 выработки управляющих команд (БВК), ключ (Кл) 11, блок 12 стабилизации траектории управляемой ракеты (БСТ), датчик 13 скорости воздушного потока (ДВП), квадратор (KB) 14, масштабирующий блок (МБ) 15, инвертор (Ив) 16, датчик 17 углового положения воздушного потока, который состоит из n чувствительных элементов фотоприемников 18, блок 19 определения направления движения воздушного потока, который содержит n-элементов НЕ 20, n-дешифраторов 21, элемент ИЛИ 22, блок памяти 23, вычитающее устройство 24, первый 25 и второй 26 диоды.

Работает предлагаемая система наведения управляемой ракеты следующим образом.

Совместив с помощью привода управления 2 прицельную марку прицела 3 с целью 1 и задав соответствующее положение пусковой установке 5 с управляемой ракетой 4, наводчик-оператор производит пуск управляемой ракеты 4. После пуска управляемая ракета 4 попадает в поле зрения прицела 3 и съюстированное с ним поле зрения координатора 7. Координатор 7 обеспечивает выработку сигнала, соответствующего отклонению управляемой ракеты от линии прицеливания, и подает его на вход блока 8 выработки сигнала управления, который производит усиление и корректировку сигнала управления и подает его через сумматор 9 на блок 10 выработки управляющих команд, где преобразуется, шифруется и в виде управляющей команды подается через линию передачи команд 6 на аппаратуру управления управляемой ракетой 4, которая под действием полученной команды перемещается к линии прицеливания, чем и устраняется рассогласование между ней и линией прицеливания (фиг.1).

При стрельбе в условиях равнин, степей, пустынь и др. включается блок 11 (при наличии сигнала на втором выходе координатора 7) и начинает работать блок 13 (датчик скорости воздушного потока), который вырабатывает сигнал, пропорциональный скорости воздушного потока. В блоке 14 этот сигнал возводится во вторую степень, а в блоке 15 окончательно преобразуется в соответствии с выражением (1), инвертируется в блоке 16, а затем подается на второй вход сумматора 9 в качестве сигнала компенсации силы воздушного потока. В сумматоре 9 сигнал компенсации корректирует управляющий сигнал в соответствии с действующими на управляемую ракету внешними возмущениями, вызванными воздушными потоками. При резких порывах ветра, или на максимальных дальностях управления, когда отклонения управляемой ракеты от линии прицеливания и уровень сигнала на выходе координатора 7 становятся чрезмерными, срабатывает блок разрешения блока 12, благодаря чему блоком формирования сигнала дополнительной коррекции (в блоке 12) вырабатывается сигнал дополнительной коррекции, который подается на третий вход сумматора и обеспечивает дополнительное увеличение управляющего сигнала.

Определение углового положения воздушного потока происходит следующим образом.

Воздушный поток воздействует на датчик 17 углового положения, выполненный в виде флюгера, который меняет свое положение под действием воздушного потока (фиг.2).

В зависимости от углового положения воздушного потока стрелка закрывает определенные чувствительные элементы фотоприемников 18, при этом сигнал с выхода одного из датчиков 17 углового положения поступает на определенный вход блока 19 определения углового положения воздушного потока.

Сигнал, соответствующий угловому положению воздушного потока, поступает через один из n первых 21 элементов НЕ, n-дешифраторов 22, на один из входов элемента ИЛИ 23 (фиг.3).

С выхода элемента ИЛИ сигнал поступает на четвертый вход сумматора 9 и одновременно для определения знака направления движения воздушного потока на первый вход вычитающего устройства 24 и вход блока 23 памяти, с выхода которого поступает на второй вход вычитающего устройства 24.

Знак направлений движения воздушного потока показывает сторону изменения воздушного потока относительно исходного углового положения.

Сигналы с выхода вычитающего устройства поступают на входы первого и второго диодов, которые включены соответственно по схеме прямого или обратного включения и в зависимости от знака направлений движения воздушного потока пропускают положительный или отрицательный сигнал.

В зависимости от знака направлений движения воздушного потока сигналы с выхода первого 25 или второго 26 диодов поступают соответственно на пятый или шестой входы сумматора 9.

Введенная совокупность признаков обеспечивает измерение внешнего вредного возмущения направления и знака направления воздушного потока, определение и формирование необходимой компенсирующей поправки, которая уменьшает (вплоть до устранения) отклонение управляемой ракеты от линии прицеливания, что повышает точность ее наведения.

Изобретение относится к военной технике, а именно, - к системам наведения управляемых ракет. Технический результат - повышение эффективности стрельбы управляемыми ракетами. Система наведения управляемых ракет содержит привод управления, прицел, управляемую ракету, пусковую установку, линию передачи команд, координатор, блок выработки управляющих сигналов, сумматор, блок выработки управляющих команд, ключ, блок стабилизации траектории управляемой ракеты, датчик скорости воздушного потока, квадратор, масштабирующий блок, инвертор, датчик углового положения, блок определения направления движения воздушного потока, блок определения направления движения воздушного потока содержит n-элементов НЕ, n-дешифраторов, элемент ИЛИ, блок памяти, вычитающее устройство, первый и второй диоды. 3 ил.

Система наведения управляемых ракет содержит привод управления, пусковую установку и прицел, входы которых соединены с выходом привода управления, и последовательно соединенные координатор управляемой ракеты, вход которого оптически сопряжен с полем зрения прицела, блок выработки управляющих сигналов и блок выработки управляющих команд, выход которого через линию передачи команд соединен с аппаратурой управления управляемой ракетой, сумматор, включенный между блоком выработки управляющих сигналов и блоком выработки управляющих команд, последовательно соединенные ключ, вход которого подключен ко второму выходу координатора, датчик скорости воздушного потока, кинематически связанный с пусковой установкой, квадратор, масштабирующий блок и инвертор, выход которого соединен с третьим входом сумматора, а также блок стабилизации траектории управляемой ракеты, вход которого соединен с третьим выходом координатора, а выход - со вторым входом сумматора, отличающаяся тем, что введены датчик углового положения, блок определения направления движения воздушного потока, причем датчик углового положения выполнен в виде флюгера, чувствительные элементы датчика выполнены в виде элементов фотоприемников, которые равномерно размещены на основании флюгера, на вращающейся части флюгера размещена стрелка, которая является указателем положения флюгера относительно основания, выполненного в виде круга, выходы датчика углового положения соединены с входами блока определения направления движения воздушного потока, первый, второй и третий выходы которого соединены с четвертым, пятым и шестым входами сумматора, блок определения направления движения воздушного потока содержит n-элементов НЕ, n-дешифраторов, элемент ИЛИ, блок памяти, вычитающее устройство, первый и второй диоды, причем входами блока определения направления движения воздушного потока являются входы n-элементов НЕ, выходы которых соединены с входами n-дешифраторов, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом вычитающего устройства и входом блока памяти, выход которого соединен со вторым входом вычитающего устройства, выход которого соединен с входами первого и второго диодов, выходы элемента ИЛИ, первого и второго диодов являются соответственно первым, вторым и третьим выходами блока определения направления движения воздушного потока.