СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ НАРЕЗНОГО СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ И РЕАЛИЗУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2016 года по МПК F42B15/00 

Изобретение относится к области вооружений, реализующих задачи повышения точности стрелкового оружия, более конкретно к способам управления вращающихся пуль и снарядов высокоточного оружия.

Известно техническое решение «Способ стрельбы управляемым снарядом с лазерной полуактивной головкой самонаведения» (Пат. РФ №2485430. Опубл. 27.02.2005, аналог), включающий обнаружение цели целеуказателем, измерение расстояний от целеуказателя до цели и от огневой позиции до цели с топографической привязкой цели, целеуказателя и огневой позиции к местности, расчет и реализация установок стрельбы по координатам цели и огневой позиции, наведение снаряда на цель, включающее последовательное наведение орудия на цель по углам баллистических установок и разворот снаряда на цель, подсвеченную после выстрела лазерным излучением целеуказателя, топографическая привязка цели к местности и преобразование ее координат в последовательность двоичных кодов осуществляется при помощи пульта разведчика, а расчет установок орудия осуществляется при помощи пульта управления орудием. При этом в пульте разведчика и в пульте управления орудием организовано единое компьютерное время, и после выстрела до включения целеуказателя осуществляют передачу из пульта управления орудием в пульт разведчика по цифровой радиосвязи значение времени включения лазерного излучения целеуказателя, а сигнал включения подсвечивания цели автоматически посылают из пульта разведчика в целеуказатель при достижении времени включения.

Недостатком данного технического решения является то, что моменты раскрытия рулей не согласованы по времени с периодом вращения снаряда. Кроме этого, из за существенных габаритов двух пар рулей устройство может быть использовано только для габаритных снарядов и не решает проблему повышения точности наведения вращающейся пули на цель.

Габариты пули и дальность стрельбы не позволяют использовать этот способ для реализации в нарезном стрелковом оружии.

Известно также техническое решение «Управляемые пули ручного огнестрельного оружия» (http://tainy/info/technics/umnye-puli-sami-najdut-cel/, аналог). Согласно описанию новая пуля в отличие от обычной не вращается, то есть ствол для нового боеприпаса не нарезной, а гладкий. Новая пуля имеет длину около 100 мм. На кончике ее установлен оптический датчик, фиксирующий пространственное положение световой лазерной точки на цели. Внутри имеется электронная система управления, которая до 30 раз в секунду корректирует траекторию полета, используя для этого компактные приводы, управляющие небольшими лопастями стабилизатора. Даже на излете эта пуля не кувыркается так, как это происходит с обычными неуправляемыми пулями, а ее скорость вдвое превышает скорость звука. Стабилизация пули достигается рулевыми лопастями, контролируемыми электроникой. Компьютерное моделирование показало, что типовая вращающаяся пуля на расстоянии в один километр может отклониться от цели на целых девять метров, тогда как новая пуля - не более чем на 20 см. При этом прочность «начинки» новой пули такова, что она выдержала и сам выстрел, и возникающие в полете перегрузки.

Недостатком данного технического решения является то, что данная конструкция пули предусматривает использование только гладкоствольного оружия.

Известно также техническое решение «Способ и система наведения вращающегося снаряда по отраженному от цели частотному лазерному излучению» (Пат. РФ №. 2231735 Опубл. 27.06.2004, прототип) с использованием импульсной коррекции траектории, заключающийся в доставке снаряда к цели по баллистической траектории, подсвете цели на конечном участке полета снаряда, пеленгации цели по отраженным от нее сигналам и воздействии на снаряд корректирующими импульсами двигателей коррекции в плоскости, перпендикулярной оси снаряда, на участке коррекции по показаниям неподвижно закрепленной оптико-электронной головки вычисляют утлы пеленга цели, вычисляют частоту вращения снаряда по приращению фазового угла пеленга цели за (N_s-1) периодов подсвета цели, затем по показаниям флюгерных датчиков вычисляют углы атаки и скольжения, по показаниям датчика температуры из таблицы, хранящейся в постоянном запоминающем устройстве, определяют время формирования и моменты включения равнодействующей тяги импульсных двигателей с учетом положения цели и параметров импульсных двигателей.

Недостатком данного технического решения является то, что из-за существенных габаритов системы, включающей корректирующие импульсные двигатели, устройство может быть использовано только для габаритных снарядов и не решает проблему повышения точности наведения вращающейся пули на цель.

