способ стрельбы боевой машины по высокоскоростной цели и система для его реализации

Формула изобретения

1. Способ стрельбы боевой машины (БМ) по высокоскоростной цели, включающий обнаружение и опознавание цели, взятие ее на сопровождение, сопровождение и определение скорости сближения цели с носителем, вычисление абсолютной начальной скорости снаряда V₀₁ из математического выражения, нахождение полетного времени снаряда t_пол и упрежденной дальности D_у из математических выражений, определение угловых поправок стрельбы , из математических выражений, отличающийся тем, что предварительно в вычислительную систему (ВС) БМ заносят информацию о предельных характеристиках (ограничениях) ее подсистем и одновременно с вычислением угловых поправок стрельбы и отклонением в соответствии с ними стволов пулеметной или пушечной установки (ПУ) сравнивают текущую дальность до цели D с предельной дальностью прицела D^max_приц D < D^max_приц, а упрежденную дальность до цели D_у - с предельной баллистической дальностью D^max_бал D_y< D^max_бал, сравнивают текущий и допустимый угол подъема линии визирования в вертикальной плоскости ^доп < ^доп, сравнивают потребный _y и допустимый угол подъема ствола в вертикальной плоскости ^доп_{ств y} < ^доп_ств, где _y= +, где - суммарная угловая поправка в вертикальной плоскости, сравнивают суммарную угловую поправку в горизонтальной плоскости и допустимое угловое рассогласование между линией визирования и линией выстрела ^доп < ^доп, сравнивают текущую угловую скорость линии визирования _ZD(_YD) и допустимое ее значение ^до_ZD^п(^до_YD^п) соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях _ZD<^до_ZD^п, _YD<^до_YD^п, сравнивают ошибку положения пушки в горизонтальной и вертикальной плоскостях относительно заданного направления с допустимой ошибкой ^зад, ^зад, <^зад, <^зад и только при выполнении всех вышеперечисленных условий разрешают стрельбу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при превышении любого из ограничений производят анализ и осуществляют индикацию первого типа при выполнении условия (D>D^max_приц)(D_y>D^max_ств) или индикацию второго типа при выполнении условия



3. Способ по п.2, отличающийся тем, что при выполнении условия



дополнительно запрещают наведение оружия и сопровождение цели.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что осуществляют индикацию второго типа при выполнении условия



где вектор допусков по ограничениям, то есть заранее в некоторой заданной _i -окрестности каждого из вышеперечисленных ограничений.

5. Система стрельбы боевой машины (БМ) по высокоскоростной цели, содержащая обзорно-прицельную, навигационную системы, бортовую вычислительную систему (ВС), включающую в свой состав, в частности, устройство определения углов упреждения ,, а также силовые приводы установки и пулеметную (пушечную) установку (ПУ), отличающаяся тем, что в ВС дополнительно введено устройство разрешения стрельбы, содержащее последовательно соединенные блок контроля дальности, блок контроля угла подъема линии визирования, блок контроля угла подъема ствола пушки, блок контроля угла рассогласования между линией визирования и линией выстрела, блок контроля угловой скорости линии визирования и блок контроля ошибки положения пушки, выход которого соединен с третьим (разрешающим) входом ПУ.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что вторые выходы блока контроля дальности, блока контроля угла подъема линии визирования, блока контроля угла подъема ствола пушки, блока контроля угла рассогласования между линией визирования и линией выстрела, блока контроля угловой скорости линии визирования и блока контроля ошибки положения пушки соединены соответственно с первым - шестым входами блока анализа ограничений, первый выход которого соединен с индикатором первого типа, второй его выход - с индикатором второго типа.

7. Система по п.5, отличающаяся тем, что выход индикатора второго типа соединен со схемой разрешения системы сопровождения цели и наведения оружия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области вооружения и военной техники, в частности к защите боевой машины (БМ) от средств воздушного нападения (СИН), например с помощью пулеметных (пушечных) установок (ПУ).

