Тренировочный стрелковый комплекс Российский патент 2024 года по МПК F41G3/26 G09B9/00 

Изобретение относится к техническим средствам для тренировки, обучения пулевой стрельбе и контроля точности пулевого попадания с раздельной оценкой погрешностей выстрела, обусловленных наведением винтовки на мишень, нажатием спускового крючка, отдачей от выстрела, использованием патрона с отклонением скорости пули от номинальной скорости и сваливанием винтовки.

Известны изобретения тренажеров для обучения приемам и навыкам стрельбы из спортивного оружия без применения боеприпасов [RU №2151361, опубл. 20.06.2000; RU №2210051, опубл. 10.08.2003], в том числе с применением макета стрелкового оружия [RU №2620744, опубл. 29.05.2017] или имитатора оружия [RU №1316370, конвенционный приоритет 26.03.1985 SU 853874220, RU №2347171, опубл. 23.11.2006 г.].

Недостатком этих изобретений является отсутствие пулевой стрельбы и поэтому они могут научить только уменьшению погрешности наведения оружия на мишень.

Известен стрелковый тренажер [RU №2527371, опубл. 27.08.2014] для обучения, тренировки и контроля процесса прицеливания для визуального и инструментального наблюдения, контроля и регистрации процесса прицеливания в реальном времени при стрельбе патроном.

Недостатком этого изобретения является отсутствие контроля и регистрации раздельных составляющих погрешностей выстрела, обусловленных нажатием спускового крючка, отдачей от выстрела, использованием патрона с отклонением скорости пули от номинальной скорости и заваливанием винтовки.

Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является тренировочный стрелковый комплекс [RU №2766926, опубл. 16.03.2022], относящйся к техническим средствам для тренировки, обучения и контроля точности пулевого попадания.

Комплекс для тренировочной стрельбы содержит вычислительный блок, экран, устройство фиксации изображения, акустический элемент, проецирующее и осветительное устройство. Проецирующее устройство выполнено с возможностью получения информации с вычислительного блока для формирования проекции мишени на экране. Устройство фиксации изображения выполнено с возможностью передачи полученного изображения на вычислительный блок для вычисления степени поражения мишени. Акустический элемент выполнен с возможностью приема или передачи звукового сигнала на вычислительный блок для фиксации наличия выстрела. Экран снабжен полотнищами, которые расположены параллельно по отношению друг к другу таким образом, что одно полотнище расположено напротив стрелка, а другое полотнище расположено за первым полотнищем, автоматическим приводом, который встроен в экран или располагается с внешней стороны экрана; и катушками. Привод и катушки выполнены с возможностью смещения полотнища для закрытия образованных отверстий неповрежденной частью другого полотнища. Повышается безопасность стрелка, находящегося на огневом рубеже.

Недостатком прототипа является отсутствие возможности разделения погрешностей, фиксация суммы всех погрешностей без их разделения, что не дает возможности эффективно отрабатывать навыки практической стрельбы из огнестрельного оружия.

Задача, решаемая заявленным техническим устройством, заключается в предоставлении возможности стрелку узнать измеренную величину и направление каждой погрешности выстрела, в отдельности по каждому отдельному воздействию стрелка и патрона на результат выстрела, устанавливать причинно-следственную взаимосвязь между их воздействиями и результатом измерений каждой конкретной погрешности, и соответственно быстрее и надежнее добиваться высоких результатов.

Технический результат заключается в повышении информативности о положении стрелкового оружия относительно мишени в процессе прицеливания и произведения пулевого выстрела, а также об отклонении скорости пули от номинальной скорости.

Для достижения технического результата предлагается тренировочный стрелковый комплекс, содержащий вычислительный блок, устройство фиксации изображения, отличающийся тем, что комплекс содержит два источника лазерного излучения и датчик момента вылета пули из ствола,

при этом устройство фиксации изображения выполнено с возможностью передачи изображения мишени и двух разнесенных лазерных пятен на вычислительный блок для вычисления погрешностей, обусловленных наведением винтовки на мишень, нажатием спускового крючка, отдачей от выстрела, использованием патрона с отклонением скорости пули от номинальной скорости и сваливанием винтовки,

два источника лазерного излучения выполнены с возможностью, установки на ствол винтовки так, чтобы во время прицеливания на мишень, около мишени появились два разнесенных лазерных пятна,

датчик момента вылета пули из ствола выполнен с возможностью передачи его сигнала на вычислительный блок для вычисления погрешностей, обусловленных наведением винтовки на мишень, нажатием спускового крючка, отдачей от выстрела, использованием патрона с отклонением скорости пули от номинальной скорости и сваливанием винтовки.

