Способ проведения метеорологической подготовки стрельбы артиллерии в горных условиях Российский патент 2018 года по МПК G01W1/08 F41G3/08 

Изобретение относится к методическим средствам учета характеристик атмосферы в интересах обеспечения стрельбы неуправляемыми снарядами. Задачей изобретения является уменьшение ошибки метеоподготовки стрельбы артиллерии в горных условиях при различных высотах метеокомплекса и огневой позиции.

Известен способ подготовки стрельбы неуправляемыми снарядами с закрытых огневых позиций [1], позволяющий уменьшить ошибки метеорологической подготовки по дальности. Для этого в артиллерийских системах предлагается использовать баллистическую станцию, способную определять падение скорости снаряда на участке траектории. Зная баллистические и аэродинамические характеристики снаряда, а также падение его скорости после первого выстрела, методом наименьших квадратов определяется начальная скорость вылета снаряда и коэффициент торможения, учитывающий изменение влияния продольного ветра и изменение плотности воздуха. Однако способ имеет существенный недостаток, заключающийся в необходимости производить стрельбу до начала выполнения огневой задачи. Кроме того, данный способ не позволяет определить боковой ветер, что приводит к значительным ошибкам стрельбы по направлению.

Известен способ подготовки стрельбы артиллерийскими снарядами с закрытых огневых позиций [2], позволяющий учесть метеорологические условия стрельбы при отсутствии средств замера метеорологических условий. Способ заключается в том, что производят два вспомогательных выстрела, различающихся по направлению, и определяют отклонения разрывов от точек прицеливания. По полученным отклонениям вычисляют значения скорости продольного и бокового ветра. На основании полученных значений с помощью таблиц стрельбы рассчитывают установки стрельбы для всех последующих выстрелов. Однако способ имеет существенный недостаток, заключающийся в необходимости производить стрельбу до начала выполнения огневой задачи. При стрельбе в горах (в случае падения за снаряд укрытие) разрывы могут быть незамечены. При отсутствии видимости данные способы вообще не применимы.

Известен способ (прототип) проведения метеорологической подготовки стрельбы артиллерии в горной местности. В соответствии с [3, с. 142] горной местностью считается местность, высота которой составляет 500 м и более над уровнем моря.

Сущность известного способа проведения метеорологической подготовки стрельбы артиллерии в горной местности заключается в следующем [4, статьи 27, 28, 514, 515]. С помощью радиопеленгационного метеорологического комплекса РПМК-1 (изделие 1Б44) осуществляется температурно-ветровое зондирование атмосферы, включающее измерение температуры воздуха, направления и скорости ветра на уровне земли и на различных высотах [5, л. 6-12]. Для этого в атмосферу выпускается шаропилотная резиновая оболочка, наполненная легким газом, к которой подвязывается радиозонд. Радиозонд представляет собой приемопередатчик с датчиком температуры. В процессе полета радиозонд измеряет температуру воздуха, кодирует ее и по радиоканалу передает на метеорологический комплекс. Одновременно радиолокационная станция (РЛС) метеокомплекса измеряет текущие сферические координаты радиозонда (наклонную дальность, азимут и угол места).

Путем совместной обработки телеметрической и координатной информации электронно-вычислительная машина (ЭВМ) метеокомплекса рассчитывает и составляет метеорологический бюллетень «Метеосредний» [6, с. 114-115]. Бюллетень «Метеосредний» представляет собой документ, включающий средние значения отклонений температуры и плотности воздуха от табличных значений, а также средние значения направления и скорости ветра в слоях атмосферы от земли до стандартных высот. Значения стандартных высот приведены в [5, л. 51]. Средним ветром на данной высоте называется рассчитанный ветер, усредненный в слое от земли до данной высоты. В качестве табличных значений метеопараметров приняты значения, характеризующие среднее физическое состояние атмосферы [3, с. 139-140].

Одновременно ЭВМ метеокомплекса рассчитывает и составляет бюллетень «Метеодействительный» [5, л. 70, 71, 74], [10, с. 116, 130-132], представляющий собой документ, включающий метеопараметры, измеренные на высотах, являющихся серединами между соседними стандартными высотами бюллетеня «Метеосредний»: отклонение плотности воздуха от табличного значения (ПП); отклонение температуры воздуха от табличного значения (ТТ); дирекционный угол направления ветра (AV); скорость ветра.

Высоты, являющиеся серединами между соседними стандартными высотами бюллетеня «Метеосредний», называются стандартными высотами бюллетеня «Метеодействительный».

Действительным ветром на данной высоте называется средний ветер в слое между стандартными высотами бюллетеня «Метеосредний» и отнесенный к стандартным высотам бюллетеня «Метеодействительный».