Анализ литературы показывает, что существует способ стрельбы по цели истребителя, заключающийся в обнаружении и опознавании цели, прицеливании самолетом, сопровождении цели с одновременным вычислением угловых поправок в счетно-решающем приборе и открытии стрельбы при условии нахождения прицельной метки в кольце (трубке) экрана, а дальность до цели - в зоне разрешенных дальностей стрельбы [1].

Для реализации этого способа на истребителях существует система стрельбы, включающая обзорно-прицельное устройство, вычислитель, измерители параметров условий стрельбы и устройства отработки, вырабатывающие сигналы летчику, по которым он управляет самолетом и осуществляет стрельбу [1].

Недостатком вышеприведенного способа и реализующей его системы является низкая эффективность стрельбы по воздушной цели, обусловленная большими погрешностями определения параметров условий стрельбы, неточным и неполным определением зоны разрешения стрельбы.

Существует также способ стрельбы БМП по цели, заключающийся в поиске (обнаружении), захвате целей на сопровождение, сопровождении цели и определении угловых поправок стрельбы, стрельбе с учетом их по цели при наличии сигнала разрешения [2].

Для реализации этого способа на БМП существует подсистема стрельбы, содержащая обзорно-прицельную, навигационную системы, бортовой вычислитель, силовые привода ПУ (стабилизатор вооружения), пулеметную (пушечную) установку [2].

Недостатком вышеприведенного способа и реализующей его подсистемы является низкая эффективность стрельбы по высокоскоростным, в частности воздушным целям, обусловленная упрощенным алгоритмом стрельбы, неприспособленным для стрельбы по таким целям, а также упрощенной схемой разрешения выстрела - только по признаку ошибки слежения приводов оружия [2].

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ стрельбы по высокоскоростным целям, заключающийся в обнаружении и опознавании цели, взятии ее на сопровождение, сопровождении и определении скорости сближения цели с носителем, вычислении абсолютной начальной скорости снаряда V₀₁ из математического выражения, нахождении полетного времени снаряда t_пол и упрежденной дальности Д_у из математических выражений, определении угловых поправок стрельбы из математических выражений [3].

Известная система огневой защиты, выбранная в качестве прототипа заявляемой системы, содержит обзорно-прицельную, навигационную системы, бортовую вычислительную систему, включающую в свой состав, в частности, устройство определения углов упреждения , , а также силовые привода установки и пулеметную (пушечную) установку [3].

Недостатком этого способа и реализующей его системы является неполнота (усеченность) способа и схемы разрешения стрельбы, что приводит к нерациональному расходованию боекомплекта, снижению эргономических характеристик системы, невозможности быстро ориентироваться в боевой обстановке и в конечном счете к снижению эффективности стрельбы, в особенности по высокоскоростным целям.

Задачей предлагаемого способа и реализующей его системы является повышение эффективности отражения налета средств воздушного нападения путем рационального расходования боекомплекта, обеспечения более высоких эргономических характеристик системы, повышения информативности и более оперативного управления в сложной боевой обстановке и т.п.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе стрельбы БМ, заключающемся в обнаружении и опознавании целей, взятии их на сопровождение, сопровождении цели, определении скорости сближения цели с носителем, вычислении абсолютной начальной скорости снаряда, полетного времени и упрежденной дальности из математических выражений, определении угловых поправок стрельбы, постоянном отклонении с учетом их стволов ПУ относительно линии визирования и стрельбе по цели, предварительно в вычислительную систему (ВС) заносят информацию о предельных характеристиках (ограничениях) подсистем БМ и одновременно с вычислением угловых поправок стрельбы и отклонением в соответствии с ними стволов пулеметной или пушечной установки (ПУ) сравнивают текущую дальность до цели D с предельной дальностью прицела D^max_приц D < D^max_приц, а упрежденную дальность до цели D_у - с предельной баллистической дальностью D^max_бал D < D^max_бал, сравнивают текущий и допустимый угол подъема линии визирования в вертикальной плоскости ^доп < ^доп, сравнивают потребный _y и допустимый угол подъема ствола в вертикальной плоскости ^доп_{ств y} < ^доп_ств, где _у = +, где - суммарная угловая поправка в вертикальной плоскости, сравнивают суммарную угловую поправку в горизонтальной плоскости и допустимое угловое рассогласование между линией визирования и линией выстрела ^доп < ^доп, сравнивают текущую угловую скорость линии визирования _zD(_yD) и допустимое ее значение ^до_zD^п(^до_yD^п) соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях _yD < ^до_yD^п, _zD < ^до_zD^п, сравнивают ошибку положения пушки в горизонтальной и вертикальной плоскостях относительно заданного направления с допустимой ошибкой ^зад, ^зад < ^зад, < ^зад и только при выполнении всех вышеперечисленных условий разрешают стрельбу.