Два источника лазерного излучения необходимы для переноса на поле мишени информации об ориентации оружия относительно мишени до выстрела и во время выстрела.

Устройство фиксации изображения фиксирует совместное изображение мишени и двух разнесенных лазерных пятен на каждом фотокадре, преобразует это изображение в электронный вид и передает в вычислительный блок.

Для осуществления точных измерений погрешности, обусловленной отдачей оружия, погрешности, обусловленной использованием патрона с отклонением скорости пули от номинальной скорости и погрешности, возникающей при сваливании винтовки, к устройству фиксации изображения предъявляется требование высокой частоты смены кадров.

Датчик момента вылета пули фиксирует момент времени начала свободного полета пули. Таким датчиком может быть микрофон, установленный вблизи от ствола винтовки, может быть датчик ускорения, установленный на стволе, может быть датчик давления, установленный в конце ствола, может быть фотодатчик, установленный на конце ствола и т.д. Датчик момента вылета пули связан с компьютером для выделения фотокадра, соответствующего моменту времени начала свободного полета пули.

Функционально устройство для тренировочной пулевой стрельбы работает следующим образом:

Два источника лазерного излучения создают на поле мишени два лазерных пятна, которые совместно с мишенью фиксируются устройством фиксации изображения. Устройство передачи изображения передает каждый фотокадр на вычислительный блок, который фиксирует моменты времени передачи фотокадров изображений и вычисляет координаты центров лазерных пятен и мишени. При выстреле из оружия датчик момента вылета пули передает сигнал на вычислительное устройство для фиксации момента времени вылета пули. Вычислительный блок анализирует поступающие на него фотокадры изображения для фиксации момента времени появления пробоины на мишени от пули. По разности между моментом времени вылета пули и моментом времени появления пробоины вычислительный блок вычисляет время полета пули, а затем по известному расстоянию вычисляет скорость полета пули, кроме того, вычисляет погрешность, обусловленную использованием патрона с отклонением скорости пули от номинальной скорости. По изменению во времени координат центров лазерных пятен вычислительный блок вычисляет погрешности, обусловленные наведением винтовки на мишень, нажатием спускового крючка, отдачей от выстрела и сваливанием винтовки.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлено графическое пояснение расчета угла сваливания винтовки, определения координат и погрешностей точки прицеливания. На ней изображена мишень и два разнесенных лазерных пятна, обозначенных пунктирами, а их центры буквами А и Б. На фиг. 2 представлено графическое изображение погрешности пулевого выстрела в зависимости от угла сваливания винтовки

Для подтверждения возможности осуществления изобретения и получения технического результата далее приводятся подробные сведения и расчетные формулы.

Для задания начала отсчета угла выполнено сначала образцовое прицеливание, например, с помощью пристрелочного станка. В этом случае, фиксируется угол который соответствует положению винтовки с нулевым заваливанием. Этот образцовый кадр снимается фотокамерой и передается на компьютер для запоминания и расчетов. С помощью образцового кадра геометрически связывается точка прицеливания М₀ и, соответствующее этому прицеливанию, положение лазерных пятен. На фиг. 1 все обозначения для образцового кадра выполнены с использованием нулевого индекса, а вспомогательные линии обозначены короткими штрихами.

При тренировочном прицеливании возникает угол который схематично изображен на фиг. 1.

Изображение мишени и лазерных пятен в фотокадре воспроизводится с помощью пиксельных матриц цифровой фотокамеры, в которых пиксели расположены в перекрестиях прямоугольной сетки, что значительно упрощает представление и анализ оптических объектов в прямоугольных координатах.

С помощью специального программного обеспечения и компьютера определяют координаты центров лазерных пятен и центра мишени.

