Научная статья на тему 'Разработка бортовых гироскопов противотанковых управляемых артиллерийских снарядов'

Разработка бортовых гироскопов противотанковых управляемых артиллерийских снарядов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
1128
504
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПРОТИВОТАНКОВЫЕ РАКЕТЫ / КОМПЛЕКСЫ АРТИЛЛЕРИЙСКОГО УПРАВЛЯЕМОГО ВООРУЖЕНИЯ / ПОРОХОВЫЕ И ПРУЖИННЫЕ ГИРОСКОПЫ / ЛАЗЕРНАЯ ПОЛУАКТИВНАЯ ГОЛОВКА САМОНАВЕДЕНИЯ / БОРТОВОЙ БЛОК СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ GPS/ГЛОНАСС / БЛОК ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ / ИНЕРЦИАЛЬНАЯ СИСТЕМА НАВЕДЕНИЯ / ANTITANK MISSILES / ARTILLERY GUIDED WEAPONS / SOLID-PROPELLANT AND SPRING-LOADED GYROSCOPES / LASER SEMI-ACTIVE SEEKER / ON-BOARD GPS/GLONASS TERMINAL / INERTIAL SENSORS UNIT / INERTIAL GUIDANCE SYSTEM

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Бабичев Виктор Ильич, Грязев Михаил Васильевич

Рассмотрены бортовые гироскопы противотанковых ракет и комплексов артиллерийского управляемого вооружения. Показано, что на основе малогабаритной элементной базы для измерения параметров движения снаряда и высокопроизводительного решения сложных навигационных задач реальной становится задача построения системы вывода снаряда в район цели по сигналам с бортового блока спутниковой навигационной системы GPS/ГЛОНАСС, комплексированного блоком инерциальных чувствительных элементов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Бабичев Виктор Ильич, Грязев Михаил Васильевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ON-BOARD GYROSCOPES WITH ANTITANK AND ARTILLERY GUIDED PROJECTILES

The article deals with on-board gyroscopes used with antitank missiles and artillery guided weapons. It shows that small-size elements approach to measuring projectile flight parameters and solution of sophisticated navigation tasks with high efficiency makes it real to bring a projectile to a target area by the signals generated by the on-board GPS/GLONASS terminal integrated with the inertial sensors unit.

Текст научной работы на тему «Разработка бортовых гироскопов противотанковых управляемых артиллерийских снарядов»

ГИРОСКОПЫ

УДК 531.383

РАЗРАБОТКА БОРТОВЫХ ГИРОСКОПОВ ПРОТИВОТАНКОВЫХ УПРАВЛЯЕМЫХ АРТИЛЛЕРИЙСКИХ СНАРЯДОВ

В.И. Бабичев, М.В. Грязев

Рассмотрены бортовые гироскопы противотанковых ракет и комплексов артиллерийского управляемого вооружения. Показано, что на основе малогабаритной элементной базы для измерения параметров движения снаряда и высокопроизводительного решения сложных навигационных задач реальной становится задача построения системы вывода снаряда в район цели по сигналам с бортового блока спутниковой навигационной системы ОР8/ГЛОНАСС, комплексированного блоком инерци-альных чувствительных элементов.

Ключевые слова: противотанковые ракеты, комплексы артиллерийского управляемого вооружения, пороховые и пружинные гироскопы, лазерная полуактивная головка самонаведения, бортовой блок спутниковой навигационной системы ОР8/ГЛОНАСС, блок инерциальных чувствительных элементов, инерциальная система наведения.

Гироскоп 9Б861, установленный на противотанковых ракетах «Фагот» и «Конкурс» [1], был первым образцом в истории противотанковых ракет, изготавливаемых АО «КБП».

Начиная с 1980 г. в АО «КБП» начался новый этап по разработке бортовых гироскопов. На рис. 1 представлена конструкция гироскопа 9Б861 для противотанкового снаряда, уже снятого с производства.

Отличительными чертами гироскопа 9Б861 являются:

- пружинный ротор;

- бесконтактный оптронный датчик;

- маятниковое устройство, подключающее оптронный датчик.