Бюллетень «Метеодействительный» при использовании известного способа не применяют.

Бюллетень «Метеосредний» по средствам связи доводится до артиллерийских подразделений, где его исправляют поправками [4, статьи 514, 515].

Одновременно ЭВМ метеокомплекса рассчитывает и составляет бюллетень «Метеодействительный» [5, л. 74], представляющий собой документ, включающий, помимо прочих величин, значения направления и скорости действительного ветра.

Действительным ветром на данной высоте называется средний ветер в слое между стандартными высотами. Значение направления и скорости ветра относится к середине данного слоя. Бюллетень «Метеодействительный» при использовании известного способа не применяют.

Бюллетень «Метеосредний» по средствам связи доводится до артиллерийских подразделений, где его исправляют поправками [4, статьи 514, 515].

При внесении поправок в бюллетень «Метеосредний» ко всем стандартным высотам бюллетеня, выраженным в метрах, прибавляют (с учетом знака) поправку ΔY_ст, вычисленную по формуле

где h_м, h_оп - высоты расположения метеокомплекса и огневой позиции в метрах.

Результат округляется до сотен метров.

После чего бюллетень используют для определения поправок на ветер [7].

Сущность известного способа заключается в следующем.

При работе в горной местности высоты позиции метеокомплекса и огневой позиции, как правило, не совпадают. Пусть метеокомплекс размещен на высоте h_м, а огневая позиция - на высоте h_оп, траектория снаряда проходит в слое II (Δh₁). Скорость действительного ветра характеризуется его прямоугольными составляющими - продольной V_x и боковой V_z. Распределение скорости действительного ветра в слоях атмосферы и траектория снаряда показаны на фиг. 1.

Для простоты рассмотрим одну из составляющих - продольную V_x. Величины составляющих скорости действительного ветра в слоях Ι, ΙΙ, ΙΙΙ составляют соответственно V_x1, V_x2, V_x3 (фиг. 1). Для проведения метеоподготовки стрельбы необходимо по бюллетеню «Метеосредний» определить средний ветер в слое траектории снаряда, который численно равен действительному ветру в слое II.

Вследствие того, что метеокомплекс расположен ниже огневой позиции на величину превышения Δh, то при расчете среднего ветра будет учитываться ветер в слое Δh, в котором траектория снаряда не проходит, что приведет к погрешностям метеоподготовки. Поэтому нижний слой Δh необходимо исключить из обработки. Для этого принимают допущение о линейном распределении скорости ветра с высотой. На основании данного допущения к слою II добавляют слой толщины Δh (слой III). После чего определяют средний ветер в слое траектории снаряда, увеличенном на удвоенную величину превышения Δh (т.е. в суммарном слое Ι, ΙΙ, ΙΙΙ) и считают вычисленный средний ветер равным ветру в слое траектории снаряда (в слое II). Данная операция прибавления удвоенного превышения Δh производится путем исправления стандартных высот бюллетеня на величину ΔY_ст.

Известный способ имеет недостаток, связанный с тем, что при расчете ветровых характеристик производится искусственное добавление слоев атмосферы выше и ниже слоя, в котором проходит траектория снаряда. При этом принимается допущение о линейном распределении скорости ветра с высотой. В действительности функция скорости ветра никогда не изменяется с высотой линейно. Поэтому искусственное добавление нового слоя (в котором траектория снаряда не проходит) к слою полета снаряда приводит к ошибкам определения скорости среднего ветра.

Согласно известному способу определяется средний ветер в суммарном слое I, II, III как средневзвешенное значение величин действительного ветра в слоях

где V_x1, V_x1, V_x1 - составляющие скорости действительного ветра в слоях I, II, III;

Δh₁ - толщина первого слоя;

Δh - толщина второго и третьего слоя.

Рассчитанный ветер принимается равным среднему ветру W_x2 (в слое II).

Ошибка определения скорости среднего ветра известным способом, обусловленная нелинейным распределением скорости ветра с высотой, равна

В случае линейного распределения ветра ошибка δW_x равна нулю. Если же распределение ветра нелинейно, то ошибка δW_x не равна нулю и зависит от соотношения скоростей ветра в слоях. Так, при скоростях ветра W_x1=W_x3=3 м/с, W_x2=10 м/с и равных толщинах слоев (Δh=Δh₁) ошибка δW_x составляет -4,6 м/с. Такая ошибка метеоподготовки стрельбы артиллерии является существенной.

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение ошибки метеоподготовки стрельбы артиллерии в горных условиях при различных высотах метеокомплекса и огневой позиции. Уменьшение ошибки метеоподготовки может быть достигнуто за счет того, что, в отличие от известного способа, использующего ветровые характеристики в добавленных слоях атмосферы, при новом способе используются ветровые характеристики только на высотах, составляющих слой траектории снаряда.

Технический результат достигается тем, что при использовании способа проведения метеорологической подготовки стрельбы артиллерии в горных условиях, включающего температурно-ветровое зондирование атмосферы с помощью радиопеленгационного метеорологического комплекса РПМК-1 (изд. 1Б44), расчет и составление ЭВМ метеокомплекса метеорологического бюллетеня «Метеодействительный», дополнительно выводят из ЭВМ метеокомплекса бюллетень «Метеодействительный» и значение высоты позиции метеокомплекса, передают его в огневые подразделения с помощью аппаратуры передачи данных [5, л. 112-115], одновременно передают с помощью указанной аппаратуры значение высоты позиции метеокомплекса, принимают в огневых подразделениях бюллетень «Метеодействительный» и значение высоты позиции метеокомплекса с помощью аналогичной аппаратуры и вводят их в ЭВМ, находящуюся в каждом огневом подразделении, исправляют стандартные высоты бюллетеня «Метеодействительный» путем прибавления к стандартным высотам значение высоты позиции метеокомплекса, выбирают из бюллетеня «Метеодействительный» значения направлений (AV_i) и скоростей (V_i) действительного ветра на исправленных высотах, в которых будет проходить траектория снаряда, рассчитывают средние значения направления и скорости ветра в слое, в котором будет проходить траектория снаряда

где AW, W - направление и скорость среднего ветра в слое, в котором проходит траектория снаряда;

ΔН - толщина слоя, в котором будет проходить траектория снаряда;

i - порядковый номер частного слоя;

N - количество частных слоев;

ΔV_i, V_i - направление и скорость действительного ветра на исправленных высотах, в которых будет проходить траектория снаряда;

Δh_i - толщина i-го частного слоя (толщина слоя между стандартными высотами).

Полученные средние значения направления и скорости ветра используют в огневых подразделениях для определения поправок на ветер [7].

В выражениях (4), (5) значение суммы необходимо делить на общую толщину слоя, а не на количество слоев, поскольку толщины слоев могут быть различными.

Описываемый способ поясняется следующими фигурами.

На фиг. 1 изображено распределение скорости действительного ветра в слоях атмосферы и траектория снаряда.

На фиг. 2 изображен график распределения продольной составляющей скорости ветра V_x по высоте.

Сравнение известного и предлагаемого способов можно провести на примере реального зондирования атмосферы, проведенного в Ереване 8.12.2014 г. в 0 часов. Высота метеостанции над уровнем моря 1113 м [8]. Географическое положение метеостанции №37789 соответствует горным условиям (высота над уровнем моря превышает 500 м).

Значения скорости (V) и направления ветра (AV) на высотах преобразовывались в значения продольной (V_x) составляющей ветра по формуле

Значения скорости и направления ветра на высотах, а также значения продольной и боковой составляющей ветра приведены в табл. 1.

График распределения продольной составляющей скорости ветра V_x по высоте представлен на фиг. 2.

Средние значения V_x в слоях между соседними высотами, рассчитанные как среднеарифметическое значение продольных скоростей ветра на соседних высотах, приведены в табл. 2. Предположим, что огневая позиция расположена на высоте 2000 м, высота траектории снаряда составляет 400 м, позиция метеокомплекса расположена на высоте 1113 м.

Слой, в котором определяется продольная составляющая среднего ветра согласно известному способу, составляется из слоя, в котором проходит траектория снаряда, и удвоенного превышения метеокомплекса над огневой позиции. Толщина слоя траектории снаряда равна 400 м. Удвоенное превышение метеокомплекса над огневой позиции равно 2⋅(2000-1113)≈1800 м (округляя до сотен метров). Таким образом, толщина слоя равна 2200 м (округляя до сотен метров). То есть границы слоя согласно известному способу составляют 1113-3300 м. Ветер, определенный в данном слое, согласно известному способу приравнивается ветру в слое траектории снаряда.

Продольная составляющая среднего ветра в слое 1113-3300 м (W_{x 1113-3300}) определяется как средневзвешенное значение составляющих ветра в смежных слоях

где ΔН - толщина слоя, в котором определяется ветер;

V_xi - продольная составляющая ветра в частном слое;

i - номер частного слоя;

Δh_i - толщина i-го частного слоя (толщина слоя между смежными высотами).

Таким образом, согласно известному способу продольная составляющая среднего ветра в слое траектории снаряда (2000-2400) приравнивается продольной составляющей среднего ветра в слое 1113-3300 м и составляет -3,3 м/с.