Габариты пули и дальность стрельбы не позволяют использовать этот способ для реализации в нарезном стрелковом оружии.

Известна «Система наведения вращающегося снаряда по отраженному от цели частотному лазерному излучению» (Пат. РФ №. 2231735 Опубл. 27.06.2004, прототип) с использованием импульсной коррекции траектории, содержащая наземное средство наведения и установленные на борту снаряда несколько импульсных двигателей коррекции, блок управления и оптико-электронную головку коррекции (ОЭГК), включающую основные блоки и вспомогательные схемы, где ОЭГК выполнена в едином корпусе, который установлен неподвижно относительно продольной оси снаряда, основные блоки выполнены в виде оптической системы в составе интерференционного оптического фильтра, объектива и четырехсекторного фотоприемника, четырехканального блока обработки сигнала, каждый канал которого состоит из последовательно соединенных аттенюатора, предварительного усилителя, масштабируемого усилителя, аналого-цифрового преобразователя, а вспомогательные схемы выполнены в виде сумматора сигналов, определителя максимального сигнала, компаратора автоматической регулировки усиления, компаратора обнаружения сигнала схемы шумовой автоматической регулировки порога (ШАРП) и счетчика автоматической регулировки усиления, при этом вспомогательные схемы ОЭГК подключены к основным блокам или соединены между собой следующим образом - четыре выхода масштабных усилителей блока обработки сигнала соединены с входами сумматора, выход сумматора подключен к первому входу определителя максимального сигнала, к первому входу компаратора обнаружения сигнала, к первому входу компаратора автоматической регулировки усиления и к входу схемы ШАРП, выход которой подключен ко второму входу компаратора обнаружения сигнала, предназначенного для формирования команды "Пуск" на блок управления и запуска по второму входу определителя максимального сигнала, третий вход которого, а также первый вход счетчика автоматической регулировки усиления предназначены для приема сигнала "Строб" с блока управления, выход определителя максимального сигнала соединен со вторыми входами аналого-цифрового преобразователя, выходы младших разрядов счетчика автоматической регулировки усиления соединены с цифроаналоговым преобразователем, выход которого подключен ко вторым входам регулируемых усилителей блока обработки сигналов, а выход старшего разряда счетчика автоматической регулировки усиления подключен ко вторым входам управляемых аттенюаторов блока обработки сигнала, при этом указанная система снабжена блоком формирования последовательных данных, в котором вход каждого канала обработки сигнала соединен с соответствующим выходом площадок фотоприемника, причем выходы каждого канала подключены к одному из четырех входов блока формирования последовательных данных, который выдает цифровые "Данные" об угле пеленга цели в блок управления и управляется с блока управления командами "Синхронизация" и двоичным адресом "A₀" и "A₁", а блок управления снабжен микропроцессором для обработки сигналов от ОЭГК и для выработки сигналов управления, устройством сопряжения микропроцессора с другими бортовыми устройствами, энергонезависимым перепрограммируемым постоянным запоминающим устройством, предназначенным для хранения управляющих программ и таблицы зависимости длительности импульсов коррекции от температуры, устройством с силовыми полупроводниковыми ключами, входы которого соединены с соответствующими выходами бортовых устройств, а выходы соединены соответственно с входами импульсных двигателей коррекции и входом устройства сброса обтекателя, и датчиком температуры, соединенным с устройством сопряжения, причем снаряд снабжен флюгерами, шарнирно закрепленными в его головной части, например, под углом 90° с возможностью размещения в аэродинамическом потоке, при этом указанные флюгеры кинематически связаны с электрическими датчиками углов, выходы которых в блоке управления подсоединены через мультиплексор и аналого-цифровой преобразователь к устройству сопряжения.

Недостатком данной системы являются габариты и вес, обусловленные наличием корректирующих импульсных двигателей. В связи с этим устройство может быть использовано только для габаритных снарядов и не может быть использовано для повышения точности наведения вращающейся пули на цель.

Габариты пули и дальность стрельбы стрелкового оружия не позволяют использовать это устройство для реализации в нарезном стрелковом оружии.

Задачей предлагаемого технического решения является устранение отмеченных недостатков, а именно улучшение управляемости вращающейся пули, повышение точности нарезного стрелкового оружия за счет реализации управления пулей на всем протяжении ее полета от ствола оружия до цели.