Поставленная задача решается также тем, что при превышении любого из ограничений производят анализ и осуществляют индикацию первого типа при выполнении условия (D > D^max_приц) (D_y > D^max_ств) или индикацию второго типа при выполнении условия



Поставленная задача решается также тем, что при выполнении условия



дополнительно запрещают сопровождение цели и наведение оружия.

Поставленная задача решается также тем, что осуществляют индикацию второго типа при выполнении условия



где вектор допусков по ограничениям, то-есть заранее в некоторой заданной _i окрестности каждого из вышеперечисленных ограничений.

Поставленная задача достигается тем, что в известной системе огневой защиты БМ от средств воздушного нападения (СВН), содержащий обзорно-прицельную, навигационную системы, бортовую вычислительную систему, включающую в свой состав, в частности, устройство определения углов упреждения , , а также силовые привода установки и пулеметную (пушечную) установку, согласно изобретению в ВС дополнительно введено устройство разрешения стрельбы, содержащее последовательно соединенные блок контроля дальности, блок контроля угла подъема линии визирования, блок контроля угла подъема ствола пушки, блок контроля угла рассогласования между линией визирования и линией выстрела, блок контроля угловой скорости линии визирования и блок контроля ошибки положения пушки, выход которого соединен с третьим (разрешающим) входом ПУ.

Поставленная задача достигается также тем, что во втором варианте исполнения устройства разрешения стрельбы вторые выходы блока контроля дальности, блока контроля угла подъема линии визирования, блока контроля угла подъема ствола пушки, блока контроля угла рассогласования между линией визирования и линией выстрела, блока контроля угловой скорости линии визирования и блока контроля ошибки положения пушки соединены соответственно с первым - шестым входами блока анализа ограничений, первый выход которого соединен с индикатором первого типа, а второй его выход - с индикатором второго типа.

Поставленная задача достигается также тем, что выход индикатора второго типа соединен со схемами разрешения системы сопровождения цели и наведения оружия.

Именно сформированная с помощью устройства разрешения зона стрельбы (поражения) обеспечит согласно способу повышение эффективности стрельбы в особенности по высокоскоростной цели при существующей структуре системы управления БМ и тем самым достижение технического результата.

Сопоставительный, анализ заявляемых решений с прототипами показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что предварительно до выхода на боевые стрельбы в вычислительную систему БМ заносят информацию о предельных характеристиках (ограничениях) ее подсистем:

допустимые углы подъема (прокачки) линии визирования и пушки в вертикальной плоскости ^доп, ^доп_ств;

допустимое угловое рассогласование между линией визирования и линией выстрела ^доп горизонтальной плоскости;

допустимое значение угловой скорости линии визирования соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях ^до_yD^п, ^доп_zD/;

допустимую ошибку положения ствола пушки соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях ^доп, ^доп;

предельную баллистическую дальность D^max_бал;

предельную прицельную дальность D^max_приц.

При этом сама конструкция и компоновка БМ определяют угловые ограничения ^доп, ^доп_ств, ^доп. Конструктивное исполнение прицела определяет значения D^max_приц, ^до_yD^п, ^до_zD^п, характеристики системы пушка - боеприпас - значение D^max_бал, а динамические характеристики силового привода по отработке управляющего сигнала - значения ^зад, ^зад. Все эти характеристики приводятся в ТУ на комплекс.

В БМП-3, к примеру, они составляют соответственно

Согласно предложенному техническому решению далее начинают последовательно по каждому из ограничений проводить проверку: не превышает ли текущий i-й параметр своего предельного (допустимого) значения, определяемого конструкцией подсистем БМ и компоновки их в БМ.

Таким образом контролируется нахождение цели в зоне стрельбы (поражения).

Стрельба начинается при выполнении двух условий: во-первых, текущая дальность D должна быть меньше предельной прицельной D^max_приц, определяемой прибором наведения, и, во-вторых, рассчитанная в ВС упрежденная дальность должна быть меньше предельной баллистической D^max_бал

(D < D^max_приц) (D_y < D^max_бал).

При невыполнении этого условия следуют прерывание сигнала и, соответственно, запрет на стрельбу.

Это может сопровождаться соответствующей индикацией (п.2 формулы изобретения).

Например, на панели зажигается синяя лампочка (индикация первого типа).

Далее последовательно идет проверка по углам прокачки (возвышения) прибора и пушки в вертикальной плоскости относительно носителя и +



Значение угла возвышения поступает с датчика угла вертикального наведения (ДУ БН), а значение суммарной угловой поправки - с выхода ВС и является управляющим сигналом для привода вертикального наведения пушки.

В случае успешного выполнения всех предыдущих условий далее следует проверка по углу рассогласования линии визирования и линии выстрела (или между оптической осью прибора наведения и пушкой) в горизонтальной плоскости

< ^доп.

Значение аналогично вышеприведенному поступает с выхода ВС и является управляющим сигналом для привода горизонтального наведения пушки (башни БМ).

При выполнении предыдущих условий контролируют значения угловой скорости соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях, которые поступают с гироскопов (ГС), например, в БМП-3 с гиродатчика в горизонтальной плоскости и с ДУ ВН в вертикальной плоскости [2].

При невыполнении любого из вышеприведенных ограничений следуют прерывание сигнала и запрет на стрельбу.

По п. 2 изобретения в этом случае срабатывает индикация второго рода, например, зажигается красная лампочка.

В общем случае (при неманеврирующей и слабо маневрирующей цели) это означает, что цель уже прошла зону стрельбы (поражения) неуправляемого вооружения БМ и выходит на ее ближнюю границу.

В некоторых случаях следует даже с некоторым "запасом" производить сигнализацию (индикацию) о выходе на ограничения второго рода. Это будет полезно, например, для предупреждения о нецелесообразности начала очереди и т.п. (см.п.4 формулы изобретения).

Поскольку стрельба с БМ в основном осуществляется в передней полусфере (по ходу движения), при выходе на ограничения второго типа целесообразно прекратить не только стрельбу, но и наведение оружия и даже сопровождение цели прибором наведения.

Сформированный центральной вычислительной системой сигнал позволяет предотвратить ударные, вибрационные режимы работы систем наведения оружия и сопровождения цели, если отсутствуют локальные схемы блокировки, или по крайней мере повысить надежность их функционирования. Поэтому в п.3 формулы изобретения предусматривается формирование (вывод) соответствующего сигнала в схемы разрешения (блокировки) систем наведения и сопровождения.

Принцип и исполнение схемы разрешения по допустимой ошибке привода достаточно широко известен в танках, БМП [2].

Сравнение заявляемых технических решений с прототипами позволяет установить соответствие их критерию "новизна".

Анализ известных способов стрельбы БМ по целям в данной области техники не позволяет выявить в них совокупность признаков, отличающих заявляемое решение от прототипа.

Отдельные операции, входящие в заявляемый способ, широко известны. Однако при их введении в способ в указанной последовательности (связи) по предлагаемым соотношениям достигается желаемый эффект - повышение эффективности стрельбы по цели.

При изучении технических решений в других областях техники признаки, отличающие заявляемое изобретение - систему стрельбы БМ по высокоскоростной цели, - также не были выявлены.

Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемых решений критериям новизны и изобретательского уровня.

Централизованный учет предельных характеристик системы и введение алгоритма разрешения в ВС позволяет предотвратить нерациональное расходование боекомплекта, связанное как с преждевременным открытием огня, так и со стрельбой при выходе из зоны поражения.

Использование и дальнейшее развитие заявляемого способа позволяет произвести индикацию зоны стрельбы (поражения) на пультах управления командира, наводчика с разметкой ее вероятностью поражения, что приводит к повышению степени автоматизации системы, ее эргономичности и надежности, а в конечном счете повышению эффективности БМ.

Использование заявляемого способа и реализующей его системы создают предпосылки для перевода ее из класса баллистического вычислителя, затем вычислительной системы в класс информационно-управляющих систем (ИУС), позволяет координировать, увязать в единое целое функционирование отдельных подсистем.

На фиг. 1 представлены структурная схема контура стрельбы БМ и место в ней заявляемого устройства разрешения стрельбы: 1 - обзорно-прицельная система, 2 - оптическая прицельная станция (прибор наводчика, оператор, пульт управления, ГС, ДУГН, ДУВН), 3 - лазерный дальномер, 4 - навигационная система, 5 - бортовая вычислительная система, 6 - блок внешнебаллистических расчетов, 7 - блок формирования кинематических углов упреждения, 8 - устройство разрешения стрельбы, 9 - гиростабилизатор, 10 - силовой привод горизонтального наведения, 11 - силовой привод вертикального наведения, 12 - пушечная (пулеметная) установка.

На фиг.2 представлено устройство разрешения стрельбы (п. 5 формулы изобретения): 1 - блок контроля дальности, 2 - блок контроля угла подъема линии визирования, 3 - блок контроля угла подъема ствола пушки, 4 - блок контроля угла рассогласования между линией визирования и линией выстрела, 5 - блок контроля угловой скорости линии визирования, 6 - блок контроля ошибки положения пушки.

На фиг. 3 представлено устройство разрешения стрельбы (пп. 6, 7 формулы изобретения): 1-6 - аналогично обозначениям на фиг.2; 7 - блок анализа типа ограничения.

На фиг. 4, 5 представлены в качестве примера проекции зоны стрельбы и поражения соответственно на вертикальную (фиг.4) и горизонтальную (фиг.5) плоскости воздушной цели типа F-16 (V_ц = 200 м/с) для ограничений, накладываемых системой управления (СУО) и конструкцией пушечного модуля:

Допустимый угол упреждения в горизонтальной плоскости, ^доп, град. - 10

Допустимый угол возвышения, ^доп, град - 60

Допустимая угловая скорость линии визирования, ^до_yD^п, ^до_zD^п, град/с - 20

Максимальная прицельная дальность, D^max_приц - 4000

Для подтверждения технической реализуемости заявляемого способа (и устройства) ниже приведен пример работы.

После взятия на сопровождение атакующей воздушной цели типа самолет (или вертолет) из обзорно-прицельной системы 1 в вычислительную систему 5 (ВС) поступают непрерывно сигналы об углах визирования цели и и угловых скоростях _yD, _zD соответственно в двух плоскостях системы координат, связанной с носителем X_НY_НZ_Н, а также дискретные замеры дальности D (см.фиг.1). С навигационной системы 4 в ВС поступают также данные о носителе: скорость носителя, углы тангажа, крена и т.п.

Предварительно в ВС должны быть введены данные об оружии (баллистический коэффициент, относительная начальная скорость), данные о внешней среде (относительная плотность воздуха, его температура, скорость продольного и поперечного ветра), и, что особенно важно для заявляемого способа, данные о предельных характеристиках подсистем БМ (допустимые значения углов подъема линии визирования и пушки, углового рассогласования между линией визирования и линией выстрела, угловой скорости линии визирования, ошибки положения ствола пушки, баллистической и прицельной дальности).

На основании полученной информации в устройстве определения углов упреждения 7 рассчитываются кинематические поправки, обусловленные движением цели и носителя , , а также остальные поправки, в частности, на базу (параллакс), понижение снаряда под действием силы тяжести (угол прицеливания), деривацию (блок 6) и т.п.

Достаточно подробно их вычисление приведено в литературе [1-3].

Далее комбинация выработанных поправок по каждому из каналов поступает на вход силового привода.

Силовые приводы башни 10 и оружия 11, отрабатывая управляющие сигналы с учетом обратной связи, в каждый момент времени разворачивают ПУ 12 в нужном направлении.

Параллельно с вычислением угловых поправок стрельбы и отклонением в соответствии с ними стволов пушечной (пулеметной) установки осуществляется контроль пребывания цели в зоне стрельбы (поражения) (см.фиг.4, 5), для чего осуществляется проверка нескольких ограничений (см. п. 1-3 формулы изобретения).

Устройство разрешения работает следующим образом.

При сопровождении стволами ПУ упрежденной точки (расчетной точки встречи) анализ пребывания цели в зоне стрельбы (поражения) начинается с анализа относительной дальности, с которой можно начинать стрельбу. Для этого поступающее с лазерного дальномера значение текущей дальности D сравнивают с допустимой прицельной дальностью D^max_приц D < D^max_приц, а постоянно (с дискретностью счета) рассчитываемое в ВС значение упрежденной дальности D_у - с предельной баллистической дальностью D_y < D^max_бал. Следует заметить, что в общем случае и берется из таблиц стрельбы.

При невыполнении любого из двух вышеприведенных условий следует прерывание сигнала с третьего выхода ВС на третий (разрешающий) вход ПУ, и, например, загорается синяя лампочка (индикация первого типа). В БМП-3, например, такая блокировка осуществляется отключением: напряжение бортсети не поступает на электромагнит ударно-спускового механизма ПУ [2].

При вхождении цели в зону стрельбы (поражения) синяя лампочка гаснет, и начинается проверка: по допустимым углам подъема прибора наведения и пушки _y, по углу рассогласования между линией визирования и линией выстрела в горизонтальной плоскости , по угловым скоростям линии визирования _yD(_zD) и допустимой ошибке силового привода () соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

При невыполнении любого из вышеперечисленных ограничений второго типа сигнал на третий (разрешающий) вход ПУ не поступает, организуя таким образом запрет на стрельбу. При этом, к примеру, загорается красная лампочка.

И только при прохождении (выполнении) всей цепочки ограничений дается разрешение на стрельбу.

Поскольку выход на ограничения второго типа означает, как правило, выход из зоны стрельбы, то согласно п.3 и 7 формулы изобретения дополнительно может быть организован выход на схему разрешения (блокировки) системы сопровождения цели и наведения оружия. Другими словами, прекращаются расчет в ВС и отработка силовыми приводами (стабилизатором) упрежденной точки, а прибором наводчика - сопровождение цели.

Таким образом работает устройство разрешения стрельбы. Оно может быть построено на известных устройствах типа множительное устройство, сумматор и т.п., логических элементах типа "и", "или", примеры реализации которых широко приведены в соответствующей специальной литературе, например [4, 5].

Использование заявляемого способа и реализующей его системы обеспечит по сравнению с существующими следующие преимущества:

1. Более рациональное расходование боекомплекта и, соответственно, повышение эффективности стрельбы заданным боезапасом.

2. Улучшение эргономических характеристик системы за счет большей визуализации и информативности систем индикации, а в конечном счете, автоматизации БМ.

3. Предупреждение ударных, вибрационных режимов работы систем наведения оружия и сопровождения цели, перегрева двигателя.

Источники информации

1. Р.В.Мубаракшин, В.М.Балуев. "Прицелы воздушной стрельбы", учебное пособие, М., Издание ВВИА им.проф. Н.Е.Жуковского, 1968, стр. 85-90.

2. Комплекс вооружения 2К23 боевой машины пехоты БМП-3. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - Тула, КБП, 1997, стр. 1-10.

3. Патент России N 2087832. Бюллетень N 23 от 20.08.97г.

4. Е.А.Архангельский, А.А.Знаменский и др. "Моделирование на аналоговых вычислительных машинах". - Ленинград, изд. "Энергия", 1972,

5. Е.Д.Горбацевич, Ф.Ф.Левинзон. "Аналоговое моделирование систем управления", М., "Наука", 1984.