СПОСОБ ОЦЕНКИ ИЗНОСА И КАТЕГОРИРОВАНИЯ СТВОЛОВ АРТИЛЛЕРИЙСКИХ ОРУДИЙ Российский патент 2025 года по МПК G01B11/03 G01N3/56 G01N21/954 F41A31/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Заявляемое изобретение относится к области обеспечения боевой подготовки артиллерийского вооружения и направлено на создание унифицированного автоматизированного способа оценки состояния элементов конструкции ствола артиллерийского орудия, величины износа канала ствола и определения категории в процессе его эксплуатации (стрельбы).

Оценка состояния и износа ствола артиллерийского орудия проводится при проведении технического осмотра, баллистической подготовки или категорирования орудия.

Уровень техники

В настоящее время под измерением износа ствола понимается, как визуальная оценка состояния наружной и внутренней поверхностей ствола, так и определение комплекса точных размеров его элементов (удлинение зарядной каморы, диаметр по полям и нарезам, ширина полей и нарезов, линейные размеры и количество повреждений полей нарезов и т.д.) в том числе для категорирования и выбраковки стволов.

Распределение артиллерийского вооружения по категориям имеет важное значение для учета фактического технического состояния орудий и своевременного восстановления ресурса путем проведения капитального ремонта.

Основным критерием определения категории и выбраковки стволов является его техническое состояние, характеризующееся удлинением зарядной каморы или диаметральным износом канала ствола в определенных сечениях по длине ствола, состоянием полей нарезов, состоянием поверхности зарядной каморы и нарезов, отсутствии сколов полей нарезов, раковин, выпучин и трещин на поверхности канала ствола. Еще одним критерием является величина падения начальной скорости снаряда.

В настоящее время оценка состояния и степени изменения размеров, характера повреждений, величины падения начальной скорости снаряда, вызванной износом канала ствола, регламентируются нормативами, изложенными в «Руководстве по категорированию артиллерийского вооружения» и частично таблицах стрельбы и руководствах по эксплуатации или ремонту конкретных орудий. При этом для различных артиллерийских стволов степень износа и отнесение его к какой-либо категории определяются по отличным друг от друга критериям, способам и средствам измерения параметров канала ствола.

Отсутствие единого унифицированного способа сбора данных о состоянии канала ствола и набора характеристик, по которым должна оцениваться степень износа канала ствола, определяться поправка на падение начальной скорости снаряда вследствие износа и отнесение ствола к той или иной категории не позволяет автоматизировать процесс измерения и оценки параметров ствола. Кроме того, это приводит к большому количеству различных по назначению, составу и способам использования измерительных приспособлений, устройств и приборов.

Например, для измерения удлинения зарядной каморы нарезных орудий используется прибор ПЗК, а для измерения износа гладких стволов устройство ПКИ. Оценка износа (увеличения диаметра) цилиндрической части канала ствола не проводится и не учитывается в существующих методиках.

Одним из критических параметров износа ствола является падение начальной скорости снаряда. В настоящее время эта величина определяется исключительно на основании эмпирической зависимости от удлинения зарядной каморы ствола. Однако это очень неточный метод. С учетом последнего замечания, для непосредственного измерения величины падения начальной скорости снаряда для современных артиллерийских орудий требуется проведение стрельб с использованием баллистической артиллерийской станции.

Ряд критериев, в частности увеличение диаметра цилиндрической части ствола и состояние полей нарезов совсем не используется в процессе войсковой эксплуатации орудия, по причине отсутствия требований к ним, соответствующих средства измерения и методики оценки полученных результатов.

Таким образом, совершенствование технического и методического аппарата измерения фактического износа канала ствола, и автоматизация процесса измерений и оценки полученных результатов наталкиваются на практике на устаревшие средства и способы измерения и критерии оценки.

Перспективным методом существенного снижения ошибки баллистической подготовки без необходимости проведения стрельбы является детальное измерение параметров износа конструктивных элементов цилиндрической части канала ствола, удлинения зарядной каморы и определение текущих баллистических характеристик ствола с использованием полученных данных по специальной математической модели [1]. Проведение расчетов по этой модели требует, в том числе, использования результатов высокоточных измерений конструктивных элементов калиберной (цилиндрической) части ствола и участка каморы, примыкающего к калиберной части (диаметров по полям и нарезам, ширину нарезов и полей) и удлинения зарядной каморы.

Детальное измерение параметров конструктивных элементов цилиндрической части канала ствола при войсковой эксплуатации орудия стало возможным только с появлением Устройства Измерения и Осмотра Параметров Ствола (УИПОС), которое входит в комплект контрольно-проверочной машины (КПМ) 1И41.

Измерительный зонд УИПОС оснащен видеокамерой высокого разрешения с устройством подсветки и бесконтактным лазерным сканером, обеспечивающим измерение диаметра канала ствола гладких и нарезных стволов, в том числе по полям и нарезам, определение ширины полей и нарезов, а также их геометрической формы. Для определения координат расположения сканера и камеры устройства по длине канала ствола имеется встроенный лазерный дальномер. Устройство обеспечивает получение всеобъемлющего набора исходных данных для реализации автоматизированного способа состояния ствола артиллерийского орудия для оценки степени его износа, расчета поправки на падение начальной скорости снаряда и отнесения ствола к определенной категории. Продвижение и позиционирование зонда в необходимых сечениях по длине канала ствола производится вручную с помощью составной штанги.

В то же время многолетняя статистика измерений параметров канала стволов различных систем, совокупность научных исследований и опыт войсковой эксплуатации артиллерийских орудий позволили выработать унифицированный перечень критериев, методики их измерения и оценки полученных результатов в автоматизированном режиме с минимальным участием человеческого фактора.

Раскрытие сущности изобретения

Задача предлагаемого изобретения состояла в разработке способа оценки состояния и степени износа канала ствола артиллерийских орудий, для категорирования, на основе данных полученных в результате осмотра наружной и внутренней поверхности ствола, измерения параметров цилиндрической части и каморы ствола, использования унифицированного набора критериев оценки для всех типов нарезных и гладких стволов.

Техническим результатом при осуществлении данного способа является автоматизация оценки текущих баллистических характеристик и определения категории ствола артиллерийского орудия, возможность принятия объективного решения о проведении его дальнейшей эксплуатации или ремонта.