9

а б

Рис. 1. Бортовой гироскоп 9Б861: а, б - сечения по осям защелки и ротора соответственно; 1 - датчик; 2 - светодиод; 3 - растр; 4 - фотодиод; 5 - муфта; 6, 8,16 - пружины; 7 - основание; 9 - корпус; 10 — ГМ; 11, 29 - наружная и внутренняя рамки; 12 - ленточный плоский провод; 13, 22, 24 - подшипники; 14 - подпятник; 15 - ось; 17 - опора; 18 - упор; 19 - рычаг; 20 - защелка; 21 - зацеп; 23 - груз; 25 - пиротехнический толкатель; 26 - демпфер;

27 -вал ротора; 28 -обод ротора

Аналогов подобного гироскопа на указанный момент не существовало. Сравнительные характеристики порохового и пружинного гироскопов представлены в табл. 1. Как следует из табл. 1, по основным характеристикам пружинный гироскоп превосходит пороховой.

Таблица 1

Сравнительные характеристики порохового и пружинного гироскопов

Характеристика Пороховой 9Б827 Пружинный 9Б861

1 2 3

Тип датчика Контактный, ламельно-резисторный Бесконтактный, оп-тронный

Способ разгона ГМ Реактивный на пороховом газе совмещенного типа Пружинный совмещенного типа

Окончание табл. 1

1 2 3

Тип КП Внешний, рамочный Комбинированный, рамочный

Тип арретира «Винт-гайка», разаррети-рование при вращении ротора «Рычаг-стержневая защелка», пиротехнический толкатель

Допустимая перегрузка по оси наружной рамки, ед. 3500 5500

Максимальный уход наружной рамки за 20 с ±3,5° ±5°

Минимальное время складывания рамок, с 28 40

Проектная трудоемкость изготовления в серийном производстве, ч 18 12,5

Масса ГК, г 380 230

Габаритные размеры , мм 059x85 040x70

Год разработки 1978 1992

Второй вариант гироскопа представлен на рис. 2. Данный вариант гироскопа (гироскоп направления) применялся в артиллерийском управляемом снаряде «Краснополь», снятом с производства [2].

Рис. 2. Бортовой гироскоп для УАС «Краснополь»: 1 - ротор; 2 - заводная пружина; 3 - основание; 4 - зацепы; 5 - пружина; 6 - корпус; 7 - ось наружной рамки; 8 - барабан;

9 - ось внутренней рамки

11

Гироскоп направления выдерживает перегрузку в 10 000 ед. Ось 9 собственного вращения ротора смонтирована в скоростных подшипниках, являющихся кинематическим аналогом внутренней рамки карданова подвеса. Кардановый подвес обеспечивает ротору углы прокачки по вертикали до 50°.

Рассмотрим вариант лазерной полуактивной головки самонаведения для снаряда «Краснополь». На рис. 3 представлена рассматриваемая головка самонаведения. Общее количество наименований элементов электронной аппаратуры превысило 2000, а занимаемый ими объем равен 1,2 л.

Рис. 3. Лазерная полуактивная головка самонаведения для У АС «Краснополь»

Далее перейдем от старых конструкций гироскопов к новым, современным образцам.

Противотанковые комплексы вооружения. По противотанковым управляемым снарядам рассмотрим характеристики существующих и модернизированных образцов. Сравним гироскопы комплекса «Корнет-Э» (существующий вариант) и модернизированный вариант (комплекс «Кор-нет-В») (табл. 2).

Таблица 2

Характеристики комплексов _

Характеристики образца «Корнет-Э» «Корнет-В»

Дальность стрельбы, км 5,5 8,0

Максимальный уход наружной рамки гироскопа, град ± 7 ± 8

Минимальное время работы гироскопа, с 25 40

Усовершенствованный вариант гироскопа Нет Имеется

Модернизация гироскопа комплекса «Корнет-Э» касается оптимизации параметров, например, балансировки роторов, уточнения инерционных масс рамок гироскопа и пр. С учетом модернизации существующая конструкция пружинного гироскопа может применяться для будущих противотанковых снарядов.

Комплексы управляемого артиллерийского вооружения. Рассмотрим комплексы артиллерийского управляемого вооружения. Здесь следует выделить комплекс «Краснополь-М2» совместно с носимой системой управления огнем «Малахит». Состав указанного комплекса представлен на рис. 4 [3].

Пульт командира прицелом

Штатный метательный заряд

Комплекс средств автоматизированного управления огнем артиллерийских подразделений «Малахит»

Рис. 4. Состав комплекса «Краснополь-М2»

Сравнение характеристик УАС «Копперхед», «Краснополь» и «Краснополь-М2» дают преимущества комплексу «Краснополь-М2», что видно из табл. 3. Что же касается гироскопа направления для УАС «Крас-нополь-М2», то он модернизирован в части уменьшения габаритно-массовых характеристик, установки нового арретирующего устройства и введения бесконтактного оптического датчика.