Если в произвольно заданной прямоугольной системе координат (фиг. 1) определить координаты точек А₀(Х_А0, Y_A0) и Б₀(Х_Б0, У_Б0), полученные во время образцового прицеливания, то расстояния R_A0M, R_Б0М и R_А0Б0 и углы α, β, полученные на образцовом кадре, сохранятся и на других кадрах, если не менять расстояние между мишенью и фотокамерой, а также между мишенью и винтовкой. То есть, размер треугольника А₀Б₀М₀, полученный на образцовом кадре, сохранится и на других кадрах.

Естественно, что при исследуемом прицеливании этот треугольник будет смещаться относительно мишени и получит новое положение, которое обозначено АБМ. Важно различать два варианта смещения, или другими словами погрешности.

Первый вариант - это когда линия АБ будет параллельна линии А₀Б₀, и будут возникать погрешности, обусловленные наведением винтовки на мишень. В этом случае, точки М₀ и М не будут совпадать. Для нахождения положения точки М геометрическим путем, необходимо по одной стороне АБ треугольника и двум прилегающим к ней углам α и β, полученных на образцовом кадре построить треугольник.

Второй вариант - это когда между этими линиями образуется угол а смещение отсутствует, именно этот вариант изображен на фиг. 1, тогда будет возникать погрешность обусловленная только сваливанием винтовки, а точки М₀ и М будут совпадать. На практике будет присутствовать и тот и другой вариант совместно.

Для подтверждения реализуемости измерений погрешностей далее представлены математические процедуры программного обеспечения, которые необходимо выполнить для разделения и измерения уже названных погрешностей. Сначала рассчитаем погрешность, обусловленную наведением винтовки на мишень. Эта погрешность не связана с пулевым выстрелом.

По прямоугольным координатам точек А₀(Х_А0, Y_A0) и Б₀(Х_Б0, Y_Б0), полученным во время образцового прицеливания в центр мишени, используем уравнение линии соединяющей точки А₀ и Б₀. Известно, что оно выглядит следующим образом:

где Y - текущая ордината линии, а X - абсцисса линии.

После преобразования вида уравнения получим:

В прямоугольной системе координат положительные углы откладываются от оси х против часовой стрелки, поэтому по фиг. 1 угловой коэффициент для линии между точками А₀, Б₀ запишется как

переходя к углу, получим:

Аналогично, по координатам точек А₀(Х_А0, Y_A0) и координатам центра мишени М₀(Х_М0, Y_M0) получим уравнение линии соединяющей эти точки:

и найдем углы:

Также и для линии с точками Б₀(Х_Б0, Y_Б0) и М₀(Х_М0, Y_M0):

По формулам (4), (7) и (10) вычислим интересующие углы, которые будут использованы в дальнейшем:

Для исследуемого прицеливания, также изображенного на фиг. 1 повторим вычисления.

По координатам точек А (Х_А, Y_A) и Б (Х_Б, Y_Б) получим уравнение линии соединяющей эти точки:

переходя к углу, получим:

Для новой линии AM известны только координаты точки А (Х_А, Y_A) и известен ее угол α относительно линии АБ, тогда по фиг. 1 найдем угол относительно линии X, и получим уравнение линии AM:

Также и для линии БМ известны координаты точки Б (Х_Б, Y_Б) и известен ее угол β относительно линии АБ, тогда по фиг. 1 найдем угол относительно линии X, и получим уравнение линии БМ:

Известно, что координаты точки пересечения М двух прямых Y=k₁X+b₁, Y=k₂X+b₂ находятся по формулам:

где k - угловой коэффициент

Используем результаты, полученные в формулах (19) и (18) для уравнений прямой линии AM и пересекающейся с ней линией БМ (21), (20) с другими обозначениями, принятыми в формуле (22):

После расчета значений выражений (23) и (24) и занесения их в (22) получим координаты точки М.

По рассчитанным координатам Х_М и Y_M для исследуемого прицеливания и по полученным ранее координатам Х_М0, Y_M0, представим вектор погрешности наведения винтовки в прямоугольной системе координат:

Каждая погрешность возникает в свое время. Измерительная информация благодаря покадровой записи в компьютере, становится доступной для камеральной обработки в любом интересующем интервале времени. Анализ графика вектора погрешности наведения винтовки, на мишень и графика вектора погрешности при сваливании винтовки целесообразно осуществлять в интервале времени, оканчивающемся моментом вылета пули из винтовки. Начало интервала можно выбрать на 2-3 секунды раньше.

