Способ стрельбы боевой машины по цели (варианты) и система для его реализации

Способ стрельбы боевой машины по цели (варианты) и система для его реализации

Реферат

 

Изобретение относится к области вооружения и военной техники, в частности к защите боевой машины (БМ) от средств воздушного нападения (СВН), а также к стрельбе, например, в горных условиях при превышениях (принижениях) расположения цели по отношению к пусковой установке. Технический результат - повышение точности и соответственно эффективности стрельбы БМ, во-первых, при стрельбе орудия умеренной и низкой баллистики в горных условиях, при превышениях (принижениях) цели над месторасположением орудия (пусковой установки), во-вторых, при стрельбе малокалиберного пушечного вооружения по воздушным целям, в особенности в ближней зоне, а также при пролете цели на больших высотах. В известном способе стрельбы БМ по цели, включающем обнаружение и распознавание цели, сопровождение с определением координат и параметров цели, определение угловых поправок: кинематических на движение цели и носителя, баллистических (угол прицеливания ₀ и деривации ₀), на скорость бокового W_z и продольного W_x баллистического ветра, на параллакс прицела и ПУ из математических выражений, суммирование их соответственно по горизонтальному и вертикальному каналам с учетом угла крена и постоянное отклонение во время стрельбы с учетом выработанных угловых поправок стволов ПУ относительно линии визирования, согласно изобретению предварительно перед стрельбами исходя из таблиц стрельбы при нулевом угле места определяют зависимость от дальности стрельбы обобщенного параметра функции сопротивления A₀ (D) для каждого типа снаряда для нулевого угла места цели , а после определения баллистических поправок до их суммирования дополнительно определяют дифферент БМ , определяют суммарный угол места цели с учетом дифферента БМ и угол прицеливания определяют с учетом угла места из первого заданного математического выражения, определяют обобщенный параметр функции сопротивления А при полученном значении угла из второго заданного математического выражения, определяют полетное время снаряда t_пол из третьего заданного математического выражения и угловые поправки в вертикальном и горизонтальном каналах: кинематические на движение цели и носителя, на скорость бокового W_z и продольного ветра W _x определяют с учетом полученных значений полетного времени t_пол, а суммарную угловую поправку в вертикальном канале определяют с учетом полученного угла путем его алгебраического суммирования с остальными поправками. 3 с.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области вооружения и военной техники, в частности к защите боевой машины (БМ) от средств воздушного нападения (СВН), а также к стрельбе, например, в горных условиях при превышениях (принижениях) расположения цели по отношению к пусковой установке.6

Известен способ стрельбы БМ, заключающийся в обнаружении и опознавании цели, захвате цели на сопровождение, сопровождении цели прицельно-навигационной системой с выдачей необходимых параметров в бортовой вычислитель, определении угловых поправок стрельбы соответственно в вертикальном и горизонтальном каналах и из соотношений

где - угол прицеливания;

- угол крена;

- полетное время снаряда на дальность;

_ц - относительная угловая скорость движения цели в горизонтальной плоскости;

D_y, D - соответственно упрежденная и текущая дальность до цели;

Т_В, Т_З, - отклонение соответственно температуры воздуха и заряда,

Н - давления воздуха от нормального;

v₀ - отклонение начальной скорости снаряда от номинального значения,

отработке этих поправок силовыми приводами пулеметной (пушечной) установки (ПУ) и стрельбе по цели [1].

Для реализации этого способа на БМ существует подсистема, включающая прицельно-навигационную систему, бортовой аналоговый вычислитель, силовые привода, пулеметную (пушечную) установку [2].

Недостатком этого способа и реализующей его системы является большая систематическая ошибка, обусловленная, в частности, неучетом угла места цели при определении внешнебаллистических характеристик, в частности полетного времени t_пол, при стрельбе по воздушным целям малокалиберной пушки, в горных условиях при превышениях (принижениях) местоположения цели относительного ПУ при стрельбе 100 мм орудия, см. фиг. 2, 3.

Поэтому наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ стрельбы БМ по цели, заключающийся в обнаружении и распознавании, сопровождении цели с определением ее координат и параметров, определении угловых поправок: кинематических на движение цели и носителя, баллистических (угол прицеливания ₀ и деривации ₀, на скорость бокового W_Z и продольного W_Х баллистического ветра, на параллакс прицела и ПУ из математических выражений, суммировании их соответственно по горизонтальному и вертикальному каналам с учетом угла крена и постоянном отклонении во время стрельбы с учетом выработанных угловых поправок стволов ПУ относительно линии визирования [4].

Для реализации этого способа на БМ известна система стрельбы БМ по цели, содержащая обзорно-прицельную, навигационную систему, блок данных о внешней среде, силовые привода установки и пулеметную или пушечную установку, бортовую вычислительную систему (ВС), включающую в свой состав, в частности, блок выработки углов прицеливания ₀ и деривации ₀, устройство формирования углов упреждения, включающее блоки формирования угла упреждения , формирования угла упреждения , поправки на баллистический ветер по горизонтальному каналу, поправки на продольный ветер по вертикальному каналу, поправки на параллакс по вертикальному каналу, поправки на параллакс по горизонтальному каналу, формирования упрежденной дальности D _y, формирования скорости сближения , формирования полетного времени t_пол, формирования абсолютной начальной скорости v₀₁, входы которых соединены через соответствующие входы устройства формирования углов упреждения и бортовой ВС со входами обзорно-прицельной, навигационной систем и блока данных о внешней среде, а выходы - со входами соответствующих блоков внутри самого устройства формирования углов упреждения, а также через соответствующие выходы устройства формирования углов упреждения - со входами блока учета угла крена ВС, выходы которого соединены со входами силовых приводов ПУ, причем первый вход блока формирования полетного времени t_пол соединен с выходом блока формирования абсолютной начальной скорости v ₀₁, второй вход - с блоком данных о внешней среде, третий - с выходом блока формирования упрежденной дальности D_y , а выход - соответственно со входами блоков формирования угла упреждения , формирования угла упреждения , поправки на баллистический ветер по горизонтальному каналу, поправки на баллистический ветер по вертикальному каналу, формирования упрежденной дальности [4].

Недостатком приведенного способа и реализующей его системы стрельбы БМ является неучет угла места цели при определении полетного времени, что приводит к большим систематическим ошибкам, особенности при стрельбе орудия умеренной и низкой баллистики в горных условиях при превышениях (принижениях) расположения цели по отношению к пусковой установке, см. фиг.3, а также при стрельбе по воздушным целям.

Это становится недопустимым в условиях повышенных требований к точности стрельбы. С одной стороны, это обусловлено переходом от зенитной стрельбы БМ через ракурсные прицелы к сопроводительной стрельбе с использованием нового прицела командира (наводчика) и цифровой вычислительной системы с полным алгоритмическим обеспечением. С другой стороны, принятый на вооружение новый 100 мм снаряд предназначен для точной прецизионной стрельбы благодаря ужесточению допусков на массу и начальную скорость снаряда.

Задачей предлагаемого способа и реализующей его системы является повышение точности и соответственно эффективности стрельбы БМ, во-первых, при стрельбе орудия умеренной и низкой баллистики в горных условиях, при превышениях (принижениях) цели над месторасположением орудия (пусковой установки), во-вторых, при стрельбе малокалиберного пушечного вооружения по воздушным целям, в особенности в ближней зоне, а также при пролете цели на больших высотах.

Для решения поставленной задачи целесообразно иметь универсальную зависимость, имеющую наглядный физический смысл, для широкого диапазона калибров (d=30, 100 мм).

Предлагается полетное время снаряда t_пол определять из соотношения

где v₀ - начальная скорость снаряда,

- угол прицеливания при угле места ,

А - обобщенный параметр, характеризующий функцию сопротивления с учетом угла места.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе стрельбы БМ по цели, включающем обнаружение и распознавание цели, сопровождение с определением координат и параметров цели, определение угловых поправок: кинематических на движение цели и носителя, баллистических (угол прицеливания ₀ и деривации ₀), на скорость бокового W_Z и продольного W_X баллистического ветра, на параллакс прицела и ПУ из математических выражений, суммирование их соответственно по горизонтальному и вертикальному каналам с учетом угла крена и постоянное отклонение во время стрельбы с учетом выработанных угловых поправок стволов ПУ относительно линии визирования, согласно изобретению предварительно перед стрельбами исходя из таблиц стрельбы при нулевом угле места определяют зависимость от дальности стрельбы обобщенного параметра функции сопротивления A₀ (D) для каждого типа снаряда для нулевого угла места цели , а после определения баллистических поправок до их суммирования дополнительно определяют дифферент БМ , определяют суммарный угол места цели с учетом дифферента БМ и угол прицеливания определяют с учетом угла места из соотношения

где ₀ - угол прицеливания при нулевом угле места =0 с учетом сопротивления воздуха, определяется из выражения

где g - ускорение свободного падения,

v₀ - начальная скорость снаряда,

A₀ - обобщенный параметр, характеризующий функцию сопротивления снаряда при =0,

определяют обобщенный параметр функции сопротивления А при полученном значении угла из соотношения

определяют полетное время снаряда t_пол из соотношения

где v₀ - начальная скорость снаряда,

- угол прицеливания при угле места ,

А - обобщенный параметр, характеризующий функцию сопротивления с учетом угла места,

и угловые поправки в вертикальном и горизонтальном каналах: кинематические на движение цели и носителя, на скорость бокового W_z и продольного ветра W _Х определяют с учетом полученных значений полетного времени t_пор, а суммарную угловую поправку в вертикальном канале определяют с учетом полученного угла путем его алгебраического суммирования с остальными поправками.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе стрельбы БМ по цели, включающем обнаружение и распознавание цели, сопровождение с определением координат и параметров цели, определение угловых поправок: кинематических на движение цели и носителя, баллистических (угол прицеливания ₀ и деривации ₀), на скорость бокового W_Z и продольного W_x баллистического ветра, на параллакс прицела и ПУ из математических выражений, суммирование их соответственно по горизонтальному и вертикальному каналам с учетом угла крена и постоянное отклонение во время стрельбы с учетом выработанных угловых поправок стволов ПУ относительно линии визирования, согласно изобретению предварительно перед стрельбами исходя из таблиц стрельбы определяют зависимость от дальности стрельбы обобщенного параметра функции сопротивления A(D) для каждого типа снаряда для всего возможного диапазона углов места , а после определения баллистических поправок до их суммирования дополнительно определяют дифферент БМ , определяют суммарный угол места цели с учетом дифферента БМ , затем определяют полетное время снаряда t_пол из соотношения

где v₀ - начальная скорость снаряда,

- угол прицеливания при угле места ,

А - обобщенный параметр, характеризующий функцию сопротивления с учетом угла места,

и угловые поправки в вертикальном и горизонтальном каналах: кинематические на движение цели и носителя, на скорость бокового W_z и продольного ветра W _x определяют с учетом полученных значений полетного времени t_пол.

Поставленная задача решается также тем, что в известную систему стрельбы БМ по цели, содержащую обзорно-прицельную, навигационную систему, блок данных о внешней среде, силовые привода установки и пулеметную или пушечную установку, бортовую вычислительную систему (ВС), включающую в свой состав, в частности, блок выработки углов прицеливания ₀ и деривации ₀, устройство формирования углов упреждения, включающее блоки формирования угла упреждения , формирования угла упреждения , поправки на баллистический ветер по горизонтальному каналу, поправки на продольный ветер по вертикальному каналу, поправки на параллакс по вертикальному каналу, поправки на параллакс по горизонтальному каналу, формирования упрежденной дальности Dy, формирования скорости сближения , формирования полетного времени t_пол, формирования абсолютной начальной скорости v₀₁, входы которых соединены через соответствующие входы устройства формирования углов упреждения и бортовой ВС со входами обзорно-прицельной, навигационной систем и блока данных о внешней среде, а выходы - со входами соответствующих блоков внутри самого устройства формирования углов упреждения, а также через соответствующие выходы устройства формирования углов упреждения - со входами блока учета угла крена ВС, выходы которого соединены со входами силовых приводов, причем первый вход блока формирования полетного времени t_пол соединен с выходом блока формирования абсолютной начальной скорости v ₀₁, второй вход - с блоком данных о внешней среде, третий - с выходом блока формирования упрежденной дальности D_y , а выход - соответственно со входами блоков формирования угла упреждения , формирования угла упреждения , поправки на баллистический ветер по горизонтальному каналу, поправки на баллистический ветер по вертикальному каналу, формирования упрежденной дальности, согласно изобретению в ВС дополнительно введен блок учета угла места цели, причем первый его вход соединен со вторым выходом обзорно-прицельной системы, второй - с выходом навигационной системы, третий и четвертый - с выходами блока выработки угла прицеливания ₀ и деривации ₀, а выходы блока учета угла места соединены со входами блока учета угла крена ВС, четвертый вход блока формирования полетного времени t_пол соединен с выходом блока учета угла места , пятый его вход соединен с выходом навигационной системы, а шестой его вход - со вторым выходом обзорно-прицельной системы.

Поставленная задача решается также тем, что блок формирования полетного времени содержит последовательно соединенные первый косинусный преобразователь, первое множительное устройство, второй функциональный преобразователь, третье множительное устройство, а также последовательно соединенные первый сумматор, второй косинусный преобразователь, второе множительное устройство, первый функциональный преобразователь, причем второй вход третьего множительного устройства соединен с выходом первого функционального преобразователя, первый вход первого косинусного преобразователя соединен с выходом блока учета угла места, а второй его вход - с выходом первого сумматора, первый и второй вход которого соединены соответственно со вторым выходом обзорно-прицельной системы и выходом навигационной системы, второй вход первого множительного устройства соединен с блоком формирования абсолютной начальной скорости v₀₁, а третий его вход и третий вход второго множительного устройства - с выходом шестого функционального преобразователя, второй вход второго множительного устройства соединены с пятым выходом обзорно-прицельной системы, а также содержит последовательно соединенные четвертое множительное устройство, третий функциональный преобразователь, а также последовательно соединенные второй сумматор, второй синусный преобразователь, третий сумматор, шестое множительное устройство, четвертый сумматор, пятый функциональный преобразователь, пятый сумматор, шестой функциональный преобразователь, причем второй выход шестого функционального преобразователя соединен с выходом третьего функционального преобразователя, а инверсный второй вход пятого сумматора - с выходом четвертого множительного устройства, вход которого, а также второй вход пятого множительного устройства соединены с пятым выходом обзорно-прицельной системы, инверсный второй вход третьего сумматора соединен с выходом первого синусного преобразователя, вход которого соединен с выходом первого сумматора, второй вход шестого множительного устройства соединен с выходом четвертого функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом пятого множительного устройства, первый вход которого соединен с выходом блока формирования абсолютной начальной скорости v₀₁, инверсный второй вход четвертого сумматора соединен с выходом третьего функционального преобразователя, первый и второй входы второго сумматора соединены соответственно с выходом первого сумматора и блока учета угла места, а выход третьего множительного устройства - со входами блоков формирования угла упреждения , формирования угла упреждения , блока поправки на баллистический ветер по горизонтальному каналу, блока поправки на продольный ветер по вертикальному каналу, блока формирования упрежденной дальности D_y.

Тем самым достигается цель изобретения. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Сопоставительный анализ заявленных решений с прототипами показывает, что заявленный способ отличается от известного тем, что предварительно перед стрельбами исходя из таблиц стрельбы (ТС) при нулевом угле места определяют зависимость от дальности стрельбы обобщенного параметра функции сопротивления A(D) для угла места цели =0-A₀(D), a после определения баллистических поправок, определенных при нулевом угле места, до их суммирования дополнительно определяют дифферент БМ , определяют суммарный угол места цели с учетом дифферента БМ , и угол прицеливания определяют с учетом угла места из соотношения

где ₀ - угол прицеливания при нулевом угле места =0 с учетом сопротивления воздуха.