Таблица 3

Сравнение характеристик УАС «Копперхед», «Краснополь» и «Краснополь-М2»

Характеристики УАС «Копперхед» (США) УАС «Краснополь» (Россия) УАС «Краснополь-М2» (Россия)

1 2 3 4

Масса снаряда, кг 62,6 51,3 54,3

Длина снаряда, мм 1370 1300 1200

Окончание табл. 3

1 2 3 4

Дальность стрельбы, км 15...16 19.20 24.26

Масса БЧ/ВВ, кг 22,5/6,7 20,5/6,3 26,5/11,0

Тип БЧ Кумулятивно-осколочная Осколочно-фугасная

Поражаемые цели Бронетанковая техника Бронетанковая техника и инженерные сооружения

Раскрытие рулей Одновременно всех четырех Одновременное или попарное в соответствии с заданной циклограммой

Способ ввода циклограммы в снаряд Вручную Автоматизированный

Наличие активного демпфирования планера Отсутствует Имеется на основе микромеханических гироскопов

Характер попадания в цель В точку подсвета В верхнюю проекцию цели

За рубежом отсутствуют снаряды, подобные снаряду «Краснополь», а образец, подобный УАС «Краснополь-М2», не планировался и не планируется к разработке [4].

Перспективные комплексы управляемого артиллерийского вооружения. Анализ тактико-технических требований к современному вооружению, опыт применения УАС «Краснополь-М2» в различных условиях позволили выработать ряд требований, направленных на дальнейшее совершенствование комплексов управляемого артиллерийского вооружения. Основными из этих требований являются:

- повышение дальности стрельбы управляемыми боеприпасами в 1,5 - 2 раза;

- обеспечение стрельбы в сложных рельефных и метеорологических условиях, в том числе при низкой облачности.

Обеспечить указанные требования на базе даже комплекса «Крас-нополь-М2», используемой в управляемых артиллерийских снарядах второго поколения, не представляется возможным. Действительно, для вывода разработанных в АО «КБП» снарядов типа «Краснополь-М2» в район

захвата цели головкой самонаведения используется система наведения на базе механического гироскопа. Указанный способ наведения обеспечивается разарретированием гироскопа в момент нахождения снаряда около вершины траектории. При таком наведении обеспечивается компенсация силы тяжести, в результате чего снаряд движется к цели по траектории с постоянным углом наклона к земной поверхности. Но даже при использовании указанных траекторий из-за уходов гироскопа такая система наведения может обеспечить приемлемую вероятность захвата цели лишь до дальности 20.. .25 км [5].

С учетом появления в последние годы как за рубежом, так и в России малогабаритной элементной базы для измерения параметров движения снаряда и высокопроизводительного решения сложных навигационных задач реальной становится задача построения системы вывода снаряда в район цели по сигналам с бортового блока спутниковой навигационной системы ОР8/ГЛОНАСС, комплексированного блоком инерциальных чувствительных элементов. Такая система позволяет избежать ограничений, связанных с выводом снаряда в район цели при стрельбе на большие дальности.

Применение системы вывода снаряда в район цели по сигналам с бортового блока спутниковой навигационной системы ОР8/ГЛОНАСС и блока инерциальных чувствительных элементов позволит [5]:

- повысить дальность стрельбы за счет использования на участке наведения в район цели оптимальных траекторий наведения;

- при использовании приемного блока спутниковой навигационной системы обеспечить достаточно высокую точность наведения;

- формировать траектории наведения с «нырком бод облака» и тем самым снять ограничения систем с лазерным полуактивным самонаведением, связанные с наличием облачности.

Состав перспективного комплекса управляемого артиллерийского вооружения. Для обеспечения принципа действия вышеуказанного комплекса управляемого вооружения требуются следующие комплектующие блоки:

- навигационная аппаратура ОР8/ГЛОНАСС;

- подсистема инерциального наведения;

- лазерная полуактивная головка самонаведения или радиолокационная.

Навигационная аппаратура ОР8/ГЛОНАСС (рис. 5) предназначена для определения пространственных координат и скоростей снаряда в полете по сигналам навигационных космических аппаратов ОР8/ГЛОНАСС, она решает навигационную задачу - определяет текущий вектор состояния снаряда, формирует и выдает в аппаратуру снаряда значения вычисленных кинематических параметров.

