Автоматизированная система управления вооружением

 

Изобретение относится к автоматизированным системам управления вооружением. Технический результат - повышение эффективности стрельбы. Система содержит последовательно соединенные пульт управления, прицел, блок суммирования и привод наведения орудия-пусковой установки, баллистический вычислитель, выход которого подключен ко второму входу блока суммирования, блок ручных поправок, выходы которого по количеству поправок подключены к соответствующим первым входам баллистического вычислителя, датчик баллистики, лазерный дальномер и датчик ветра, выход каждого из которых подключен соответственно ко второму, третьему и четвертому входам баллистического вычислителя. Предложенная система отличается от известной тем, что введены последовательно соединенные датчик скорости вертикального воздушного потока, первый квадратор, масштабирующий блок, блок умножения и согласующее устройство, а также установлены блок деления, второй квадратор, два дополнительных масштабирующих блока, реле времени, инвертор, второй ключ, блок программ с блоком их установки и связи между ними и известными элементами. Введенные элементы и связи обеспечивают расширение функциональных возможностей системы по учету действия вертикальных воздушных потоков, что позволяет повысить эффективность АСУ В на 10-15%. 1 ил.

Предлагаемая автоматизированная система управления вооружением (АСУВ) относится к военной технике, а более конкретно к АСУВ, устанавливаемых на подвижных объектах: танках, БМП, БТР, судах, вертолетах и др. Подобные АСУВ позволяют автоматизировать процессы учета условий стрельбы, определения углов прицеливания и бокового упреждения, а также введения поправок в положение вооружения в момент выстрела.

Известны АСУВ танков первого послевоенного поколения Т-55 и Т-62 (см., например, “Руководство по материальной части и эксплуатации танка Т-55”. Воениздат, М., 1965 г.). Каждая из АСУВ этих танков содержит пульт управления, автоматизированные приводы наведения ствола пушки в вертикальной и горизонтальной плоскостях с блоком их включения и стабилизатором вооружения с зависимой линией прицеливания. Эффективность этих систем достаточно высока. Она обеспечивается введением автоматизированных приводов наведения ствола пушки в двух плоскостях. Достигаемая вероятность попадания при этом не ниже 50%. Однако для этих систем характерны недостатки. Совмещение с целью зависимой линии прицеливания, связанной с вооружением, приводит к тому, что ошибки слежения за целью определяются возмущениями, действующими на вооружение, которые велики (в горизонтальной плоскости при стрельбе с ходу достигают 2 т.д.). Кроме того, при их применении в пустынной, горно-пустынной и прибрежных местностях точность стрельбы всеми типами снарядов может дополнительно (до 1 т.д. и более) ухудшаться. Это объясняется тем, что в указанных районах вследствие высокой температуры нагрева (до 60 градусов) подстилающей поверхности над ней возникают мощные восходящие воздушные потоки (см., например, Савкин Л.С., Лебедев Б.Д. Метеорология и стрельба артиллерии. М.: Воениздат, 1974, с.10-14), отклоняющие снаряды в полете по высоте от линии прицеливания.

Следует также отметить, что измерение дальности в этих АСУВ до цели производится с помощью дальномерных шкал, что обусловливает большую погрешность (более 10% от измеренной дальности) ее измерения, а следовательно, и погрешность в определении угла прицеливания. Поэтому при стрельбе из танков Т-55 и Т-62 вероятность попадания, как правило, не превышает 50%, а дальность эффективного огня составляет всего лишь 1400-1600 м.

Известна также автоматизированная система управления вооружением танка Т-80Б (см., например, Танк Т-80Б. ТО и ИЭ. Кн.1. М., Воениздат, 1984, с.46-95). Эта система по технической сути и существенным признакам является наиболее близкой к заявляемой и принята за ее прототип. Одновременно она является базовым объектом предлагаемой системы и содержит последовательно соединенные пульт управления, прицел, блок суммирования и привод наведения орудия-пусковой установки, баллистический вычислитель, выход которого подключен ко второму входу блока суммирования, блок ручных поправок, выходы которого по количеству поправок подключены к соответствующим первым входам баллистического вычислителя, датчик баллистики, лазерный дальномер и датчик ветра, выход каждого из которых подключен соответственно ко второму, третьему и четвертому входам баллистического вычислителя, а также систему наведения управляемых ракет, включающую блок компенсации веса управляемой ракеты и последовательно соединенные координатор, вход которого соединен со вторым выходом прицела, устройство формирования сигнала управления, дополнительный блок суммирования, второй вход которого соединен с выходом блока компенсации веса управляемой ракеты, устройство формирования команды управления и линию передачи команд, сопряженную с управляемой ракетой.

Эффективность этой АСУВ по сравнению с предшествующей существенно возросла. Дальность эффективного артиллерийского огня увеличилась до 2200-2500 м, а дальность дополнительно введенного ракетного - до 4000 м, что достигнуто прежде всего за счет реализации независимой линии прицеливания, автоматического ввода основных поправок, включения в боекомплект управляемых ракет, а в систему управления огнем - их системы наведения, а также введения в АСУВ также ряда дополнительных элементов, например, баллистическим вычислителя, блока ручных поправок, датчика ветра, лазерного дальномера, прицела со стабилизатором линии прицеливания и датчиком баллистики (снаряда и управляемой ракеты) и др. Введенные элементы позволили сформировать ряд поправок при стрельбе, за исключением поправки на отклонение артиллерийских снарядов и управляемых ракет по высоте от линии прицеливания при их полете в условиях восходящего (нисходящего) воздушного потока, которое из-за этого может составить при стрельбе всеми типами снарядов и управляемых ракет до 0,4 т.д. и более. По опыту боевых действий в Афганистане и Чечне это отклонение из-за мощных вертикальных воздушных потоков, характерных для горных и пустынных районов, может достигать еще большей величины. Следует также отметить, что в рассматриваемой АСУВ при стрельбе управляемыми ракетами, необходимо длительное (более 12 секунд при стрельбе на максимальную дальность) удержание прицельной марки на цели. За это время управляемая ракета удаляется от стреляющего объекта на значительное расстояние (более 4000 м) и на траектории за это время возможно неоднократное изменение величины и направления действия вертикальных воздушных потоков. Это не только затрудняет формирование соответствующих поправок, но и вносит значительную неопределенность относительно конкретных моментов (по времени) ее ввода.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности АСУВ и устранение вышеперечисленных недостатков за счет компенсации отклонений снарядов и управляемых ракет на траектории, возникающих из-за действия вертикальных воздушных потоков.

Указанная цель достигается тем, что в АСУВ, содержащую последовательно соединенные пульт управления, прицел, блок суммирования и привод наведения орудия-пусковой установки, баллистический вычислитель, выход которого подключен ко второму входу блока суммирования, блок ручных поправок, выходы которого по количеству поправок подключены к соответствующим первым входам баллистического вычислителя, датчик баллистики, лазерный дальномер и датчик ветра, выход каждого из которых подключен соответственно ко второму, третьему и четвертому входам баллистического вычислителя, а также систему наведения управляемых ракет, включающую блок компенсации веса управляемой ракеты и последовательно соединенные координатор, вход которого соединен со вторым выходом прицела, устройство формирования сигнала управления, дополнительный блок суммирования, второй вход которого соединен с выходом блока компенсации веса управляемой ракеты, устройство формирования команды управления и линию передачи команд, сопряженную с управляемой ракетой, дополнительно установлены первый ключ, первый и второй входы которого соединены со вторыми выходами соответственно пульта управления и датчика ветра, первый переключатель, вход которого подключен к выходу датчика баллистики, блок констант, выход которого подключен к первому входу первого переключателя, последовательно соединенные датчик скорости вертикального воздушного потока, вход которого соединен с выходом первого ключа, первый квадратор, второй переключатель, второй вход которого соединен с выходом датчика баллистики, масштабирующий блок, блок умножения, со вторым входом которого соединен выход первого переключателя, и согласующее устройство, второй вход которого подключен к выходу лазерного дальномера, а выход подключен к третьему входу блока суммирования, установлены также блок деления, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно лазерного дальномера и датчика баллистики, второй квадратор, вход которого соединен с выходом блока деления, а выход - с третьим входом первого переключателя, два дополнительных масштабирующих блока, реле времени, инвертор, второй ключ и блок программ с блоком их установки, при этом второй выход второго переключателя через первый дополнительный масштабирующий блок соединен с третьим входом блока умножения, третий - через последовательно соединенные второй дополнительный масштабирующий блок, инвертор и второй ключ соединен с третьим входом дополнительного блока суммирования, выход реле времени, первый и второй входы которого соединены соответственно с третьим выходом пульта управления и выходом датчика баллистики, соединен со входом блока программ, второй вход которого соединен с выходом блока установки программ, а выход соединен со вторым входом второго ключа.