Угол прицеливания при нулевом угле места ₀ может быть получен либо непосредственно из ТС, либо из аналитического выражения

где g - ускорение свободного падения,

V₀ - начальная скорость снаряда,

A₀ - обобщенный параметр, характеризующий функцию сопротивления снаряда при =0,

определяют обобщенный параметр функции сопротивления А из соотношения

определяют полетное время снаряда t_пол из соотношения

где V₀ - начальная скорость снаряда,

- угол прицеливания при угле места ,

А - обобщенный параметр, характеризующий функцию сопротивления с учетом угла места,

и угловые поправки в вертикальном и горизонтальном каналах: кинематические на движение цели и носителя, на скорость бокового W_z и продольного ветра W _x определяют с учетом полученных значений полетного времени t_пол, суммарную угловую поправку в вертикальном канале определяют с учетом полученного угла путем его алгебраического суммирования с остальными поправками.

Если имеются таблицы стрельбы не только для нулевых углов места -A₀, но и для всего возможного диапазона углов , например [10], то предлагаемая последовательность упрощается.

Тогда исходя из ТС предварительно до стрельб следует определить обобщенный параметр А для всего необходимого диапазона . И далее, как и в первом варианте, после определения баллистических поправок до их суммирования дополнительно определяют дифферент БМ , определяют суммарный угол места цели с учетом дифферента БМ , а затем определяют полетное время снаряда t_пол из соотношения

где V₀ - начальная скорость снаряда,

- угол прицеливания при угле места ,

А - обобщенный параметр, характеризующий функцию сопротивления с учетом угла места.

И угловые поправки в вертикальном и горизонтальном каналах: кинематические на движение цели и носителя, на скорость бокового W_z и продольного ветра W _Х - определяют с учетом полученных значений полетного времени t_пол.

Анализ литературы [5] показывает, что в СУО существующих БМ-БМП, БТР, БМД и танков внешнебаллистические расчеты проводятся при допущении о том, что угол места =0. При стрельбе в горных условиях, по низколетящим воздушным целям неучет угла места приводит к систематическим ошибкам, которые существенно снижают эффективность стрельбы.

На фиг.1 представлена схема определения угла прицеливания при ненулевом угле места .

На фиг.2 представлены зависимости полетного времени от наклонной дальности стрельбы при различных значениях угла места , полученные из последних расчетных ТС [10] для разных типов боеприпасов: осколочно-фугасно-зажигательный (ОФЗ), осколочно-трассирующий (ОТ) и бронебойно-трассирующий (БТ) для штатного 30 мм снаряда АО-18 (V₀=980 м/с).

Интервал углов места выбран исходя из ограничений системы управления огнем (СУО) перспективных БМ по углу прокачки линии визирования в вертикальной плоскости -10 60, т.е. на 60° вверх и на 10° вниз при стрельбе прямой наводкой.

Как следует из графиков, для 30 мм снарядов изменение полетного времени составляет сотые секунды и достигает десятых долей секунды на больших дальностях стрельбы. Однако неучет угла места при расчете t_пол при наличии дистанционных взрывателей при стрельбе по фронтально летящей воздушной цели может привести к большим промахам.

На фиг.3(а и б) представлены зависимости полетного времени t_пол от дальности стрельбы D и угла места для 100 мм снаряда (а - V₀=250 м/с, б - V₀ =355 м/с). Как следует из графиков, неучет угла места приводит к большим систематическим ошибкам, доходящим до нескольких секунд, в особенности на больших дальностях и углах места.

Известна так называемая формула Лендера, полученная в рамках параболической теории.

Для вывода этой зависимости, позволяющей учитывать угол места , разлагают уравнение траектории в ряд Тейлора и, ограничиваясь первыми двумя членами разложения, получают [6]

где х, у - соответственно абсцисса и ордината снаряда,

₀ - производная у по х в момент вылета снаряда,

v₀ - начальная скорость снаряда,

g - ускорение свободного падения.

И после некоторых тригонометрических преобразований при пренебрежении сопротивлением воздуха можно прийти к известной формуле Лендера, позволяющей установить соотношения между и ₀ без учета сопротивления воздуха

где - угол места цели,

, ₀ - угол прицеливания соответственно при 0 и =0.

Следует подчеркнуть, что аргументом здесь является дальность D.

В формуле Лендера угол представлен в неявном виде. Произведя ряд тригонометрических преобразований, получаем зависимость угла прицеливания от угла места в явном виде

Однако зависимость получена в рамках параболической теории стрельбы, т.е. без учета сопротивления воздуха.

Из литературы, например [7], известна упрощенная система дифференциальных уравнений движения центра масс снаряда с учетом сопротивления воздуха

где с₁=4,74× 10^-4 с (при использовании таблиц нормальной артиллерийской атмосферы),

х, у - соответственно горизонтальная и вертикальная координаты снаряда в земной системе координат,

u - горизонтальная проекция скорости снаряда,

- угол наклона траектории,

g - ускорение свободного падения,

(у) - относительная плотность воздуха по высоте,

- эталонная функция лобового сопротивления снаряда.

Поскольку уравнения не интегрируются в конечном виде, принимаем допущение согласно [7, с.99 или 8, с.125]

где А - обобщенный параметр сопротивления, в общем случае обобщенный параметр А, характеризующий функцию сопротивления, определяется из аналитического выражения

где с_x(V_r ) - эталонная функция сопротивления воздуха от относительной скорости снаряда,

с - баллистический коэффициент снаряда, кгс/м²,

H₀ - измеренное атмосферное давление, мм рт.ст,

H_0N - нормальное атмосферное давление, равное 750 мм рт.ст.,

Т₀ - температура воздуха, ° К,

T_0N - нормальное значение температуры воздуха, равное 288,9° К,

- угол наклона траектории.

Вводя допустимые упрощения о том, что для конкретного типа снаряда параметр А не зависит от начальной скорости снаряда и баллистического коэффициента, a cos const для заданной дальности, А можно считать зависящим только от дальности, А=A(D). Тогда обобщенный параметр А можно определить заранее до стрельб для каждого типа баллистики (снаряда), используемого на БМ, и, в частности, аппроксимировать полиномом n-ой степени от дальности стрельбы.

Допустим поэтому, что для фиксированной дальности D обобщенный параметр A=const.

Тогда из (9), интегрируя уравнение (5), получаем

После ряда тождественных алгебраических преобразований уравнения (3) приходим к следующему уравнению для определения угла прицеливания с учетом угла места

где ₀ - угол прицеливания при =0 с учетом сопротивления воздуха,

х - горизонтальная дальность, х=Dcos ,

А - обобщенный параметр сопротивления воздуха для снаряда с учетом угла места, А=A .

Угол прицеливания при нулевом угле места ₀ может быть определен из таблиц стрельбы или по зависимости

где g - ускорение свободного падения,

V₀ - начальная скорость снаряда,

A₀ - обобщенный параметр, характеризующий функцию сопротивления снаряда при =0.

В случае необходимости без существенной потери точности расчеты можно упростить, заменив экспоненциальную функцию при расчете ₀ квадратичной

после алгебраических преобразований можно получить

Таким образом, для точного расчета угла прицеливания при ненулевом угле места помимо наклонной дальности D, угла прицеливания при нулевом угле места ₀ необходимо знать и функции сопротивления при нулевом и ненулевом угле места (А₀ и А). Другими словами, заранее необходимо определять для каждого угла места обобщенный параметр сопротивления А.

Зная зависимость ₀(D), например, из таблиц стрельбы [5, 9-10], обобщенный параметр А можно аппроксимировать полиномом n-ной степени от дальности стрельбы, сделав, как указывалось выше, допущение для конкретного типа снаряда о независимости ее от начальной скорости снаряда и баллистического коэффициента.

Определение аппроксимирующей функции A(D) производится методом подбора (расчета) ее значений, при которых углы прицеливания, рассчитанные по предложенному алгоритму, соответствуют углам, полученным в результате численного интегрирования уравнений движения снаряда [7] или из таблиц стрельбы.

Зависимость (10) можно упростить, заменив приближенной зависимостью. Для этого разложим в ряд Лорана экспоненты е ^2Ax, e^2AD. В результате после несложных преобразований получаем зависимость (2), по структуре подобную формулу Лендера

но имеющую иной смысл: угол прицеливания ₀ определен в ней с учетом сопротивления возд