антен-\ приёмо-

Рис. 5. Блок навигационной аппаратуры

Подсистема инерциального наведения (рис. 6) разработана на базе блока инерциальных чувствительных элементов. Технические характеристики микромеханических преобразователей и датчиков соответствуют отечественным аналогам. Таким образом, подсистема инерциального наведения заменяет механический гироскоп направления. Конструктивно три-магнитометрических датчика и микропроцессор установлены на плате контроллера. Преобразователи угловой скорости и линейного ускорения выполнены в едином металлокерамическом корпусе.

Рис. 6. Блок инерциальных чувствительных элементов

В части лазерной полуактивной головки самонаведения усовершенствованных артиллерийских управляемых снарядов уменьшение ее габаритов произошло за счет уменьшения габаритов и объемов электронной аппаратуры (рис.7).

а б

Рис. 7. Сравнение различных вариантов ЛПГС: а - ЛПГСН и АЭ УАС «Краснополь»; б - ЛП ГСН и АЭ УАС «Краснополь-М2»

16

Для обеспечения функционирования модернизированной головки самонаведения применен метод «демодуляции - модуляции» [5].

УАС «Краснополь-Д». Примером высокоточного боеприпаса для стрельбы на большие дальности может служить снаряд «Краснополь-Д», характеристики которого представлены в табл. 4, здесь же для сравнения приведены характеристики УАС «Краснополь-М2»[6].

Таблица 4

Характеристики УАС «Краснополь-Д.» и «Краснополь-М2»

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Наименование характеристики Значение характеристики

УАС «Краснополь-Д» УАС «Краснополь-М2»

Длина снаряда, мм 1300 1200

Масса снаряда, кг 53 54,3

Тип боевой части Осколочно-фугасная

Масса БЧ/ВВ, кг 20/8 26,5/11,0

Система наведения: - на среднем участке траектории; - на конечном участке траектории Инерциаль-ное+спутниковое Самонаведение Инерциальное Самонаведение

Тип ГСН Лазерная полуактивная

Максимальная дальность стрельбы, км 43 26

Время работы снаряда, с 140 60

Вероятность прямого попадания в цель типа «танк» 0,8 - 0,9 0,8 - 0,9

Частость применения 0,70 - 0,80 0,6 - 0,7

Комплексное применение в УАС «Краснополь-Д» современных достижений в области инерциальной спутниковой системы наведения управляемых снарядов в совокупности с самонаведением на конечном участке траектории обеспечивает выполнение требований по дальности стрельбы артиллерийскими комплексами и высокоточное попадание в подвижные и неподвижные цели.

Таким образом, сопоставив снятые с производства, имеющиеся в наличии и перспективные бортовые гироскопы, можем сделать вывод, что инерциальная система наведения артиллерийских снарядов при выполнении современных требований к гироскопическим приборам может обеспечить требования по дальности стрельбы и высокоточные попадания в цель.

Противотанковые комплексы могут базироваться на модернизированных решениях по гироскопическим приборам.

Список литературы

1. Бабичев В.И., Горин В.И. Особенности конструкций гироскопов // Оборонная техника. 1994. № 5-6. С. 13-17.

2. Бортовые приборы вращающихся по крену летательных аппаратов / В.И. Бабичев, В.И. Горин, В. Д. Дудка, В.В. Кирилин, Д.М. Малютин,

B.Я. Распопов, В.Я. Филимонов // Гироскопия и навигация. 2007. № 1(56).

C. 36-46.

3. Бабичев В.И. Артиллерийское ВТО в России и за рубежом // Вооружение. Политика. Конверсия. 2007. № 4. С. 16-21.

4. Бабичев В.И., Рабинович В.И. «Краснополь-М2» - высокоточный комплекс нового поколения // Военный парад. 2009. № 1. С. 36-39.

5. Состояние и развитие высокоточного оружия Сухопутных войск РФ / В.И. Бабичев, М.В. Грязев, А.В. Игнатов, В.П. Танаев, А.В. Шигин // Материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной памяти В.П. Грязева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. С. 31-42.

6. Настоящее и будущее комплексов артиллерийского вооружения калибров 120/122, 130 и 152/155 мм / В.И. Бабичев [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ. 2017. 355 с.

Бабичев Виктор Ильич, д-р техн. наук, проф., гл. конструктор направления, [email protected], Россия, Тула, АО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А. Г. