Способ прицеливания при сбросе грузов в наблюдаемую точку земной поверхности с маневрирующего летательного аппарата

 

Изобретение относится к прицельной технике и предназначено для реализации управления пространственным маневром летательного аппарата, в процессе выполнения которого обеспечивается прицельный сброс груза в наблюдаемую точку земной поверхности. Техническим результатом является расширение диапазона условий применения летательных аппаратов (ЛА) при сбросе грузов в назначенную и визуально обнаруженную экипажем точку земной поверхности, повышение быстродействия и точности при грузометании с нешаблонного пространственного маневра. Цель достигается путем внедрения дополнительных технологических операций в процессе прицеливания, а именно прогнозируют фазовые координаты движения маневрирующего ЛА на прогнозируемой траектории его движения в ряде точек, то есть многократно, решают задачу баллистики груза. Прогнозируемые ветровые сносы вычисляют не только с учетом времени падения груза, но и времени прогнозируемого движения ЛА до каждой из указанных точек прогнозируемой траектории. Выражения для каждой из точек прогнозируемого падения груза и всей кривой линии "разрывов" представляют в виде проекции на горизонтальную плоскость картографической системы координат, вводят изображение вычисленной линии "разрывов" в поле зрения летчика (штурмана), управляя летательным аппаратом, заблаговременно накладывают и удерживают кривую линию "разрывов" на наблюдаемой точке земной поверхности и в момент совпадения последней с точкой начала линии "разрывов" производят прицельный сброс груза. 2 ил.

Изобретение относится к прицельной технике и предназначено для реализации управления пространственным маневром летательного аппарата, в процессе выполнения которого обеспечивается прицельный сброс груза в наблюдаемую точку земной поверхности.

Патентный поиск во Всероссийской патентно-технической библиотеке по классификациям F 41 G 3/00 "Средства прицеливания; средства наведения", F 41 G 3/24 "Бомбардировочные прицелы", а также F 41 G 3/02, /06, /08, /16, /22, /24, /26, /32, F 41 G 5/02, /18 вплоть до настоящего времени не позволил найти явных ни аналогов, ни прототипа. Поэтому в качестве прототипа взят способ прицеливания при бомбометании по наземным целям, изложенный в [1].

По прототипу прицельный сброс грузов (бомбометание) осуществляют в режиме горизонтального полета летательного аппарата (ЛА) [1], стр.5-10. На фиг.1 представлена векторная схема существующего способа прицеливания, где U - вектор скорости ветра - скорости перемещения воздушной массы вместе с ЛА и падающим грузом, который на время прицеливания и грузометания принимают горизонтальным и неизменным как по курсу , так и по величине U; ЛА находится в точке O(t), летит горизонтально с воздушной скоростью V1(t) по скоростному курсу K(t) и путевой скоростью W1(t)=V1(t)+U с углом сноса (t). Вычисляют по составляющим в текущей курсовой стабилизированной по вертикали системе координат M(t)XV(t)YgZ(t) (ось Yg с началом M(t) на уровне моря направлена вертикально вверх и проходит через O(t); ось XV(t) лежит в вертикальной "плоскости курса" O(t)O1B1B; ось Z(t) завершает построение этой правой прямоугольной системы координат) значения векторов ветра, воздушной и путевой скоростей. В текущий момент времени t однократно решают задачу баллистики - прогнозирования движения в воздушной среде условно сброшенного в точке O(t) груза, путем интегрирования в текущей курсовой стабилизированной по вертикали системе координат в форсированном масштабе времени дифференциальных уравнений его движения Y() =F(C, Y()), (1) где F(...) - известная в общем случае нелинейная векторная функция; Y(), Y() - фазовые координаты движения груза и их производные; С - баллистические (аэродинамические) характеристики груза, при заданных начальных где Н - высота полета ЛА, (t) - угол скоростного тангажа ЛА (при (t)=0 - горизонтальный полет, при (t)>0 - угол кабрирования, при (t)<0 - угол пикирования ЛА), V1(t)cos((t)), V1(t)sin((t)) - горизонтальная и вертикальная составляющие начальной воздушной скорости условно сбрасываемого груза, "Т" - символ транспонирования, и получаемых конечных условий, где H - высота превышения точек F0(t), F(t), Ц земной поверхности над уровнем моря, значением которой по координате Yg заканчивают интегрирование уравнений баллистики (1) и определяют величины времени Т падения и штилевого относа А=ХV(Т) груза, VГХ(T), VГY(Т) - горизонтальная и вертикальная составляющие вектора скорости груза в момент приземления. Заметим, что линия O(t)C называется линией пути, вертикальная плоскость O(t)CC1O1(t) - плоскостью пути, линия O1(t)C1 - проекцией линии пути на поверхность земли, смещение условной точки падения груза F(t) под действием ветра относительно F0(t) равно UT и называется ветровым сносом, а относительно вертикальной плоскости пути равно величине , которую называют боковым смещением и вычисляют по формуле = (V1T-A)sin(t). Прямая "линия F(t)Ц, параллельная проекции пути летательного аппарата на земную поверхность O1(t)C1 и отстоящая от нее на расстояние бокового смещения , называется линией разрывов". По данным навигационной системы о текущих картографических координатах ХЛА КГ(t), Zлa КГ(t) летательного аппарата и с помощью матрицы перехода MКГКС от текущей курсовой стабилизированной по вертикали системы координат M(t)XV(t)YgZ(t) к картографической (гироинерциальной) системе координат ONYgZКГ осуществляют привязку линии "разрывов" к картографической (гироинерциальной) системе координат: ХЛР кг(t)=ХЛА кг(t)+FX ЛР(t)cos(K(t))-FZ ЛР(t)(sin(K(t)); (2)
zлр кг(t)=ZЛА кг(t)+FХ ЛР(t)(sin(K(t))+FZ ЛР(t)(cos(K(t)), (3)
где FХ ЛР(t), FZ ЛР(t) - координаты точек линии "разрывов" в текущей курсовой стабилизированной по вертикали системе координат.

