Блок управления управляемого вращающегося снаряда

Изобретение относится к области вооружения. Блок управления управляемого вращающегося снаряда содержит гироскоп с бесконтактным датчиком в виде оптронной части с закрепленными в ней попарно излучателями и фотодиодами и установленного в пазу между ними растра с прозрачным и непрозрачным секторами, закрепленного на оси наружной рамки гироскопа, и электронную аппаратуру с приемником сигналов управления. Растр закреплен с обеспечением возможности его свободного вращения и постоянного смещения плоскости его симметрии, проходящей через середины прозрачного и непрозрачного секторов, относительно вертикали в сторону, противоположную направлению вращения снаряда на угол α, равный углу поворота снаряда в полете за время запаздывания исполнения команд управления рулевым приводом, за счет снабжения его средством дисбаланса. При использовании изобретения повышается точность попадания управляемого снаряда в цель. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к оборонной технике, а более конкретно к управляемым снарядам и ракетам, вращающимся в полете.

Известно, что живучесть подвижных боевых объектов (танков, БМП, вертолетов и т.п.) в условиях современного боя во многом зависит от их маневренности и скорости передвижения, при этом любая остановка объекта может стать причиной его уничтожения огнем противника. В то же время боевой объект должен иметь возможность вести эффективную стрельбу по объектам противника, причем передвижение самого объекта не должно влиять на точность стрельбы.

Известно также, что для обеспечения высокоточной стрельбы управляемыми снарядами и ракетами необходимо, чтобы исполнения команд управления рулевым приводом снаряда было бы максимально синхронизировано с поступлением управляющих сигналов от системы наземного управления, находящейся на подвижном объекте, в противном случае всякое рассогласование в прохождении команд управления приводит к колебаниям снаряда в полете относительно линии прицеливания, что в конечном итоге снижает вероятность попадания снаряда в цель.

Известен блок управления, используемый в конструкции управляемого вращающегося снаряда по патенту RU 2231745 C2, 09.09.2002, F 42 B 15/00 [1], выбранный в качестве прототипа. Он содержит гироскоп с бесконтактным датчиком в виде оптронной части с закрепленными в ней попарно излучателями и фотодиодами и установленного в пазу между ними растра, закрепленного на оси наружной рамки гироскопа, и электронную аппаратуру с приемником сигналов управления, при этом предстартовое угловое положение оптронной части датчика смещено относительно плоскости, проходящей через ось рулей рулевого привода и продольную ось снаряда, в сторону вращения снаряда на угол, равный углу его поворота в полете за время запаздывания исполнения команд управления рулевым приводом.

Такое техническое исполнение блока управления управляемого вращающегося снаряда позволяет значительно уменьшить его колебания в полете относительно линии прицеливания и обеспечить очень высокую точность попадания снаряда в цель. Однако такая конструкция эффективна только при использовании в установках, неподвижных во время стрельбы и смонтированных воедино с прицельным устройством, предусматривающим предстартовую ориентацию установки с прицелом относительно вертикали места стрельбы.

Использование конструкции блока управления снаряда по патенту RU 2231745 применительно к подвижным объектам не позволяет решить задачу обеспечения высокой точности ориентации системы координат снаряда перед выстрелом относительно вертикали места стрельбы по следующим причинам:

1. При досылании управляемого снаряда в ствол пушки подвижного боевого объекта необходимо обеспечить точную ориентацию датчика гироскопа снаряда относительно самого объекта. Практически угловая погрешность этой ориентации с учетом всех допусков размерных цепей, относящихся к снаряду, и неточности установки самого снаряда (в гильзе) относительно казенника пушки составляет не менее ±20°.

2. В реальных условиях боя подвижный боевой объект может перемещаться по сильно пересеченной и гористой местности с боковым креном относительно вертикали места до 40°. Гиростабилизатор прицельного устройства, которым оснащены все современные подвижные боевые объекты, способен компенсировать такой крен, сохраняя заданную ориентацию прицела относительно вертикали места стрельбы, в то же время пушка объекта, лишенная такой возможности, наклоняется вместе с объектом в сторону крена - это приводит к соответствующему угловому смещению датчика гироскопа снаряда, находящегося в стволе пушки, относительно вертикали места стрельбы (и прицела), в результате суммарное угловое смещение датчика гироскопа с учетом погрешности досылания снаряда в ствол может достичь 60°, при такой ошибке предстартовой ориентации снаряд при полете по траектории становится практически неуправляемый.

Задачей предлагаемого технического решения является устранение указанных выше недостатков управляемого вращающегося снаряда [1], а именно обеспечение высокой точности попадания управляемого снаряда в цель при стрельбе с хода из пушки подвижного боевого объекта, перемещающегося по сильно пересеченной и гористой местности.

Для решения этой задачи в блоке управления управляемого вращающегося снаряда, содержащем гироскоп с бесконтактным датчиком в виде оптронной части с закрепленными в ней попарно излучателями и фотодиодами и установленного в пазу между ними растра с прозрачным и непрозрачным секторами, закрепленного на оси наружной рамки гироскопа, и электронную аппаратуру с приемником сигналов управления, растр выполнен со свободой вращения вокруг оси наружной рамки, сбалансирован относительно своей оси вращения и снабжен дисбалансом, ориентирующим его по линии отвеса, проходящей через ось вращения растра и совпадающей с направлением вектора ускорения силы тяжести, при этом растр своей плоскостью симметрии, проходящей через середины прозрачного и непрозрачного секторов, повернут вокруг своей оси вращения относительно плоскости, проходящей через продольную ось снаряда и вектор ускорения силы тяжести в сторону, противоположную направлению вращения снаряда на угол α, равный углу поворота снаряда в полете за время запаздывания исполнения команд управления рулевым приводом.

На торце растра расположен юстировочный указатель, смещенный от плоскости симметрии растра в сторону вращения снаряда в полете на угол, равный углу α, при этом дисбаланс закреплен на растре диаметрально противоположно указателю в пазу, выполненном на растре концентрично его оси вращения, а указатель совмещен с линией отвеса.

Гироскоп снабжен инерционным механизмом фиксации растра на оси наружной рамки, состоящим из пружины, шлицевой втулки, срезного штифта, крепящего ее на оси наружной рамки, и элементов фиксации, размещенных на втулке, и кольца, закрепленного на торце растра. Предлагаемая модернизация блока управления управляемого вращающегося снаряда [1] позволяет решить следующие задачи, возникающие при стрельбе из подвижного боевого объекта:

1. За счет незначительного усложнения гироскопа блока управления снаряда, связанного с обеспечением возможности предстартовой самоориентации растра гироскопа относительно вертикали места стрельбы, достигается высокая точность углового совмещения системы координат снаряда с системой координат прицельного устройства боевого объекта при их ориентации относительно вертикали места стрельбы, независимо от бокового крена объекта и углового расположения снаряда в пушке, что позволяет вести высокоточную стрельбу с хода при перемещении объекта по сильно пересеченной и гористой местности.

2. Отпадает необходимость точной ориентации снаряда относительно ствола пушки при досылании и связанного с этим применения в конструкции боевого объекта сложного заряжающего устройства, обеспечивающего точную ориентированную укладку снарядов в его магазине, что позволяет увеличить полезный объем боевого объекта для размещения в нем, к примеру, дополнительного боекомплекта.

На фиг.1 изображен общий вид блока управления управляемого вращающегося снаряда.

На фиг.2, 3, 4 представлены элементы блока управления в увеличенном виде.

Блок управления управляемого вращающегося снаряда состоит из корпуса 1, основания 2 и размещенного на нем гироскопа 3 с бесконтактным датчиком в виде оптронной части 4 и закрепленных в ней оптронных пар, состоящих из светодиодов 5 и фотодиодов 6, установленных соосно и обращенных друг к другу своими оптическими частями, и растра 7, закрепленного на наружной рамке 8 гироскопа. Оптронные пары установлены в оптронной части под углом 90° друг к другу и радиально к оси 9 наружной рамки гироскопа, растр представляет собой колпачок, свободно вращающийся вокруг оси наружной рамки под действием дисбаланса 10, закрепленного в пазу 11, выполненном в растре концентрично его оси вращения. Под действием дисбаланса растр ориентируется относительно линии отвеса 12, проходящей через ось вращения растра и совпадающей с направлением вектора 13 ускорения силы тяжести. Рабочая часть растра занимает его периферию и разделена на четыре сектора: прозрачный 14 и диаметрально противоположный ему непрозрачный сектор 15, между ними размещены промежуточные секторы, состоящие из чередующихся прозрачных и непрозрачных участков 16 и 17, при этом рабочая часть растра при его вращении вокруг своей оси всегда располагается в зазоре между элементами оптронных пар, не касаясь их и корпуса оптронной части. Растр без дисбаланса статически отбалансирован относительно своей оси вращения. Место закрепления дисбаланса на растре выбрано так, чтобы под его воздействием растр своей плоскостью 18 симметрии, проходящей через середины прозрачного и непрозрачного секторов, был всегда повернут вокруг своей оси относительно плоскости 19, проходящей через продольную ось 20 снаряда и направление вектора ускорения силы тяжести в сторону, противоположную направлению вращения снаряда на угол α, равный углу поворота снаряда в полете за время запаздывания исполнения команд управления рулевым приводом снаряда.

Ориентация растра с дисбалансом относительно вертикали (линии отвеса) осуществляется путем визуального совмещения юстировочного указателя 21, расположенного на торце 22 растра с вертикалью специального оптического приспособления, установленного с высокой степенью точности относительно линии отвеса. Угловое смещение указателя (риски) относительно плоскости симметрии растра на угол α в сторону вращения снаряда в полете выполняется при изготовлении растра. Для удобства юстировки указатель и дисбаланс разнесены диаметрально противоположно друг другу, при этом операция юстировки производится путем смещения дисбаланса вдоль паза 11 с последующим закреплением его на растре винтом 23.

Фиксация растра от проворота на оси наружной рамки гироскопа при старте снаряда производится с помощью инерционного механизма, состоящего из шлицевой втулки 24, пружины 25 и срезного штифта 26, а также элементов 27 фиксации, установленных на втулке, и кольца 28, закрепленного в пазу на торце 22 растра.

Вокруг гироскопа с оптронным датчиком с зазором по отношению к их наружной поверхности расположена электронная аппаратура 29 блока управления, которая, как и приемник 30 сигналов управления, закреплена на основании.

Функционирование предложенной конструкции блока управления в составе управляемого вращающегося снаряда происходит следующим образом.

При произвольном досылании снаряда в ствол пушки подвижного боевого объекта растр 7 под действием дисбаланса 10 поворачивается на оси наружной рамки 8, ориентируется по линии отвеса 12, совпадающей с направлением вектора 13 ускорения силы тяжести, и отслеживает такое положение при перемещении подвижного боевого объекта по местности независимо от изменения ее профиля в любой отдельно взятый момент. При выстреле снаряда из пушки сначала подается электрический импульс на запуск гироскопа, и его ротор раскручивается до необходимого кинетического момента, после чего происходит разарретирование гироскопа, запитка электрических цепей снаряда и его выстрел из пушки. При движении снаряда по стволу возникают большие стартовые перегрузки, максимальное значение которых соответствует перемещению снаряда на 3÷5 см и достигает 5000-10000 g. Под действием перегрузки срезной штифт 26, удерживающий шлицевую втулку 24, разрушается и она под действием перегрузки перемещается в сторону растра, при этом фиксирующие элементы 27 втулки входят в зацепление кольцом 28, закрепленным на торце 22 растра, обеспечивая надежную фиксацию растра относительно оси наружной рамки 8 под действием пружины 25. Таким образом, в момент выстрела растр с большой точностью ориентируется относительно вертикали места стрельбы. Учитывая то, что прицельное устройство подвижного боевого объекта всегда строго ориентируется при стрельбе относительно вертикали с помощью гиростабилизатора, суммарная величина углового смещения систем координат блока управления снаряда и прицела относительно друг друга, как показывает опыт, не превышает ±8° и сохраняется практически неизменной на протяжении последующего полета снаряда по траектории.

После выстрела снаряд приобретает вращение вокруг своей продольной оси 20 по стрелке Г с заданной частотой. Наружная рамка гироскопа с зафиксированным на ней растром за счет гироскопического эффекта, создаваемого вращающимся ротором, сохраняет первоначальное предстартовое положение, которое она занимала при выстреле снаряда. Оптронная часть 4 датчика гироскопа, вращаясь вместе со снарядом вокруг неподвижного растра, формирует опорные сигналы системы координат блока управления снаряда с компенсацией фазового сдвига в управлении, получаемого в результате запаздывания исполнения команд управления рулевым приводом снаряда, что обеспечивается за счет углового смещения плоскости 18 симметрии растра относительно вертикали места стрельбы на угол α в сторону, противоположную вращению снаряда в полете. Электронная аппаратура 29 блока управления управляемого снаряда преобразует опорные сигналы оптронной части датчика гироскопа в синусоидальные и после суммирования их с командами управления, поступающими от аппаратуры управления боевого объекта через приемник 30 сигналов управления блока управления, усиливает их и передает на исполнительные органы рулевого привода.

Предложенная конструкция блока управления управляемого вращающегося снаряда позволяет решить проблему высокоточной стрельбы с хода из пушки перемещающегося боевого объекта с обеспечением минимальных отклонений снаряда от линии прицеливания при его полете по траектории, что значительно облегчает работу оператора-наводчика при стрельбе на большие дистанции по малогабаритным целям в условиях плохой видимости. Кроме того, исключается необходимость точной ориентации снаряда относительно ствола пушки боевого объекта при досылании, а это в случае применения в боевом объекте специального заряжающего устройства позволяет упростить его конструкцию при одновременном увеличении полезного объема башни объекта. Предложенная модернизация конструкции блока управления управляемого снаряда может быть использована для высокоточной стрельбы и из штатных артиллерийских пушек при использовании произвольного ручного досылания снаряда в ствол.

Проведенные испытания предлагаемой конструкции блока управления в составе управляемого вращающегося снаряда подтвердили высокую эффективность ее технических решений: по качеству боевых характеристик результаты стрельб превосходят результаты испытаний прототипа. Например, при стрельбе снарядами с предлагаемой конструкцией блока управления из подвижного боевого объекта, при боковом крене 15°, получена вероятность попадания в цель не менее 0,9; при аналогичных испытаниях прототипа, без крена объекта, вероятность попадания в цель не более 0,75.

Предложенная конструкция блока управления управляемого вращающегося снаряда может найти применение при разработке управляемых снарядов, применяемых в подвижных боевых объектах.

1. Блок управления управляемого вращающегося снаряда, содержащий гироскоп с бесконтактным датчиком в виде оптронной части с закрепленными в ней попарно излучателями и фотодиодами и установленного в пазу между ними растра с прозрачным и непрозрачным секторами, закрепленного на оси наружной рамки гироскопа, и электронную аппаратуру с приемником сигналов управления, отличающийся тем, что растр закреплен с обеспечением возможности его свободного вращения и постоянного смещения плоскости его симметрии, проходящей через середины прозрачного и непрозрачного секторов, относительно вертикали в сторону, противоположную направлению вращения снаряда на угол α, равный углу поворота снаряда в полете за время запаздывания исполнения команд управления рулевым приводом за счет снабжения его средством дисбаланса.

2. Блок управления по п.1, отличающийся тем, что на торце растра расположен котировочный указатель, смещенный от плоскости симметрии растра в сторону вращения снаряда в полете на угол, равный углу α, средство дисбаланса закреплено на растре диаметрально противоположно указателю в пазу, выполненном на растре концентрично его оси вращения, а указатель совмещен с линией отвеса.

3. Блок управления по п.1 или 2, отличающийся тем, что в нем гироскоп снабжен инерционным механизмом фиксации растра на оси наружной рамки, состоящим из пружины, шлицевой втулки, срезного штифта, крепящего ее на оси наружной рамки, и элементов фиксации, размещенных на втулке, и кольца, закрепленного на торце растра.