Для достижения этого технического результата предлагается способ оценки износа и категорирования стволов артиллерийских орудий использующий следующий унифицированный набор критериев для определения их соответствия установленным нормативам для всех типов стволов:

- Наличие и глубина повреждений внешней поверхности ствола или их отсутствие;

- Наличие или отсутствие трещин на внутренней поверхности ствола;

- Наличие или отсутствие раздутий;

- Наличие или отсутствие повреждений, сколов и размыва полей нарезов на определенном участке нарезной части канала ствола;

- Количество поврежденных полей нарезов (при наличии);

- Средний размер повреждений полей нарезов по длине (при наличии);

- Координаты расположения сечений с поврежденными нарезами по длине от казенного среза;

- Изменение диаметров канала ствола по полям и нарезам (для гладких стволов одного диаметра);

- Ширина полей и нарезов (для нарезных стволов);

- Удлинение зарядной каморы (для нарезных стволов);

- Износ канала ствола в контрольном сечении (для гладких стволов),

- Величина падения начальной скорости снаряда.

и использующий унифицированную методику проведения измерений и оценки, включающую несколько этапов:

- Определение типа артиллерийского орудия, и регистрация идентификационных данных;

- Чистка канала ствола с использованием специального чистящего оборудования и чистящих растворов;

- Осмотр наружной и внутренней поверхностей ствола с целью получения совокупности исходных данных;

- Измерение износа цилиндрической части канала ствола с целью получения исходных данных с учетом требований унифицированных критериев;

- Измерение удлинения зарядной каморы для нарезных стволов или износа канала ствола в контрольном сечении для гладких стволов;

- Расчет величины начальной скорости снаряда вызванной износом канала ствола расчетным бесстрельбовым способом и поправки на падение начальной скорости на основе осмотра и измерений;

- Оценка соответствия установленным нормативам и проведение категорирования на основе унифицированных критериев, принятие решения о его дальнейшей эксплуатации или организации соответствующего вида ремонта;

- Формирование протокола результата замеров, соответствия нормативам и категорирования.

С целью реализации способа оценки износа и категорирования стволов артиллерийских орудий алгоритмы унифицированной методики проведения измерений и оценок износа, определения соответствия требованиям набора унифицированных критериев и категорирования стволов артиллерийских орудий на основании совокупности исходных данных полученных вручную или с использованием автоматизированного устройства измерения параметров и осмотра канала ствола, с возможностью введения данных в базу данных программных и аппаратных средств, разработано программное обеспечение, устанавливаемое на компьютере с возможностью подключения к внешней компьютерной сети и сети интернет, к устройствам вывода на печать, что позволяет автоматизировать процесс оценки полученных результатов и выдачи заключений на соответствие параметров ствола установленным нормативам на основе унифицированных критериев, проведение необходимых вычислений с выдачей оценок и заключений, минимизировать участие человеческого фактора в процессе получения исходных данных при проведении осмотра и измерений параметров стволов артиллерийских орудий.

В качестве автоматизированного устройства измерения параметров при реализации способа используется устройство с реализацией функций видеофиксации и геометрических измерений параметров канала ствола, оснащенное для этого: видеокамерой, устройством подсветки, лазерным сканером измерения диаметра и профиля канала ствола, лазерным дальномером, подключенное с помощью кабеля к блоку контроля и к внешнему компьютеру на котором установлено программное обеспечение с алгоритмами оценок износа, определения соответствия требованиям набора унифицированных критериев и категорирования стволов артиллерийских орудий, с программным обеспечением для хранения полученных исходных данных, их сравнения с нормативами, проведения необходимых вычислений с выдачей оценок и заключений.

В предлагаемом способе с помощью расчетного программного обеспечения полностью автоматизирован процесс расчета поправок на падение начальной скорости вызванной износом канала ствола расчетным бесстрельбовым способом на основе осмотра и измерений, установление технического состояния артиллерийского орудия, принятие решения о его дальнейшей эксплуатации или организации соответствующего вида ремонта, формирования протоколов по полученным результатам в электронном и печатном виде, их хранение в архиве на компьютере, передачи данных по локальной сети, обеспечена возможность экспорта протоколов с результатами оценки износа и прилагаемых изображений.

Реализация предложенного способа с набором унифицированных критериев, и методика получения исходных данных для оценки износа и категорирования ствола, обеспечивает контроль состояния и категорирование стволов всех известных и перспективных нарезных и гладкоствольных артиллерийских орудий.

Предложенный способ оценки износа и категорирования стволов артиллерийских орудий основывается на учете множества факторов, так или иначе, изложенных в действующем «Руководстве по категорированию образцов РАВ (2014 г.)», таблицах стрельбы, конструкторской и эксплуатационной документации объектов обслуживания (самоходные (САО) и буксируемые артиллерийские орудия (БАО)), а также существующего научно-технического задела.

После определения типа артиллерийского орудия и регистрации его идентификационных данных в специальном программном обеспечении, производится чистка канала ствола с использованием специального чистящего оборудования и чистящих растворов.

После проведенной чистки производят осмотр наружной и внутренней поверхности ствола с целью получения совокупности исходных данных.

Качество внутренней поверхности канала ствола ствольной системы от выстрела к выстрелу изменяется и, в конце концов, достигает такого состояния, которое не обеспечивает необходимых баллистических характеристик при выстреле.

Так наличие повреждений на внешней поверхности ствола превышающих допустимые значения, трещин или раздутий на внутренней поверхности канала ствола являются основанием для запрета дальнейшего использования ствола.

Наличие или отсутствие повреждений, сколов и размыва полей нарезов на определенном участке нарезной части канала ствола от казенного среза, количество поврежденных полей нарезов, их средний размер по длине являются основанием для определения категории ствола от нового до непригодного к использованию.

После осмотра, внесения результатов осмотра в базу программного обеспечения, протоколирования выявленных повреждений в соответствии с методикой производят измерение износа цилиндрической части канала ствола с целью получения исходных данных с учетом требований унифицированного критерия.

Под износом канала ствола подразумевается совокупность изменений его геометрических размеров и конфигураций.

При проведении измерения выявляют изменение (увеличение) диаметров канала ствола по полям и нарезам нарезных стволов, изменения ширины полей и нарезов и их формы, удлинение зарядной каморы служат исходными данными для расчета величины падения начальной скорости снаряда, и таким образом определения категории нарезного ствола и расчета поправки на падение начальной скорости снаряда для использования ее при расчете установок стрельбы орудия.

Заявляемый способ обеспечивает получение исходных данных, для оценки износа и категорирования, с помощью любых средств измерения и осмотра, имеющихся в распоряжении пользователя, например, механической звездки или нутромера для измерения диаметра и промышленного эндоскопа для осмотра канала ствола [3].

С целью контроля общей площади каверн, выколов металла внутри канала ствола, наличия трещин, разрывов поверхности, степени раздутия ствола, площади поверхности подвергшейся действию омеднения используются оптико-электронные приборы (ОЭП) контроля внутренних поверхностей. По принципу действия ОЭП относится к классу эндоскопов [4].

В начале нарезной части ствола артиллерийского орудия сетка трещин часто приводит к выкрашиванию частиц металла, а также к местам, так называемого выкрашивания полей. Поля нарезки на рассматриваемом участке подвергаются более или менее сильному истиранию. Вследствие этого происходит их сглаживание, закругление ребер и они становятся малопригодными для ведения артиллерийского снаряда.

По направлению к дульному срезу истирание постепенно уменьшается и у дульного среза поля нарезки даже в сильно изношенных стволах достаточно хорошо сохраняются.

Состояние нарезного стволов принято характеризовать степенью удлинения зарядной каморы, появляющегося из-за износа. Это явление происходит вследствие высоких температур и больших давлений, развивающихся при стрельбе, а также из-за прорыва пороховых газов между стенками канала ствола и снарядом. Для контроля этого вредного явления ОЭП находят в последнее время самое широкое применение.

ОЭП обеспечивают наибольший уровень автоматизации, удобства и точности получения всего комплекса исходных данных. Высокий уровень автоматизации обеспечивает устройство измерения параметров и осмотра из состава КПМ 1И41 [2].

Живучесть ствола оценивается общим количеством произведенных из артиллерийского оружия выстрелов, и определяется износом поверхности канала ствола. Внешне износ поверхности канала ствола проявляется в снижении начальной скорости снаряда, увеличении рассеивания снарядов.

Изменение (увеличение) диаметра канала гладкоствольного орудия и износ канала в контрольном сечении служат исходными данными для определения категории ствола и расчета величины падения начальной скорости снаряда и расчета поправки на падение начальной скорости снаряда для использования ее при расчете установок стрельбы орудия.

В разработанном программном обеспечении реализован алгоритм разработанной математической модели определения текущих баллистических характеристик ствола на основе исходных данных учитывающих данные геометрических измерений параметров ствола, для расчета поправки на падение начальной скорости снаряда по мере износа канала ствола орудия.

Используя потенциал разработанного программного обеспечения, установленного на компьютере, реализуется автоматизированный процесс оценки полученных результатов и выдачи заключения на соответствие параметров ствола установленным нормативам, формируются рекомендации для принятия решения о дальнейшей эксплуатации или организации соответствующего вида ремонта ствола артиллерийского орудия.

Сущность предложенного способа заключается в разработке и комплексном использовании новых и существующих нормативов, регламентов, руководств, приборов, устройств и средств измерений, аппаратных средств измерений, новых алгоритмов и критериев оценки, методик измерений, реализованных в разработанном программном обеспечении:

- Разработан перечень унифицированных критериев для оценки состояния конструктивных элементов артиллерийских стволов, основанный на многолетней статистике измерений, совокупности научных исследований и опыте эксплуатации артиллерийских орудий;

- Предложены единая унифицированная технология получения исходных данных для оценки состояния ствола и определения его баллистических характеристик с помощью осмотра и геометрических измерений параметров канала ствола, а также аппаратные средства измерений;

Разработан алгоритм автоматической оценки степени износа ствола артиллерийского орудия и категорирования, реализованные в специальном программном обеспечении;

- Разработана математическая модель определения текущих баллистических характеристик ствола на основе исходных данных, учитывающих данные геометрических измерений параметров ствола, для расчета поправки на падение начальной скорости снаряда по мере износа канала ствола орудия.

Использование предлагаемого способа имеет следующие преимущества:

- Для оценки состояния и степени износа стволов артиллерийских орудий используется унифицированный набор параметров, методика их измерений и оценки соответствия установленным нормативам;

- Минимизировано участие человеческого фактора в процессе получения исходных данных по результатам проведения осмотра и измерений параметра ствола;

- Автоматизирован процесс оценки полученных результатов и выдачи заключения на соответствие параметров ствола установленным нормативам;

- Обеспечивается вычисление поправки на падение начальной скорости снаряда вызванной износом канала ствола расчетным бесстрельбовым способом для всех типов артиллерийских орудий;

- Автоматизирован процесс формирования протоколов по полученным результатам в электронном и печатном виде, их хранение в архиве;

- Обеспечена возможность экспорта протоколов и изображений;

- Универсальность способа, обеспечивает контроль и категорирование стволов всех известных и перспективных артиллерийских орудий;

- Исключение ошибок, вызванных человеческим фактором, при измерениях и оценке полученных результатов.

Краткое описание чертежей

Заявляемый способ и устройство для его реализации иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15.

На чертеже фиг. 1 представлен внешний вид ПЗК для измерения удлинения каморы.

На чертеже фиг. 2 представлена схема измерения удлинения каморы с помощью ПЗК.

На чертеже фиг. 3 представлена схема измерения диаметрального износа с помощью механических звездок различного типа.

На чертеже фиг. 4 представлена схема измерения диаметрального износа с помощью измерительных трехточечных звездок и примеры устройств, где

а - звездки с диаметром до 45 мм;

б - измерительная система;

в - звездка для контроля износа ствола крупного калибра.

На чертеже фиг. 5 изображен зонд устройства измерения параметров и осмотра канала ствола.

На чертеже фиг. 6 представлена функциональная схема устройства для оценки износа и измерения параметров канала ствола.

На чертеже фиг. 7 представлен вариант алгоритма категорирования ствола артиллерийского орудия.

На чертеже фиг. 8 представлена Форма ПО БИУС - Ввод данных по результатам осмотра канала ствола.

На чертеже фиг. 9 представлена Форма ПО БИУС - окно ПО УИПОС в режиме осмотра.

На чертеже фиг. 10 представлена Форма ПО БИУС - результаты осмотра и определения категории ствола.

На чертеже фиг. 11 представлена Форма ПО БИУС содержащая результаты измерений износа цилиндрической части канала ствола.

На чертеже фиг. 12 представлена Форма ПО БИУС - Пример результатов измерения ствола калибра 122 мм в одном сечении.

На чертеже фиг. 13 представлена Форма ПО БИУС - Протокол измерений ПО УИПОС.

На чертеже фиг. 14 представлена Форма ПО БИУС - Увеличение участка протокола измерений ПО УИПОС.

На чертеже фиг. 15 представлена Форма ПО БИУС - Измерение удлинения зарядной каморы, категорирование и расчет поправок на падение начальной скорости.

На чертежах приняты следующие обозначения:

1 - мерительное кольцо;

2 - трубка;

3 - направляющий диск;

4 - штанга с измерительным устройством;

5 - досылатель;

6 - измерительная система;

7 - соединительные штанги;

8 - центрирующее кольцо;

9 - ограничительная муфта;

10 - механическое устройство отсчета внутреннего диаметра в точке измерения;

а - структура измерительной звездки;

б - геометрия измерения;

с - измерительные звездки;

d - геометрия измерения;

е - пример устройства.

Осуществление изобретения

Для реализации предложенного способа возможно использование различных приборов, устройств, аппаратных средств измерений.

На фиг. 1 представлен внешний вид ПЗК, а на фиг. 2 схема измерения удлинения каморы с помощью прибора замера длины зарядной каморы (ПЗК). Прибор предназначен для измерения длины (контроля удлинения) зарядной каморы, в процессе эксплуатации артиллерийских орудий, с целью определения износа стволов и определения поправки на падение начальной скорости снарядов. Результаты измерений длины зарядной каморы используются при категорировании стволов.

В прибор замера длины зарядной каморы входит мерительное кольцо 1, трубка 2, направляющий диск 3 для центрирования ПЗК в каморе после снятия затвора, штанга с измерительным устройством 4 и досылатель 5 для продвижения мерительного кольца 1 на трубке 2. Мерительное кольцо 1 и направляющий диск 3 сменные, для каждого калибра и системы орудия.

Измерение длины зарядной каморы проводится путем измерения расстояния по измерительной шкале на штанге с измерительным устройством 4 от плоскости казенного среза ствола до плоскости калиброванного мерительного кольца 1, устанавливаемого до упора в заходный конус каморы.

Длину зарядной каморы ствола орудия измеряют при горизонтальном положении ствола. Результаты измерений длины зарядной каморы используются при категорировании стволов.

На чертеже фиг. 3 представлена схема измерения диаметрального износа с использованием измерительного двухточечного нутромера-звездка в составе: соединительные штанги 7, центрирующего кольца 8, ограничительной муфты 9, механического устройства отсчета внутреннего диаметра в точке измерения 10.

Измерение диаметрального износа осуществляется с помощью прибора контроля износа (ПКИ), представляющим собой, по сути, вариант нутромера или механических звездок определяющих величину диаметра по схеме двух или трех точек (рисунок фиг. 4), оснащенных длинными соединительными штангами, с измерительной системой, имеющей два или три колка развернутых в поперечной плоскости ствола под углом 90° или 120° относительно друг друга. На чертеже фиг. 4 приведены примеры звездок - с, схема измерения - d и пример измерительного устройства - е.

Для выравнивания положения колков измерительной системы имеется центрирующая система. Измерение диаметра проводится с помощью разведения колков измерительной системы до упора в поверхность канала ствола с помощью проворота внутренней трубы штанги ПКИ, на концах которой с одной стороны имеется кулачок, а с другой механическое устройство отсчета со шкалой.

Одним из средств контроля износа стволов являются измерительные электромеханические звездки (см. рисунок с на чертеже фиг. 4), в которых ранее известный принцип действия нутромера соединяется с современными средствами автоматического центрирования прибора, съема информации, и ее отображения. Измерительные звездки представляют собой вид нутромеров, контроль внутреннего диаметра в которых осуществляется выдвижной измеренной системой, основанной на двух-, трех- и четырех точной измерительной базе. Как правило, это линейка, равносторонний треугольник и квадрат. На рисунке (фиг. 4) представлена геометрия измерения d звездки, измерительная система которой основана на принципе линейки (расстояние между точками А и В и С).

На чертеже фиг. 5 представлен измерительный зонд устройства для оценки износа и измерения параметров и осмотра канала ствола. Зонд устройства осмотра канала ствола и измерения параметров (далее - устройство измерения) состоит из: корпуса измерительного зонда, с блоком видеоконтроля и системой подсветки в передней торцевой части, вращающегося лазерного сканера на боковой поверхности корпуса, лазерного дальномера в задней торцевой части корпуса, двух лазерных датчиков на боковой части корпуса, для измерения диаметра и профиля канала ствола, защитных накладок, сменных и подпружиненных опор, с разъемом для кабеля связи.

Вращающийся лазерный сканер с электроприводом вращения и два лазерных датчика предназначены для измерения диаметра и профиля канала ствола, каждый из которых откалиброван на свой диапазон измерений.

В системе видеоконтроля применена видеокамера высокого разрешения с расширенным динамическим диапазоном и специальным объективом для получения панорамного изображения.

На чертеже фиг. 6 приведена функциональная схема устройства оценки износа и измерения параметров и осмотра канала ствола с измерительным зондом. Измерительный зонд с помощью измерительных кабелей подключается к блоку контроля, выполненного в виде переносного промышленного компьютера с защитой от воды и пыли по стандартам IP65 - 67. К блоку контроля может подключаться внешний компьютер с печатающим устройством для вывода на печать протоколов операций и измерений. Блок контроля подключается электрическими проводами к блоку питания (БП), который подключается к щитку 24 В. Блок питания (БП) позволяет преобразовывать переменное напряжение 220 В в стабилизированное напряжение 27 В и предназначен для подключения УИПОС к сети ~220 В 50 Гц при работе в заводских или лабораторных условиях.

Алгоритм способа оценки износа и категорирования стволов артиллерийских орудий практически оформлен в виде отдельного блока программного обеспечения, устанавливаемого на персональный компьютер и реализуется с помощью последовательного выполнения следующих обязательных операций унифицированной методики проведения измерений и оценки.

На чертеже фиг. 7 приведен вариант алгоритма категорирования стволов артиллерийских орудий.

Унифицированная методика проведения измерений и оценки включает несколько этапов.

Этап 1. Определение типа артиллерийского орудия, и регистрация идентификационных данных.

При выборе оператором из предлагаемого списка типа артиллерийского орудия, и регистрации идентификационных данных в установленном программном обеспечении (ПО) производится автоматическая выборка необходимых конструктивных характеристик (калибр орудия, тип ствола, длина каморы и нарезной части, количество и ширина нарезов и т.д.), координат сечений, в которых необходимо проводить измерения и оценку результатов, и других данных используемых алгоритмом предлагаемого способа.

Этап 2. Чистка канала ствола с использованием специального чистящего оборудования и чистящих растворов.

Операция чистки канала ствола с помощью механизированного устройства чистки канала ствола. Учитывая требуемую точность измерений диаметра ствола по полям и нарезам - не более 0,2 мм, а также необходимостью визуального обнаружения трещин п других повреждений поверхности канала ствола операция механизированной чистки и протирки насухо канала ствола орудия является обязательным неотъемлемым пунктом способа.

Этап 3. Осмотр наружной и внутренней поверхностей ствола.

Осмотр наружной поверхности ствола выполняется визуально. Измерения размеров повреждений производится с помощью линейки или штангенциркуля. Осмотр внутренней поверхности канала ствола проводится с помощью видеокамеры высокого разрешения устройства оценки износа и измерения параметров и осмотра канала ствола (УИПОС) или промышленного эндоскопа. Осмотр проводится по всей длине, с целью поиска трещин, раздутий и повреждений поверхности канала ствола. При этом ПО требует от оператора обязательного осмотра канала ствола в интервале координат сечений, отсчитываемых от дульного среза, в которых предписывается обязательный поиск повреждений полей нарезов.

В случае использования устройства УИПОС оператор может измерить ширину и глубину обнаруженных дефектов полей или нарезов, размер трещин и выпучин с помощью лазерного сканера УИПОС.

Этап 4. Измерение износа цилиндрической части канала ствола.

Измерение износа (увеличение диаметра и изменения конструктивных элементов канала ствола по сравнению с новым орудием) предпочтительно проводится с использованием лазерного сканера устройства УИПОС в автоматическом режиме. Но возможно использование различных механических звездок или нутромеров для получения требуемых исходных данных вручную. Однако в этом случае невозможно определение изменений ширины полей и нарезов и их формы, что приведет к падению точности определения расчета изменения начальной скорости снаряда.

При этом ПО, автоматически выдает оператору список координат сечений по длине канала ствола, в которых должны быть проведены измерения диаметра индивидуальный для каждого типа ствола.

Этап 5. Измерение удлинения зарядной каморы для нарезных стволов или износа канала ствола в контрольном сечении для гладких стволов.

В артиллерии в качестве критериев, характеризующих степень износа канала ствола, принято считать удлинение зарядной каморы - для нарезных стволов и диаметральный износ канала ствола в определенных сечениях - для гладкостенных стволов.

По измеренным значениям критериев определяют падение начальной скорости снаряда, пользуясь заранее установленной зависимостью, которая для каждого артиллерийского орудия приведена в таблицах стрельбы.

При диагностировании стволов артиллерийских орудий применяются следующие основные приборы и приспособления: прибор для измерения длины зарядной каморы (прибор ПЗК), ручная механическая звездка, прибор для обмера гладких труб (прибор ПГО), прибор контроля износа (прибор ПКИ), оптическая труба РВП-456, калибр для проверки изгиба канала ствола, калибр-линеал.

Проведение измерений с большинством перечисленных приборов производится вручную и используется в цеховых условиях отдела ремонта арсенала ракетного и артиллерийского вооружения либо на предприятиях промышленности (ремонтных предприятиях). В войсках используются приборы ПЗК и ПКИ.

Для автоматизации процесса измерения удлинения зарядной каморы (по сравнению с новым стволом) производится автоматически с помощью устройства УИПОС, одновременно с измерением диаметра цилиндрической части канала ствола.

Износ канала в контрольном сечении гладкоствольных орудий производится автоматически с помощью устройства УИПОС, одновременно с измерением диаметра цилиндрической части канала ствола или вручную Прибором измерения износа в контрольном сечении (ПКИ).

Этап 6. Расчет величины начальной скорости снаряда вызванной износом канала ствола расчетным бесстрельбовым способом и поправки на падение начальной скорости на основе осмотра и измерений.

Для расчета изменения (падения) величины начальной скорости снаряда в результате износа канала ствола используется математическая модель решения задачи внутренней баллистики использующая в качестве исходных данных множество параметров, в том числе данные измерений, полученных на 4 и 5 этапах. Одновременно в расчетном ПО рассчитывается поправка для учета падения начальной скорости снаряда необходимая для учета при подготовке расчетом установок для стрельбы при дальнейшей эксплуатации орудия.

Этап 7. Оценка соответствия установленным нормативам и проведение категорирования на основе унифицированных критериев, Установление технического состояния артиллерийского орудия, принятие решения о его дальнейшей эксплуатации или организации соответствующего вида ремонта;

На основании сравнения данных полученных на этапах 3-6, выполненного ПО, в автоматическом режиме проводит анализ соответствия результатов осмотра, измерений и расчетов нормативам, установленным руководящими документами для конкретного ствола. В результате сравнения, по определенному алгоритму определяется пригодность ствола к дальнейшей эксплуатации и отнесении его к определенной категории.

Этап 8. Формирование протокола.

На этом этапе ПО, автоматически формирует протокол содержащий все измеренные параметры и определенные величины, а также определенную по результатам работы категорию ствола и рекомендации о возможности его дальнейшей эксплуатации.

Промышленная применимость

Приведем примеры использования предлагаемого изобретения.

Этот блок ПО БИУС содержит базу необходимых конструктивных и справочных данных, обеспечивает регламентирование действий персонала, проводящего измерения, автоматизацию проведения измерений, ввод или получение результатов, расчет необходимых величин и параметров. В процессе выполнения выше перечисленных операций выбор конструктивных данных орудия, критериев оценки износа, требуемые диапазоны измерений, координаты сечений и т.д. проводится ПО БИУС самостоятельно, без участия оператора, на основе типа диагностируемой артиллерийской системы, указанной оператором при регистрации. Кроме того, ПО БИУС обеспечивает пользователя всей необходимой справочной и методической информацией.

Оценка состояния ствола по результатам осмотра и отнесение его к соответствующей категории производится по унифицированному для всех орудий следующему набору критериев:

- Наличие повреждений внешней поверхности ствола, Есть / Нет с учетом допускаемых размеров;

- Наличие трещин: Есть / Нет;

- Наличие раздутий: Есть / Нет;

- Наличие повреждений / сколов полей нарезов: Есть / Нет;

- Количество поврежденных нарезов: XX, шт.;

- Средний размер повреждений нарезов по длине: XXX, мм;

- Координаты сечений с поврежденными нарезами: от ХХХХ до ХХХХ, мм от казенного среза.

Координаты зоны контрольных сечений для поиска повреждений, нормативы количества повреждений и их размера (XXn, YYn и ZZn) индивидуальны для каждого типа ствола и содержатся в базе данных ПО БИУС. Их выбор производится автоматически на основании регистрационных данных контролируемого изделия.

Категория определяется путем сравнения данных полученных при осмотре ствола с требованиями критериев приведенных в таблице 1.

Результаты осмотра оператор вводит вручную в следующие поля формы:

- Наличие и размер повреждений внешней поверхности ствола;

- Наличие трещин: Есть / Нет;

- Наличие раздутий: Есть / Нет;

- Наличие повреждений / сколов полей нарезов: Есть / Нет. При наличии повреждений нарезов оператор вводит данные о них вручную в следующие поля:

- Количество поврежденных нарезов: XX, шт. (здесь и далее символом X обозначается количество знаков в параметре до и после запятой).

- Координаты сечений с поврежденными нарезами: от ХХХХ до ХХХХ, мм от дульного среза;

- Средний размер повреждений нарезов по длине: XXX, мм.

При наличии повреждений оператор имеет возможность сохранить фото или видео изображение любого участка канала ствола в базе данных ПО БИУС. Имена файлов изображений содержат идентификационные данные, включающие дату проведения осмотра, номер контролируемого изделия и координату сечения по длине нарезной части, в котором было снято изображение.

После завершения осмотра оператор закрывает окно ПО УИПОС и отвечает на вопросы в ранее открытой форме «Осмотр канала ствола, и обработка результатов». После заполнения всех полей формы ПО БИУС автоматически определит категорию ствола по критериям связанным с осмотром. Пример алгоритма категорирования определенного орудия приведен на рисунке Фиг. 10. В приведенном примере не обнаружено внешних повреждений, трещин и раздутий канала ствола, но имеется 12 мелких повреждений полей нарезов вблизи каморной части ствола со средним размером около 20 мм. На основании этих данных стволу присвоена промежуточная 3 категория в соответствии с требованиями руководства по категорированию по результатам осмотра.

1. После окончания обработки измерений и нажатия кнопки «Выход» оператор возвращается к списку операций и выбирает 4 пункт «Измерение износа цилиндрической части канала ствола» (Фиг. 11). В открывшейся форме ПО БИУС оператор нажимает кнопку «Измерение».

Открывается главное окно УИПОС (Фиг. 9). В этой операции используется не камера, а вращающийся лазерный сканер устройства. При открытии формы автоматически загружаются координаты сечений, в которых оператор должен измерить диаметр канала ствола. Шаг сечений переменный - в дульной части ствола 100 мм, в средней от 150 до 250 мм и ближе к казенной части 100, 50 и 30 мм. Это связано с неравномерностью износа канала ствола в различных зонах. Для сокращения времени измерений, при сохранении достаточной достоверности результатов характера изменения диаметра канала ствола используется переменный шаг, рассчитанный по определенным зависимостям. Оператор не может изменить координаты сечений и руководствуется автоматически рассчитанными ПО БИУС параметрами для каждой конкретной системы. Продвижение и позиционирование зонда УИПОС производится оператором вручную, с помощью сборной штанги. Положение зонда относительно заданной координаты сечения контролируется с помощью данных поступающий в ПО УИПОС от лазерного дальномера зонда с точностью ±2 мм. После установки зонда в начальное положение на дульном срезе (для всех типов стволов 100 мм) оператор кнопкой «Запуск измерений» производит измерение диаметра по полям и нарезам, а также ширины полей и нарезовв сечении 100 мм. По окончании измерений ПО УИПОС выведет на экран предварительные результаты в цифровой и графической форме (Фиг. 12).

Если оператор не замечает каких-то дефектов на графике, он нажимает кнопку сохранить и выйти и переходит к измерению диаметра в следующем сечении. Нажимает кнопку следующее сечение (треугольник вверх внизу справа, Фиг. 9), продвигает зонд в направлении, показанном стрелкой до момента, когда показания дальномера будут около 0±2 мм. И повторяет измерение диаметра. Измерения проводятся до достижения последнего, предписанного ПО БИУС сечения (конец нарезной части ствола).

После окончания измерений оператор может просмотреть подробные результаты в цифровой и графической форме нажав кнопку «Протокол измерения» (Фиг. 13). На желтом графике показаны поперечные сечения канала ствола в каждом из измеренных сечениях, расположенных по длине канала ствола развернутые в линию (эпюру). Можно оценить состояние нарезов, определить ширину полей и нарезов, диаметры канала ствола по полям и нарезам.

В верхней правой части формы, на «Графике измеренных величин» по умолчанию строится график изменения диаметра канала ствола по полям. В приведенном на Фиг. 13 примере хорошо видно увеличение диаметра (рост износа) по мере приближения от дульного к казенному срезу (слева-направо).

ПО УИПОС обеспечивает более детальное рассмотрение дефектов и формы полей нарезов с помощью увеличения участка сечения (Фиг. 14). Кроме того, изменение измеренной величины ширины нарезов по мере износа граней полей служит дополнительным фактором для анализа степени износа канала ствола.

После окончания измерений диаметра оператор закрывает форму ПО УИПОС и возвращается в окно ПО БИУС показанное на рисунке Фиг. 11. Но теперь здесь будет показана величина максимального измеренного диаметра и координата сечения, в котором он находится по длине канала ствола, а также результаты измерений диаметров по полям и нарезам и шириной нарезов в виде таблицы по всем измеренным сечениям (на рисунке не показаны). Эти результаты сохраняются в базе данных ПО БИУС и в последующем используются в качестве исходных данных для расчета задачи внутренней баллистики ствола с целью получения текущей поправки на падение начальной скорости снаряда. После нажатия кнопки «Выход», оператор возвращается к списку операций.

5. После открытия пункта 5 перечня операций оператору предлагается выполнить измерение удлинения зарядной каморы с помощью прибора измерения длины зарядной каморы (ПЗК) используя при подготовке его к работе данные по диаметрам мерительного и направляющего дисков и конструктивной длины зарядной каморы, которые выбираются из базы данных ПО БИУС автоматически (Фиг. 15).

Если доступен формуляр орудия, оператор вручную вводит с клавиатуры длину зарядной каморы, указанную в формуляре. Если формулярные данные отсутствуют используется чертежная длина, выбранная ПО БИУС автоматически из базы данных в соответствии с зарегистрированной системой (на показанном примере 1016,2 мм).

Длина зарядной каморы считывается со шкалы штанги ПЗК оператором и вводится в соответствующее поле формы. Измерение проводится три раза. ПО БИУС автоматически рассчитает среднее значение и, в дальнейшем, использует среднее значение при расчете удлинения зарядной каморы.

где, - измеренная длинна зарядной каморы, мм;

- табличная длинна каморы, мм.

при этом:

ПО БИУС автоматически рассчитает среднюю величину удлинения зарядной каморы, сравнит ее с нормативами, заданными Руководством по категорированию, определит категорию ствола и рассчитает поправку на падение начальной скорости для использования ее расчетом орудия при подготовке данных стрельбы.

Расчет поправки на падение начальной скорости снаряда проводится по специальной математической модели с использованием данных измерений параметров цилиндрической части ствола, удлинения зарядной каморы, конструктивных характеристик ствола, снарядов, зарядов и других данных, выбираемых ПО БИУС автоматически из базы данных в соответствии с зарегистрированной системой.

В приведенном примере (Фиг. 15) величина удлинения зарядной каморы 36 мм, что соответствует 2 категории (для зарегистрированной системы) и поправка на падение начальной скорости -3,5%.

6. После завершения измерений и расчетов ПО БИУС формирует итоговый протокол, содержащий весь комплекс измеренных величин и заключение о их соответствии всем заданным критериям оценки износа, категорирования орудия и рассчитанную поправку на падение начальной скорости снаряда. Протокол, и сохраненные изображения, можно получить в печатной форме или экспортировать на внешние электронные носители. Архив протоколов и изображения сохраняются в базе данных ПО БИУС КПМ 1И41.

Таким образом, заявляемый способ полностью решает поставленную задачу автоматизированной оценки состояния ствола по результатам осмотра и измерений параметров канала ствола, отнесение его к соответствующей категории и расчета поправки на падение начальной скорости (связанной с износом канала ствола) с использованием существующих аппаратных и программных средств, входящих в состав КПМ 1И41.

Заявляемый способ находится на этапе внедрения в состав бортового программного обеспечении, контрольно-проверочных машин 1И41М, 2В119, 2У671 и 2У668, стоящих на вооружении и серийно поставляемых в Вооруженные Силы России Акционерным обществом «ЦНИИ «Буревестник».

Источники информации

1. В.Е. Слуцкий, А.А. Зайцев, «О методике проведения баллистической подготовки артиллерийских комплексов с использованием оборудования котрольно-проверочной машины», Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева, Нижний Новгород, 2014. - №5 (107), специальный выпуск. - С.160-165.

2. А.А Зайцев, А.А. Новиков, С.А. Мешков. Аппаратные средства для обслуживания артиллерийского вооружения: [учебное пособие] / Санкт-Петербург, Издательство БГТУ «Вонмех» им. Д.Ф. Устинова, 2022 г., 91 с.

3. УДК 623.451.4, П.Д. Гончаренко, к.т.н., В.Л. Хайков, Современные средства контроля износа канала орудийного ствола, Академия военно-морских сил имени П.С. Нахимова, г. Севастополь.

4. Измерительное устройство В285 LBG Laser Barrel Gage, http://www.hpi-gmbh.com

Изобретение относится к области обеспечения боевой подготовки артиллерийского вооружения. Оценку категорирования стволов артиллерийских орудий осуществляют поэтапно, причем на 1 этапе проводится определение типа артиллерийского орудия, на 2 этапе осуществляется чистка канала ствола, на 3 этапе производится осмотр наружной и внутренней поверхностей ствола, причем осмотр наружной поверхности ствола выполняется визуально, а измерение размеров повреждений производится с помощью линейки или штангенциркуля, при этом осмотр внутренней поверхности канала ствола проводится с помощью видеокамеры высокого разрешения с расширенным динамическим диапазоном и объективом для получения панорамного изображения устройства оценки износа и измерения параметров и осмотра канала ствола (УИПОС), на 4 этапе проводится измерение износа цилиндрической части канала ствола с использованием вращающегося лазерного сканера устройства УИПОС в автоматическом режиме, на 5 этапе производится измерение удлинения зарядной каморы для нарезных стволов или измерение износа канала ствола в контрольном сечении для гладких стволов, на 6 этапе производится расчет величины начальной скорости снаряда, вызванной износом канала ствола, на 7 этапе производятся оценка соответствия установленным нормативам и проведение категорирования на основании сравнения данных, полученных на этапах 3-6, установление технического состояния артиллерийского орудия, принятие решения о его дальнейшей эксплуатации или организации соответствующего вида ремонта, на 8 этапе формируется протокол, содержащий все измеренные параметры и определенные величины, а также определенную по результатам работы категорию ствола и рекомендации о возможности его дальнейшей эксплуатации. УИПОС состоит из: корпуса измерительного зонда с блоком видеоконтроля, включающим видеокамеру высокого разрешения с расширенным динамическим диапазоном и объективом для получения панорамного изображения, и системы подсветки в передней торцевой части, вращающегося лазерного сканера на боковой поверхности корпуса, лазерного дальномера в задней торцевой части корпуса, двух лазерных датчиков на боковой части корпуса для измерения диаметра и профиля канала ствола, защитных накладок, сменных и подпружиненных опор, с разъемом для кабеля связи. Технический результат: автоматизация оценки текущих баллистических характеристик и определения категории ствола артиллерийского орудия, возможность принятия объективного решения о проведении его дальнейшей эксплуатации или ремонта. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 15 ил., 1 табл.