Для решения поставленной задачи в заявляемом способе повышения точности нарезного стрелкового оружия, включающем импульсную коррекцию траектории по показаниям неподвижно закрепленной оптико-электронной головки, определение угла пеленга цели, подсвет цели, пеленгацию цели по отраженным от нее сигналам дополнительно, центр оптического прицела стрелкового оружия совмещают с направлением на цель с учетом поправок на метеоусловия и расстояние до цели, подсвечивают цель лазером и производят выстрел, при выстреле происходит замыкание контактов, которые подключают источник питания к схеме управления полетом пули, при появлении сигнала от объекта, подсвеченного лазером. На выходе схемы управления получают сигнал, пропорциональный отклонению пули от центра цели, который с учетом гироскопического эффекта вращающейся пули подают на привод аэродинамического руля в интервалы времени нахождения руля перпендикулярно позиционно-чувствительной фотолинейки, фиксирующей угловое местоположение цели, при этом количество дискретных выдвижений аэродинамического руля задают пропорциональным величине отклонения сигнала от нулевого уровня на выходе схемы управления с интервалом, достаточным для устранения колебаний пули относительно продольной оси.

Существенное отличие заявляемого технического решения от прототипа состоит в том, что центр оптического прицела стрелкового оружия совмещают с направлением на цель с учетом поправок на метеоусловия и расстояние до цели, подсвечивают цель лазером и производят выстрел, при выстреле происходит замыкание контактов, которые подключают источник питания к схеме управления полетом пули при появлении сигнала от объекта, подсвеченного лазером. Данное техническое решение решает задачу использования источника питания только на интервале времени полета пули от оружия до цели и мгновенного включения в работу системы управления.

Вторым существенным отличием является то, что на выходе схемы управления получают сигнал, пропорциональный отклонению пули от центра цели, который с учетом гироскопического эффекта вращающейся пули подают на привод аэродинамического руля в интервалы времени нахождения руля перпендикулярно позиционно-чувствительной фотолинейки, фиксирующей угловое местоположение цели. Данное техническое решение решает задачу наведения пули на цель с помощью одного аэродинамического руля, что существенно упрощает конструкцию пули и габариты автономной системы управления.

Третьим существенным отличием является то, что количество дискретных выдвижений аэродинамического руля задают пропорциональным величине отклонения сигнала от нулевого уровня на выходе схемы управления с интервалом, достаточным для устранения колебаний пули относительно продольной оси. Данное техническое решение решает задачу сохранения устойчивости полета пули при воздействии управляющих воздействий на аэродинамический руль.

Результатом предлагаемого технического решения является повышение точности стрельбы вращающейся пулей по цели, подсвеченной лучом лазера, за счет автоматического управления аэродинамическим рулем с последующей стабилизацией устойчивости полета пули в цель.

Реализующее способ устройство включает наземное средство наведения, блок управления, оптико-электронную головку коррекции, основные блоки и вспомогательные схемы, корпус и аэродинамический руль с механизмом управления, дополнительно оптическая система, включающая один объектив, в задней фокальной плоскости которого размещена позиционно-чувствительная фотолинейка (ПЧФ) с зарядовой связью, ориентирована перпендикулярно оси продольной симметрии пули, причем оптическая ось объектива оптической системы совпадает с осью продольной симметрии пули. Выход ПЧФ присоединен к входу усилителя-нормализатора, а управляющий вход соединен с выходом датчика импульсов управления, второй выход которого подключен к входу генератора линейно изменяющегося напряжения. Выход генератора тактовых импульсов соединен со вторым входом ПЧФ и первым входом датчика импульсов управления.

Выход усилителя-нормализатора подсоединен к входу порогового устройства, выход которого одновременно присоединен ко второму входу датчика импульсов управления и к входу счетчика импульсов, а выход генератора линейно изменяющегося напряжения соединен с первым входом электронного ключа. Выход счетчика импульсов присоединен ко второму входу электронного ключа, выход которого подключен к входу усилителя-формирователя, выход которого присоединен к входу привода аэродинамического руля, содержащего механическую связь через шток с аэродинамическим рулем. Источник постоянного напряжения подключен ко всем электронным узлам схемы управления, через электронный ключ, управляемый датчиком удара.

Устройство, реализующее способ, представлено на фиг. 1-4. На фиг. 1 введены следующие обозначения: пуля с оболочкой - 1, оптическая система - 2, позиционно-чувствительная фотолинейка - 3, аэродинамический руль - 4, шток - 5, устройство управления аэродинамическим рулем (пьезоэлемент) - 6, блок питания - БП, электрическая схема управления - СУ.

Пуля с оболочкой (1), представленная на Фиг. 1, содержит: оптическую систему - (2), включающую в себя один объектив, в задней фокальной плоскости которого размещена позиционно-чувствительная фотолинейка (3). Позиционно-чувствительная фотолинейка (3) ориентирована перпендикулярно оси продольной симметрии пули. Оптическая ось объектива оптической системы (2) совпадает с осью продольной симметрии пули. Выход позиционно-чувствительной фотолинейки (3) присоединен к входу усилителя-нормализатора (7). Управляющий вход позиционно-чувствительной фотолинейки (3) соединен с выходом датчика импульсов управления (11). Одновременно выход датчика импульсов управления (11) подключен к входу генератора линейно изменяющегося напряжения (12). Выход генератора тактовых импульсов (10) соединен со вторым входом позиционно-чувствительной фотолинейки (3), фотоприемника (2) и первым входом датчика импульсов управления (11). Выход усилителя-нормализатора (7) подсоединен к входу порогового устройства (8). Выход порогового устройства (8) одновременно присоединен ко второму входу датчика импульсов управления (11) и к входу счетчика импульсов (9). Выход генератора линейно изменяющегося напряжения (12) соединен с первым входом электронного ключа (13). Выход счетчика импульсов (9) присоединен ко второму входу электронного ключа (13). Выход электронного ключа (13) соединен с входом усилителя-формирователя (14). Выход усилителя-формирователя (14) присоединен к приводу аэродинамического руля (пьезоэлемент) (6) (см. фиг. 1) управления аэродинамическим рулем (4) через шток (5). Электрическая схема блока управления (БП) (см. фиг. 1, фиг. 2) подключена к источнику постоянного напряжения (15) через электронный ключ (17), который замыкается датчиком удара (16).

На Фиг. 2 представлена структурная схема блока управления пулей, в состав которой входит: оптическая система - 2; позиционно-чувствительная фотолинейка - 3: электрическая схема управления (СУ), содержащая: усилитель-нормализатор - 7; пороговое устройство - 8; счетчик импульсов - 9; генератор тактовых импульсов - 10: датчик импульсов управления - 11; генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) - 12; электронный ключ - 13; усилитель-формирователь - 14; привод аэродинамического руля (пьезоэлемент) - 6. Блок питания (БП) включает: источник постоянного тока - 15; датчик удара - 16; электронный ключ - 17.

На фиг. 3 приведен разрез пули, изображенной на фиг. 1, где введены следующие обозначения: пуля с оболочкой - 1; позиционно-чувствительная фотолинейка - 2; аэродинамический руль - 4; угловая скорость вращения пули - ω; сила воздействия аэродинамического потока на пулю F_a; направление смещения головной части пули - L_c.

На фиг. 4 приведена схема, поясняющая наведение пули на цель по лучу лазера, где введены следующие обозначения: пуля с оболочкой - 1; оптическая система - 2, цель - 18; лазерный маркер (точка прицеливания) - 19; линия оптического излучения лазерного целеуказателя - 20; линия отраженного оптического излучения от цели - 21; лазерный целеуказатель - 22.

Устройство работает следующим образом. Включение устройства происходит от воздействия ударной волны на пулю в канале ствола огнестрельного оружия при срабатывании датчика удара (16). Датчик удара (16) формирует электрический импульс, поступающий на электронный ключ (17. Электронный ключ (17) замыкается и источник постоянного напряжения (15) гальванически соединяется со всеми элементами устройства. Оптическое изображение, находящееся в поле зрения оптической системы (2), проецируется на позиционно-чувствительную фотолинейку (3), где преобразуется в пропорциональные напряжения. Считывание получаемого в позиционно-чувствительной фотолинейке (3) видеосигнала изображения осуществляется непрерывно с помощью генератора тактовых импульсов (10) и датчика импульсов управления (11). Полученный видеосигнал изображения с выхода позиционно-чувствительной фотолинейки (3) поступает на усилитель-нормализатор (7) и далее на пороговое устройство (8), которое формирует на своем выходе импульс напряжения, если в поле зрения оптической системы (2) находится лазерный подсвечивающий цель маркер (19), фиг. 4. Далее импульс напряжения с порогового устройства (8) поступает одновременно на счетчик импульсов (9) и датчик импульсов управления (11). Счетчик импульсов (9) через заданное количество оборотов пули (1) (см. фиг. 4) вокруг своей оси замыкает электронный ключ (13) (фиг. 2). Сигнал, формируемый генератором линейно изменяющегося напряжения (12), уровень которого пропорционален местоположению пятна лазерного маркера (19) (фиг. 4) на позиционно-чувствительной фотолинейке (3), поступает через электронный ключ (13) на усилитель-формирователь (14) и далее на привод аэродинамического руля (пьезоэлемент) (6) (см. фиг. 1), который воздействует на аэродинамический руль (4) через шток (5).