В действительности слой, в котором проходит траектория снаряда, имеет границы 2000-2400. Поэтому продольная составляющая скорости среднего ветра в слое траектории снаряда (2000-2400 м) равна

Таким образом, ошибка измерения продольной составляющей среднего ветра известным способом составляет δW_х=W_х.1113-3300-W_х.2000-2400=4,9 м/с.

Для орудия 2С9 [7] при стрельбе на полном заряде при высоте траектории 400 м и дальности стрельбы 5100 м ошибка в измерении продольной составляющей среднего ветра 4,9 м/с приводит к ошибке по дальности 73 м.

Согласно [9, табл. 17] срединная ошибка полной подготовки для орудий составляет 0,7-0,9% от дальности стрельбы. В рассмотренном примере для дальности стрельбы 5100 м допустимая ошибка стрельбы составляет 5100⋅0,9%=45,9 м. Применяя известный способ, ошибка по дальности стрельбы составляет 73 м, что превышает допустимое значение ошибки.

При использовании нового способа ветер определяется только в слое траектории снаряда без учета вспомогательных слоев, что исключает ошибки, обусловленные влиянием ветра во вспомогательных слоях. Таким образом, применение нового способа позволит существенно увеличить точность метеоподготовки стрельбы артиллерии в горных условиях.

Источники информации

1. Патент РФ №2236665. Способ стрельбы неуправляемыми снарядами с закрытых огневых позиций. Шипунов А.Г. и др. Опубликован 20.09.2004 г.

2. Патент РФ №2453790. Способ стрельбы артиллерийскими снарядами с закрытых огневых позиций. Бабичев В.И. и др. Опубликован 20.06.2012 г.

3. Курс артиллерии. Книга 3. Внешняя баллистика. Метеорология в артиллерии. Полная подготовка данных для стрельбы. Под общей редакцией Блинова А.Д. Военное издательство. – М.: 1948. 288 с.

4. Дивизион, батарея, взвод, орудие. (ПСиУО-96). Часть 1. – М.: Воениздат.1996. 242 с.

5. Изделие 1Б44. Техническое описание. Часть 1. БЕ1 400 063 ТО. 2006 г., 216 л.

6. Коновалов А.А., Николаев Ю.В. Внешняя баллистика. Под ред. Коновалова А.А. ЦНИИ информации. 1979. 228 с.

7. Временные таблицы стрельбы для равнинных и горных условий 120-мм самоходного артиллерийского орудия 2С9. Издание второе, стереотипное. - М:. Воениздат. 1989. 368 с.

8. Интернет ресурс http://www.weather.uwyo.edu/cgi-bin/sounding?region=mideast&TYPE=TEXT%3ALIST&YEAR=2014&MONTO=12&FROM=0800&TO=2812&STNM=37789. База данных зондирований атмосферы.

9. Пособие по изучению Правил стрельбы и управления огнем артиллерии (дивизион, батарея, взвод, орудие). Часть 1. –М.: Воениздат.1985. 360 с.

10. Изделие 1Б77. Руководство по эксплуатации. Часть 1. УВДК.462419.003 РЭ. 209 л.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах учета характеристик атмосферы в интересах обеспечения стрельбы неуправляемыми снарядами. Технический результат – повышение точности стрельбы артиллерии в горных условиях при различных высотах метеокомплекса и огневой позиции. Для этого из электронной вычислительной машины метеокомплекса выводят бюллетень «Метеодействительный» и значение высоты позиции метеокомплекса, передают эту информацию в огневые подразделения, исправляют стандартные высоты бюллетеня «Метеодействительный» путем прибавления к ним значения высоты позиции метеокомплекса, выбирают из бюллетеня «Метеодействительный» значения направления и скорости действительного ветра на тех исправленных высотах, которые находятся в слое траектории снаряда, рассчитывают средние значения направления и скорости ветра в слое, в котором проходит траектория снаряда. Таким образом обеспечивают повышение точности метеоподготовки в горных условиях за счет использования ветровых характеристик только на тех высотах, которые составляют слой траектории снаряда. 2 ил., 2 табл.

Способ проведения метеорологической подготовки стрельбы артиллерии в горных условиях, включающий температурно-ветровое зондирование атмосферы с помощью метеорологического комплекса, расчет и составление метеорологического бюллетеня «Метеодействительный»,

отличающийся тем, что из электронной вычислительной машины метеокомплекса выводят бюллетень «Метеодействительный» и значение высоты позиции метеокомплекса, передают эту информацию в огневые подразделения, где исправляют стандартные высоты бюллетеня «Метеодействительный» путем прибавления к ним значения высоты позиции метеокомплекса, выбирают из бюллетеня «Метеодействительный» значения направления и скорости действительного ветра на тех исправленных высотах, которые находятся в слое траектории снаряда, рассчитывают средние значения направления и скорости ветра в слое, в котором проходит траектория снаряда.