Введение новых элементов и связей позволяет получить и использовать новую информацию об условиях стрельбы (о скорости вертикального воздушного потока на различных участках траектории, о временных характеристиках, об ошибках АСУВ и др.) и скорректировать управление вооружением, что обеспечивает повышение эффективности АСУВ, в частности, путем увеличения точности определения и установки углов прицеливания (возвышения) ствола орудия-пусковой установки для различных типов используемых боеприпасов и условий стрельбы, а также коррекции команд управления полетом управляемых ракет.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, на котором показаны взаимное расположение и связи элементов предлагаемой АСУВ и приняты следующие обозначения:

1 - пульт управления (ПУ),

2 - прицел (Пр),

3 - блок суммирования (С),

4 - привод вертикального наведения (ПВН),

5 - орудие-пусковая установка (О),

6 - блок ручных поправок (БРП),

7 - баллистический вычислитель (БВ),

8 - первый ключ (Кл.1),

9 - датчик скорости вертикального воздушного потока (ДВП),

10 - датчик ветра (ДВ),

11 - лазерный дальномер (ЛД),

12 - датчик баллистики (ДБ),

13 - согласующее устройство (СУ),

14 - первый квадратор (К1),

15 - блок деления (БД),

16 - первый переключатель (П1),

17 - блок умножения (БУ),

18 - второй переключатель (П2),

19 - второй квадратор (К2),

20 - блок констант (БК),

21 - масштабирующий блок (МБ),

22 - блок компенсации веса управляемой ракеты (БКВ),

23 - первый дополнительный масштабирующий блок (ДМБ1),

24 - координатор (К),

25 - устройство формирования сигнала управления (УФС).

26 - дополнительный блок суммирования (ДС),

27 - второй ключ (Кл.2),

28 - инвертор (И),

29 - второй дополнительный масштабирующий блок (ДМБ2).

30 - реле времени (РВ),

31 - блок программ (БПр),

32 - блок установки программ (БУП),

33 - устройство формирования команды управления (УФК),

34 - линия передачи команд (ЛПК),

35 - управляемая ракета (УР).

Блоки 1-7, 10-12, 22, 33-35 являются штатными блоками прототипа и выполняют те же функции. Ключ 8 выполнен таким образом, что обеспечивает включение блока 9 при включении и срабатывании датчика ветра 10. Включение блока 9 возможно и с пульта управления 1. что необходимо при неисправном блоке 10, при контроле и настройке АСУВ. Датчик скорости вертикального воздушного потока 9 конструктивно выполняется аналогично датчику ветра 10, но устанавливается таким образом, чтобы его измерительная ось занимала вертикальное положение во время измерения. Согласующее устройство 13 выполнено так, что согласует электрический сигнал, поступающий с блока 17, с рабочими характеристиками блока суммирования 3 и привода вертикального наведения орудия 4. Первый квадратор 14 обеспечивает возведение значения поданного на него сигнала с блока 9 во вторую степень и его подачу на вход блока 18. Переключатели П1 (бл.16) и П2 (бл.18) при переключении датчика баллистики 12 на стрельбу артиллерийскими снарядами находятся в исходном положении, причем переключатель П1 (бл.16) обеспечивает связь квадратора 19 с блоком умножения 17, а переключатель П2 (бл.18) обеспечивает связь первого квадратора К1 (бл.14) с масштабирующим блоком 21. При установке датчика баллистики 12 в положение стрельбы управляемой ракетой происходит переключение переключателей П1 и П2 (благодаря их связи с блоком 12). При этом П1 обеспечивает отключение блока 17 от квадратора 19 и подключение его к блоку констант 20, а П2 обеспечивает отключение от блока 14 блока 21 и подключение нему блоков 23 и 29. Блок констант 20 выполнен на основе делителя напряжения и обеспечивает подачу от бортовой сети или автономного источника питания постоянного сигнала на блок умножения 17. Он может быть снабжен переключателем и/или регулятором, обеспечивающими возможность выбора (регулирования) одного из нескольких постоянных сигналов. Масштабирующий блок 21 и дополнительный масштабирующий блок 23 обеспечивают получение сигналов, соответствующих половине значения ускорения соответственно артиллерийского снаряда или управляемой ракеты а/2, которое они приобретают под действием вертикальных воздушных потоков. Их значения определяются выражением:

где K_мБ - значение сигнала на выходе блока 21;

К_дмБ1 - значение сигнала на выходе блока 23;

С_х - коэффициент сопротивления снаряда (управляемой ракеты) в вертикальной плоскости;

ρ - плотность воздуха;

S - характерная площадь снаряда (управляемой ракеты);

m - масса снаряда (см., например, Неупокоев Ф.К. “Стрельба зенитными ракетами”. М., Воениздат, 1970, с.99-121).

Дополнительный масштабирующий блок 29 обеспечивает получение сигнала, соответствующего аэродинамической силе, действующей на управляемую ракету в результате действия вертикального воздушного потока. Его значение определяется выражением (также см. книгу Неупокоева Ф.К., с.99-121):

где К₂₉ - коэффициент пропорциональности, определяющий уровень сигнала на выходе блока 29 от действующей силы.

Инвертор 28 обеспечивает изменение полярности сигнала, поступающего с блока 29. Реле времени 30 обеспечивает формирование сигнала, пропорционального полетному времени управляемой ракеты. Информация о выборе управляемой ракеты на его вход поступает с выхода датчика баллистики 12, а отсчет времени начинается с момента нажатия на кнопку стрельбы на пульте управления 1. Блок программ 31 обеспечивает выполнение программы включения и выключения второго ключа 27 в зависимости от времени полета управляемой ракеты (то есть, от величины сигнала, поступающего с выхода блока 30). Необходимая программа задается с помощью блока 32, на котором вручную (кнопками и/или тумблерами) устанавливаются значения времени включения и выключения второго ключа 27.

Работает предлагаемая АСУВ следующим образом. Экипаж объекта, определив (или выяснив из метеосводки заранее) отклонения условий стрельбы от табличных, вводит их через штатный блок ручных поправок 6 в баллистический вычислитель 7. Тем временем наводчик, наблюдая за полем боя через прицел 2, обнаруживает цель, определяет тип боеприпаса для ее уничтожения и устанавливает датчик баллистики 12 в соответствующее положение, информация о чем поступает на входы баллистического вычислителя 7, блока деления 15 и переключателей 16 и 18. Затем наводчик совмещает с целью при помощи органов управления на пульте управления 1 прицельную марку прицела 2 и нажимает на кнопку измерения дальности. При этом срабатывает лазерный дальномер 11 и информация о дальности до цели Д_ц поступает на входы блоков 7, 13 и 15. В блоке деления 15 реализуется алгоритм t_п=Д_ц/V, где t_п - время полета артиллерийского снаряда или управляемой ракеты к цели; Д_ц - дальность до цели; V - скорость полета, и на его выходе образуется сигнал, соответствующий времени полета данного типа снаряда (ракеты) до цели t_п, который затем подается на вход блока 19. Во втором квадраторе 19 данный сигнал возводится во вторую степень, и на его выходе образуется сигнал, соответствующий , который затем подается на вход блока 16 (первый переключатель), обеспечивающий при стрельбе артиллерийскими снарядами передачу сигнала с блока 19 на блок 17 (блок умножения). В этом случае сигналы с датчика баллистики не поступают ни на блок 16, ни на блок 18. Далее наводчик осуществляет заряжание орудия-пусковой установки 5, нажимая на кнопку механизма заряжания “МЗ”, при этом срабатывает датчик ветра 10, и информация о скорости бокового ветра в районе огневой позиции комплекса вооружения (танка, БМП, БТР и др.) поступает в баллистический вычислитель 7. В блоке 7 сигналы с блоком 6, 10-12 преобразуются по известным алгоритмам (см., например, “Основы автоматики и танковые автоматические системы”. М., ВАБТВ, 1976, с. 508-519) в сигнал, соответствующий углу прицеливания (возвышения) для данных условий стрельбы, который затем подается в блок суммирования 3. Одновременно датчик ветра 10 через ключ 8 обеспечивает включение в работу датчика скорости вертикального воздушного потока 9, благодаря которому измеряется скорость вертикального воздушного потока и формируется соответствующий этой скорости сигнал, подаваемый на вход первого квадратора 14. Поступивший в блок 14 сигнал возводится во вторую степень и поступает на выход, соответствуя квадрату скорости вертикального воздушного потока. С выхода блока 14 сигнал через второй переключатель 18 подается на вход блока 21. В масштабирующем блоке 21 реализуется алгоритм (1), и на его выходе образуется сигнал, соответствующий а/2. который затем подается на вход блока 17. В блоке умножения 17 сигналы с блоков 16 и 21 преобразуются в соответствии с выражением:

где ΔУ - отклонение снаряда по высоте от точки прицеливания.

Сигнал, соответствующий отклонению ΔУ данного снаряда по высоте от точки прицеливания под воздействием вертикального воздушного потока, затем подается на вход блока 13. В согласующем устройстве 13 данный сигнал с учетом дальности до цели согласуется с рабочими характеристиками блока суммирования 3 привода вертикального наведения орудия - пусковой установки 4 и подается на вход блока 3. В блоке суммирования 3 сигналы с блоков 7 и 13 суммируются и формируется результирующий сигнал, соответствующий уточненному углу прицеливания (возвышения), который подается в блок 4 и, в соответствии с полученным сигналом, обеспечивается перемещение ствола орудия-пусковой установки 5 относительно линии прицеливания.

При стрельбе управляемыми ракетами на датчике баллистики 12 устанавливается соответствующее положение его переключателя, в котором с его выходов подаются сигналы на переключение переключателей 16 и 18. Первый переключатель 16 отключает от блока 17 блок 19, а подключает блок 20 (блок констант). Если с блока 19 на вход блока 16 поступал сигнал, соответствующий квадрату времени полета снаряда до цели (этот сигнал, случайный в каждом конкретном случае, и определяется дальностью до цели), то с блока 20 поступает сигнал, соответствующий квадрату времени неуправляемого полета ракеты на начальном участке. Для каждой конкретной системы наведения этот сигнал практически постоянный и определяется временем от момента схода управляемой ракеты до момента захвата ее системой наведения и начала управления. Для системы наведения комплексов управляемого вооружения 9К112-1 объектов Т-80Б это время составляет около 1,5 с.

Второй переключатель 18 по сигналу с блока 12 отключает от блока 17 блок 21 и подключает к блоку 17 дополнительный масштабирующий блок 23, передаточный коэффициент которого (см. выражение 1) определяется аэродинамическими особенностями ракеты и ее массой. Работа блоков 3, 4, 5 и 13 происходит так же, как и при стрельбе артиллерийскими снарядами. По сигналу с блока 12 переключатель 18 подключает к блоку 14 второй дополнительный масштабирующий блок 29, в котором сигнал с выхода блока 14 преобразуется в соответствии с выражением (2), а затем после инвергирования в блоке 28, подается через второй ключ на третий вход дополнительного блока суммирования 26 в качестве сигнал компенсации действия вертикального воздушного потока. После пуска управляемая ракета 35 попадает в поле зрения прицела 2 и съюстированное с ним поле зрения координатора 24. Координатор 24 обеспечивает выработку сигнала, соответствующего отклонению управляемой ракеты от линии прицеливания и подает его на вход устройства формирования сигнала управления 25, который производит усиление и корректировку сигнала управления и подает его на дополнительный сумматор 26, где выработанный сигнал управления суммируется с сигналами компенсации веса управляемой ракеты, выработанным блоком 22, и с сигналом компенсации действия вертикального воздушного потока с выхода блока 27. Суммарный сигнал подается на устройство 33 формирования команды управления, где преобразуется, шифруется и в виде команды управления через линию передачи команд 34 подается на аппаратуру управления управляемой ракеты 35, которая под действием полученной команды перемещается к линии прицеливания, чем и устраняется рассогласование между ею и линией прицеливания.

Если на траектории полета управляемой ракеты имеются участки, на которых скорость вертикального воздушного потока изменяется определенным образом или же становится неопределенной (из-за наличия водных преград, изменения покрова местности и др.), то с помощью блока 32 устанавливаются и задаются промежутки времени, в которых значение поправки корректируется или же с помощью второго ключа 27 блок 26 отключается от блока 28, благодаря чему исключается возможность ввода ложной поправки.

Предварительные расчеты показывают, что эффективность стрельбы в рассмотренных условиях с использованием предложенной АСУВ может быть повышена на 10-15%, а при стрельбе в горно-пустынной местности с мощными вертикальными воздушными (особенно восходящими) потоками эффективность стрельбы повышается более чем на 20% (как при стрельбе артиллерийскими снарядами, так и управляемыми ракетами). Кроме того, при стрельбе управляемой ракетой повышается надежность ее захвата за счет ввода поправки в привод орудия-пусковой установки, компенсирующей отклонение ракеты на начальном неуправляемом (баллистическом) участке траектории и уменьшающей опасность ее выхода из поля зрения координатора 24. Повышаются также точностные характеристики и системы наведения, управляемой ракеты за счет ввода поправки в автоматический контур управления ракетой, компенсирующей ее отклонение от линии прицеливания, вызванное действием вертикальных воздушных потоков. Введение этих поправок обеспечивает сохранение эффективности стрельбы управляемыми ракетами в условиях действия вертикальных воздушных потоков на том же уровне, что и в нормальных условиях стрельбы. На тех же участках полета управляемой ракеты, где действия вертикальных воздушных потоков изменяются или становятся неопределенными, в предлагаемой системе предусмотрены возможности коррекции поправок и их отключение.

Формула изобретения

Автоматизированная система управления вооружением, содержащая последовательно соединенные пульт управления, прицел, блок суммирования и привод наведения орудия-пусковой установки, баллистический вычислитель, выход которого подключен ко второму входу блока суммирования, блок ручных поправок, выходы которого по количеству поправок подключены к соответствующим первым входам баллистического вычислителя, датчик баллистики, лазерный дальномер и датчик ветра, выход каждого из которых подключен соответственно ко второму, третьему и четвертому входам баллистического вычислителя, а также систему наведения управляемых ракет, включающую блок компенсации веса управляемой ракеты и последовательно соединенные координатор, вход которого соединен со вторым выходом прицела, устройство формирования сигнала управления, дополнительный блок суммирования, второй вход которого соединен с выходом блока компенсации веса управляемой ракеты, устройство формирования команды управления и линию передачи команд, сопряженную с управляемой ракетой, отличающаяся тем, что дополнительно установлены первый ключ, первый и второй входы которого соединены со вторыми выходами соответственно пульта управления и датчика ветра, первый переключатель, вход которого подключен к выходу датчика баллистики, блок констант, выход которого подключен к первому входу первого переключателя, последовательно соединенные датчик скорости вертикального воздушного потока, вход которого соединен с выходом первого ключа, первый квадратор, второй переключатель, второй вход которого соединен с выходом датчика баллистики, масштабирующий блок, блок умножения, со вторым входом которого соединен выход первого переключателя, и согласующее устройство, второй вход которого подключен к выходу лазерного дальномера, а выход подключен к третьему входу блока суммирования, установлены также блок деления, первый и второй входы которого соединены со вторыми выходами соответственно лазерного дальномера и датчика баллистики, второй квадратор, вход которого соединен с выходом блока деления, а выход - с третьим входом первого переключателя, два дополнительных масштабирующих блока, реле времени, инвертор, второй ключ и блок программ с блоком их установки, при этом второй выход второго переключателя через первый дополнительный масштабирующий блок соединен с третьим входом блока умножения, третий - через последовательно соединенные второй дополнительный масштабирующий блок, инвертор и второй ключ соединен с третьим входом дополнительного блока суммирования, выход реле времени, первый и второй входы которого соединены соответственно с третьим выходом пульта управления и выходом датчика баллистики, соединен со входом блока программ, второй вход которого соединен с выходом блока установки программ, а выход соединен со вторым входом второго ключа.

РИСУНКИ

Рисунок 1