В существующих конструкциях пуль указанная совокупность существенных признаков не выявлена, что позволяет считать данное техническое решение соответствующим критерию «новизна».

Предлагаемое техническое решение может быть реализовано промышленным способом.

Изобретение относится к области вооружения, реализующего задачи повышения точности стрелкового оружия, более конкретно к способам управления вращающейся пулей и снарядом высокоточного оружия. Способ повышения точности нарезного стрелкового оружия включает: подключение источника питания к схеме управления полетом пули, при выстреле фиксируют отклонение пули от центра цели, подсвеченного лазером, преобразованный сигнал с учетом гироскопического эффекта вращающейся пули подают на привод аэродинамического руля в интервалы времени нахождения руля перпендикулярно позиционно-чувствительной фотолинейки. Конструктивно устройство содержит оптическую систему, позиционно-чувствительную фотолинейку (ПЧФ) с зарядовой связью, усилитель-нормализатор, генератор линейно изменяющегося напряжения, датчик импульсов управления, усилитель-нормализатор пороговое устройство, датчик импульсов управления, счетчик импульсов, электронный ключ, выход которого через усилитель-формирователь подключен к входу привода аэродинамического руля. Технический результат - улучшение управляемости вращающейся пули и повышение точности нарезного стрелкового оружия за счет реализации управления пулей на всем протяжении ее полета от ствола оружия до цели. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ повышения точности нарезного стрелкового оружия, включающий импульсную коррекцию траектории по показаниям неподвижно закрепленной оптико-электронной головки, определение угла пеленга цели, подсвет цели, пеленгацию цели по отраженным от нее сигналам, отличающийся тем, что центр оптического прицела стрелкового оружия совмещают с направлением на цель с учетом поправок на метеоусловия и расстояние до цели, подсвечивают цель лазером и производят выстрел, при выстреле происходит замыкание контактов, которые подключают источник питания к схеме управления полетом пули, при появлении сигнала от объекта, подсвеченного лазером в поле зрения оптической системы, на выходе схемы управления получают сигнал, пропорциональный отклонению пули от центра цели, который с учетом гироскопического эффекта вращающейся пули подают на привод аэродинамического руля в интервалы времени нахождения руля перпендикулярно позиционно-чувствительной фотолинейке, фиксирующей угловое местоположение цели, при этом количество дискретных выдвижений аэродинамического руля задают пропорциональным величине отклонения сигнала от нулевого уровня на выходе схемы управления с интервалом, минимизирующим колебания пули относительно продольной оси.

2. Реализующее способ устройство, включающее наземное средство наведения, блок управления, оптико-электронную головку коррекции, электронную систему управления, корпус и аэродинамический руль с механизмом управления, отличающееся тем, что оптическая система, включающая один объектив, в задней фокальной плоскости которого размещена позиционно-чувствительная фотолинейка (ПЧФ) с зарядовой связью, ориентирована перпендикулярно оси продольной симметрии пули, причем оптическая ось объектива оптической системы совпадает с осью продольной симметрии пули, выход ПЧФ присоединен к входу усилителя-нормализатора, а управляющий вход соединен с выходом датчика импульсов управления, второй выход которого подключен к входу генератора линейно изменяющегося напряжения, выход генератора тактовых импульсов соединен со вторым входом ПЧФ и первым входом датчика импульсов управления, выход усилителя-нормализатора подсоединен к входу порогового устройства, выход которого одновременно присоединен ко второму входу датчика импульсов управления и к входу счетчика импульсов, а выход генератора линейно изменяющегося напряжения соединен с первым входом электронного ключа, выход счетчика импульсов присоединен ко второму входу электронного ключа, выход которого подключен к входу усилителя-формирователя, выход которого присоединен к входу привода аэродинамического руля, содержащего механическую связь через шток с аэродинамическим рулем, источник постоянного напряжения подключен ко всем электронным узлам схемы управления через электронный ключ, управляемый датчиком удара.