Вводят изображение вычисляемой прямой линии "разрывов" в поле зрения летчика (штурмана). Далее по прототипу в процессе прицеливания с горизонтального полета управляют ЛА по курсу ("направлению") и заблаговременно обеспечивают устойчивое относительное движение наблюдаемой точки земной поверхности Ц вдоль непрерывно уточняемой прямой линии "разрывов" F(t)Ц, управляют системой отделения грузов ("прицеливание по дальности") и в момент совпадения точки Ц с точкой F(t) - началом прямой линии "разрывов" - производят прицельный сброс груза.

Способ по прототипу не позволяет, да и не предназначен для прицеливания при сбросе грузов в наблюдаемую точку земной поверхности с пространственно маневрирующего летательного аппарата.

Увеличение грузоподъемных, скоростных и маневренных характеристик современных ЛА, с одной стороны, и бурное развитие бортовых цифровых многопроцессорных вычислительных систем, способных с высоким быстродействием - форсированном масштабе времени, и точностью решать последовательно и параллельно целую совокупность задач, с другой стороны, сделали необходимым, актуальным и возможным разработку нового способа прицеливания - прицеливания при сбросе грузов в наблюдаемую точку земной поверхности с маневрирующего летательного аппарата.

Указанный выше основной недостаток существующего способа предлагается устранить путем внедрения дополнительных технологических операций в процесс прицеливания, в соответствии с которыми:
а) прогнозируют на время tПР, например, методом интегрирования в форсированном масштабе времени системы дифференциальных уравнений пилотируемого пространственного движения ЛА:
YЛА() = FЛА(CЛА, YЛА(),QЛА()), (4)
где Fлa(...) - известная в общем случае нелинейная векторная функция;
YЛА(), YЛА() - фазовые координаты движения летательного аппарата

и их производные;
H(t+), (t+) - изменение высоты и скоростного тангажа ЛА по ходу прогноза;
K() - приращение курсового угла по ходу прогноза;
Cла - аэродинамические характеристики ЛА;
Qлa() - заданное на время tПР прогноза управление ЛА,
фазовые координаты ЛА по составляющим упомянутой выше системы координат M(t)XV(t)YgZ(t), при начальных значениях YЛа(0), равных текущим измеренным фактическим значениям фазовых координат YЛА(t) движения ЛА

б) на прогнозируемой траектории O(t,0)...O(t,j)...O(t,J) движения ЛА (фиг. 2) в ряде точек O(t, j), 0jJ, то есть многократно, решают задачу баллистики груза в их прогнозируемых курсовых системах координат M(t, j)XV(t, j)YgZ(t, j) известным образом (1) и определяют величины времени j падения и координат точек F0(t,j) условного "штилевого" падения грузов на плоскость уровня точки Ц. Координаты точек условного падения грузов F(t,j) определяют с учетом ветрового сноса U(tj ПР+Tj), который вычисляют не только с учетом времени Tj падения груза, условно сброшенного в j-й точке О(t,j) прогнозируемой траектории ЛА, но и времени tj ПР (берется из модели (4)), которое потребовалось бы ЛА, чтобы в реальной действительности выполнить рассматриваемый маневр из точки O(t,0) в точку O(t,j). Множество точек F(t, j), 0jJ, представляет собой кривую линию "разрывов". Выражения для каждой из точек F(t, j), 1jJ, кривой линии "разрывов", полученные по составляющим FX(t, j), FZ(t, j) в прогнозируемых курсовых стабилизированных по вертикали системах координат M(t, j)XV(t, j)YgZ(t, j), преобразуют по алгоритму


где ХЛa(t,j), ZЛА(t,j) - прогнозируемые координаты ЛА в базисе
M(t)XV(t)YgZ(t);
K(t, j) - приращение курсового угла ЛА на интервале j-го прогноза, к виду FX ЛР(t,j), FZ ЛР(t,j) в базисе M(t)XV(t)YgZ(t).

Затем все точки F(t,j), 0jJ, по алгоритму (2), (3) представляют координатами ХЛР КГ(t, j), ZЛР КГ(t, j) в картографической системе координат ONYgZКГ.

Вводят изображение вычисляемой кривой линии "разрывов" в поле зрения летчика (штурмана) и в процессе прицеливания, управляя маневром ЛА, заблаговременно накладывают кривую линию "разрывов" на наблюдаемую точку земной поверхности Ц, продолжая принятый маневр, обеспечивают устойчивое относительное движение точки Ц вдоль кривой линии "разрывов" F(t,0)ЦF(t,J) и в момент совпадения точки Ц с точкой F(t,0) производят прицельный сброс груза.

Перечень графических материалов
Фиг. 1. Векторная схема прицеливания при бомбометании с горизонтального полета ЛА.

Фиг. 2. Векторная схема прицеливания при сбросе грузов в наблюдаемую точку земной поверхности с маневрирующего ЛА.

Источник информации
1. Эфрос И. Е. Основы устройства прицелов для бомбометания. Воениздат, Москва, 1947 г., стр.5-11.


Формула изобретения

Способ прицеливания при сбросе грузов в наблюдаемую точку земной поверхности с маневрирующего летательного аппарата, заключающийся в том, что измеряют текущие значения геометрической высоты относительно наблюдаемой точки земной поверхности, барометрической высоты, углов атаки, скольжения, курса, тангажа, крена, сноса, воздушной и путевой скоростей, навигационные координаты полета летательного аппарата, вычисляют по составляющим в текущей курсовой стабилизированной по вертикали системе координат значения векторов ветра, воздушной и путевой скоростей, ветрового сноса, вычисляют линию "разрывов", решают задачу баллистики груза и при этом определяют штилевой относ, время падения груза, представляют линию "разрывов" в виде проекции на горизонтальную плоскость картографической системы координат, вводят изображение вычисленной линии "разрывов" в поле зрения летчика или штурмана, управляя летательным аппаратом, заблаговременно накладывают и удерживают линию "разрывов" на наблюдаемой точке земной поверхности и в момент ее совпадения с точкой начала линии "разрывов" производят прицельный сброс груза, отличающийся тем, что дополнительно решают задачу прогнозирования фазовых координат движения маневрирующего летательного аппарата в текущей курсовой стабилизированной по вертикали системе координат, на прогнозируемой траектории движения летательного аппарата в ряде точек, то есть многократно, решают задачу баллистики груза в их прогнозируемых курсовых стабилизированных по вертикали системах координат, прогнозируемые ветровые сносы вычисляют не только с учетом времени падения груза, но и времени прогнозируемого движения летательного аппарата до каждой из указанных точек прогнозируемых траекторий, выражения для каждой из точек прогнозируемого падения груза и всю кривую линию "разрывов" представляют по составляющим в текущей курсовой стабилизированной по вертикали системе координат.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к способам и устройствам управления корректируемыми летательными аппаратами, задачей которых является доставка с повышенной точностью полезного груза с высоколетящего самолета-носителя к наземной цели

Изобретение относится к способам прицеливания при бомбометании с летательного аппарата (ЛА) по наземным целям и при десантировании объектов с ЛА и может быть использовано при создании новых и модернизации существующих прицельных систем бомбометания и десантирования, устанавливаемых на ЛА

Изобретение относится к бомбометанию, в частности к вычислению параметров траектории бомбы

Изобретение относится к способам прицеливания при сбросе грузов с летательного аппарата

Изобретение относится к прицельной технике и позволяет выполнять применение отделяемых от летательного аппарата средств по подвижным наземным, надводным и воздушным объектам-целям с произвольного пространственного маневра
Наверх