1. Способ оценки категорирования стволов артиллерийских орудий на основании их износа, заключающийся в осуществлении следующего порядка этапов:

- на первом этапе проводится определение типа артиллерийского орудия и регистрация идентификационных данных;

- на втором этапе осуществляется чистка канала ствола с использованием чистящего оборудования и чистящих растворов, включающая протирку насухо канала ствола орудия;

- на третьем этапе производится осмотр наружной и внутренней поверхностей ствола, причем осмотр наружной поверхности ствола выполняется визуально, а измерение размеров повреждений производится с помощью линейки или штангенциркуля, при этом осмотр внутренней поверхности канала ствола проводится с помощью видеокамеры высокого разрешения с расширенным динамическим диапазоном и объективом для получения панорамного изображения устройства оценки износа и измерения параметров и осмотра канала ствола (УИПОС), состоящего из корпуса измерительного зонда с блоком видеоконтроля, включающим вышеуказанную видеокамеру высокого разрешения с расширенным динамическим диапазоном и объективом для получения панорамного изображения, и системой подсветки в передней торцевой части корпуса, вращающегося лазерного сканера на боковой поверхности корпуса, лазерного дальномера в задней торцевой части корпуса, двух лазерных датчиков на боковой части корпуса, предназначенных для измерения диаметра и профиля канала ствола, защитных накладок, сменных и подпружиненных опор, с разъемом для кабеля связи, причем вращающийся лазерный сканер с электроприводом вращения и два лазерных датчика предназначены для измерения диаметра и профиля канала ствола, каждый из которых откалиброван на свой диапазон измерений, причем УИПОС подключен с помощью кабеля к блоку контроля и к внешнему компьютеру, на котором установлено программное обеспечение с алгоритмами оценок износа, определения соответствия требованиям набора критериев и категорирования стволов артиллерийских орудий, с программным обеспечением для хранения полученных исходных данных, их сравнения с нормативами, проведения необходимых вычислений с выдачей оценок и заключений, причем осмотр внутренней поверхности канала ствола проводится по всей длине, с целью поиска трещин, раздутий и повреждений поверхности канала ствола, в интервале координат сечений, отсчитываемых от дульного среза, в которых предписывается обязательный поиск повреждений полей или нарезов, а измерение ширины и глубины обнаруженных дефектов полей или нарезов, размера трещин и выпучин производится с помощью вращающегося лазерного сканера УИПОС;

- на четвертом этапе проводится измерение износа цилиндрической части канала ствола с использованием вращающегося лазерного сканера устройства УИПОС в автоматическом режиме;

- на пятом этапе производится измерение удлинения зарядной каморы для нарезных стволов или измерение износа канала ствола в контрольном сечении для гладких стволов, которые производятся автоматически с помощью устройства УИПОС, одновременно с измерением диаметра цилиндрической части канала ствола;

- на шестом этапе производится расчет величины начальной скорости снаряда, вызванной износом канала ствола, расчетным бесстрельбовым способом и поправки на падение начальной скорости на основе использования данных, полученных в результате осмотра и измерений, проведенных на предыдущих этапах;

- на седьмом этапе производятся оценка соответствия установленным нормативам и проведение категорирования на основании сравнения данных, полученных на этапах 3-6, установление технического состояния артиллерийского орудия, принятие решения о его дальнейшей эксплуатации или организации соответствующего вида ремонта;

- на восьмом заключительном этапе формируется протокол, причем на этом этапе программное обеспечение автоматически формирует протокол, содержащий все измеренные параметры и определенные величины, а также определенную по результатам работы категорию ствола и рекомендации о возможности его дальнейшей эксплуатации.

2. Способ оценки износа и категорирования стволов артиллерийских орудий по п. 1, отличающийся тем, что алгоритмы проведения измерений и оценок износа, определения соответствия требованиям набора критериев и категорирования стволов артиллерийских орудий на основании совокупности исходных данных, полученных с использованием автоматизированного УИПОС, с возможностью введения данных в базу данных программных и аппаратных средств, реализованы с помощью программного обеспечения, устанавливаемого на компьютере с возможностью подключения к внешней компьютерной сети и сети интернет, к устройствам вывода на печать.

3. Способ оценки износа и категорирования стволов артиллерийских орудий по п. 2, отличающийся тем, что в нем полностью автоматизирован процесс расчета поправок на падение начальной скорости, вызванной износом канала ствола, расчетным бесстрельбовым способом на основе осмотра и измерений, установления технического состояния артиллерийского орудия, принятия решения о его дальнейшей эксплуатации или организации соответствующего вида ремонта, формирования протоколов по полученным результатам в электронном и печатном виде, их хранения в архиве на компьютере, передачи данных по локальной сети, а также обеспечена возможность экспорта протоколов с результатами оценки износа и прилагаемых изображений.

4. Устройство для осмотра канала ствола и измерения его конструктивных элементов при реализации способа оценки износа и категорирования стволов артиллерийских орудий по п. 1, представляющее собой устройство оценки износа и измерения параметров и осмотра канала ствола УИПОС с реализацией функций видеофиксации и геометрических измерений параметров канала ствола, состоящее из: корпуса измерительного зонда с блоком видеоконтроля, включающим видеокамеру высокого разрешения с расширенным динамическим диапазоном и объективом для получения панорамного изображения, и системы подсветки в передней торцевой части, вращающегося лазерного сканера на боковой поверхности корпуса, лазерного дальномера в задней торцевой части корпуса, двух лазерных датчиков на боковой части корпуса для измерения диаметра и профиля канала ствола, защитных накладок, сменных и подпружиненных опор, с разъемом для кабеля связи, причем вращающийся лазерный сканер с электроприводом вращения и два лазерных датчика предназначены для измерения диаметра и профиля канала ствола, каждый из которых откалиброван на свой диапазон измерений, причем УИПОС подключен с помощью кабеля к блоку контроля и к внешнему компьютеру, на котором установлено программное обеспечение с алгоритмами оценок износа, определения соответствия требованиям набора унифицированных критериев и категорирования стволов артиллерийских орудий, с программным обеспечением для хранения полученных исходных данных, их сравнения с нормативами, проведения необходимых вычислений с выдачей оценок и заключений.