Рассмотрим поведение погрешности наведения винтовки на мишень, свойственной пулевой стрельбе в разные интервалы времени. В момент времени, например, за 20-100 мс до срабатывания спускового механизма происходит нажатие на спусковой крючок, которое вызывает дополнительную погрешность наведения винтовки на мишень.

Используя низкое значение ускорения вектора погрешности наведения винтовки, во время прицеливания, и осуществляя его экстраполяцию на указанный короткий интервал времени, например, 20-100 мс, найти разницу между измеренным значением вектора погрешности, соответствующим концу указанного временного интервала и экстраполированным значением вектора погрешности для этого же момента времени. Эта разница использована для оценки вектора погрешности спуска крючка.

Экстраполированное значение вектора погрешности не учитывает дополнительную погрешность, возникающую при нажатии на спусковой крючок. Измеренный вектор погрешности, соответствующий концу указанного временного интервала отражает сумму экстраполированного значения вектора погрешности и дополнительной погрешности нажатия на спусковой крючок.

М₀мент срабатывания спускового механизма можно найти как предшествующий, например на 3,5 мс моменту вылета пули, зафиксированному датчиком момента вылета пули.

Оценка погрешности, возникающей при отдаче от выстрела, происходит в интервале времени, начинающимся например, за 3,5 мс до вылета пули из ствола винтовки и оканчивающимся в момент вылета пули из винтовки. Учитывая большую величину ускорения винтовки и малое время воздействия ускорения, вектор погрешности от воздействия отдачи оружия можно определить, как разность между вектором погрешности наведения винтовки, соответствующим моменту вылета пули и вектором погрешности наведения винтовки, соответствующим моменту начала движения пули в стволе.

Рассмотрим измерение погрешности, обусловленной использованием патрона с отклонением скорости пули от номинальной скорости и погрешности, обусловленной заваливанием винтовки.

В случае если угол то погрешность сваливания отсутствует, а если то необходимо вычислить погрешность сваливания. Эта погрешность связана с тем, что пуля летит не по прямой линии. За время полета на пулю действует сила гравитации, которая направлена вниз. Это приводит к тому, что за время полета пули t_пп пуля смещается вертикально вниз на расстояние падения R_п:

где g - ускорение свободного падения; в среднем принято 9,81 м/с².

Понятно, что для учета смещения пули необходимо знать время ее полета.

Компьютер с помощью программного обеспечения фиксирует номер кадра с меткой датчика о моменте вылета пули и номер кадра, когда на мишени появляется пробоина от пули. Определяется значение разницы номеров кадров, которое умножается на период следования кадров, например на 0,5 мс, и таким образом, измеряется время полета пули.

Качество патрона обычно оценивается стабильностью скорости полета пули. Для оценки серии патронов используют среднее значение скорости полета пули V_сп для заданной дистанции R_з. Это значение можно считать номинальным V_H. Тогда номинальное время полета пули t_нпп = R_з/V_н. По формуле (26) найдем величину номинального расстояния падения пули R_нп.

По формуле (26) с помощью компьютера рассчитывают R_н для текущего произведенного выстрела и вычисляют отклонение измеренного R_п от номинального R_нп, что определяет погрешность ΔR_п = R_п - R_пн, обусловленную использованием патрона с отклонением скорости пули от номинальной скорости. Следует отметить, что вектор этой погрешности направлен вертикально вниз.

Зная погрешность ΔR_п ее можно вычесть из общего результата погрешности, можно вывести на монитор как результат измерения этой погрешности, можно накопить результаты измерения этих погрешностей в течение использования одной партии патронов с целью оценки ее качества.

Обычно, за счет поднятия прицельной рамки винтовки линия прицела опускается относительно линии центра ствола так, чтобы скомпенсировать величину R_нп и тогда эта систематическая погрешность уже не представляет интереса. Интерес представляет вектор погрешности, обусловленный использованием патрона с отклонением скорости пули от номинальной скорости ΔR_п.

Однако при расчете погрешности, обусловленной сваливанием винтовки (повороте вокруг линии прицела на угол ) точка попадания пули Т_по и точка прицеливания М₀ уже не совпадут, и возникнет погрешность зависящая от угла поворота и расстояния падения пули R_п.

Геометрическое местоположение точек погрешности будет представлять круг (фиг. 2) с радиусом R_п, проведенным из точки О, расположенной на вертикальной линии ниже точки прицеливания М₀ на величину R_п.

Угол поворота (17), отсчитываемый в данном случае от вертикали вправо (движение стрелки часов) считаем положительным. С учетом того, что треугольник ОМ₀Т_по является равнобедренным, то угол ОМ₀Т_по равен поскольку сумма всех углов треугольника равна 180°.

С помощью программного обеспечения значение погрешности сваливания винтовки рассчитывается в зависимости от угла следующим образом:

Далее погрешность представляется в виде горизонтального и вертикального векторов погрешности сваливания винтовки в соответствии с формулами:

Предложенное устройство тренировочного стрелкового комплекса пулевой стрельбы предназначено для контроля точности пулевого попадания в мишень и имеет преимущество, заключающееся в раздельном контроле погрешностей выстрела, обусловленных наведением винтовки на мишень, нажатием спускового крючка, отдачей от выстрела, использованием патрона с отклонением скорости пули от номинальной скорости и сваливанием винтовки. Все эти погрешности с указанием их величины и направления предоставляются тренеру и стрелку в цифровом и аналоговом виде на мониторе компьютера. Это позволяет сосредоточить усилия на выявление конкретных причин возникающих погрешностей и целенаправленно бороться с ними. Тренировки с установлением причинно-следственных взаимосвязей между причинами и результатом измерений каждой конкретной погрешности позволят быстрее и надежнее добиваться высоких результатов в пулевой стрельбе.

Кроме того, экономический эффект заключается в возможности использовать дешевые патроны без ущерба для подготовки, поскольку погрешность, обусловленную использованием некачественного патрона, можно вычесть из результата. Анализируя именно эту погрешность по большому количеству тренировочных выстрелов, можно оценивать качество партии патронов и ее пригодность для использования на соревнованиях.

Изобретение относится к области технических средств для тренировки, обучения пулевой стрельбе и контроля точности пулевого попадания и касается тренировочного стрелкового комплекса. Тренировочный стрелковый комплекс содержит два источника лазерного излучения, датчик момента вылета пули из ствола, устройство фиксации изображения и вычислительный блок. Источники лазерного излучения установлены на ствол винтовки так, чтобы во время прицеливания на мишень около мишени появились два разнесенных лазерных пятна. Устройство фиксации изображения выполнено с возможностью передачи изображения мишени и двух разнесенных лазерных пятен на вычислительный блок. Датчик момента вылета пули из ствола выполнен с возможностью передачи сигнала на вычислительный блок для измерения времени полета пули. Вычислительный блок выполнен с возможностью вычисления по полученным данным погрешностей, обусловленных наведением винтовки на мишень, нажатием спускового крючка, отдачей от выстрела, использованием патрона с отклонением скорости пули от номинальной скорости и сваливанием винтовки. Технический результат заключается в повышении информативности данных о положении стрелкового оружия относительно мишени в процессе прицеливания и произведения пулевого выстрела, а также об отклонении скорости пули от номинальной скорости. 2 ил.

Тренировочный стрелковый комплекс, содержащий вычислительный блок, устройство фиксации изображения, отличающийся тем, что комплекс содержит два источника лазерного излучения, датчик момента вылета пули из ствола,

при этом устройство фиксации изображения выполнено с возможностью передачи изображения мишени и двух разнесенных лазерных пятен на вычислительный блок для вычисления погрешностей, обусловленных наведением винтовки на мишень, нажатием спускового крючка, отдачей от выстрела, использованием патрона с отклонением скорости пули от номинальной скорости и сваливанием винтовки,

два источника лазерного излучения выполнены с возможностью установки на ствол винтовки так, чтобы во время прицеливания на мишень около мишени появились два разнесенных лазерных пятна,

датчик момента вылета пули из ствола выполнен с возможностью передачи его сигнала на вычислительный блок для измерения времени полета пули и вычисления погрешностей, обусловленных наведением винтовки на мишень, нажатием спускового крючка, отдачей от выстрела, использованием патрона с отклонением скорости пули от номинальной скорости и сваливанием винтовки.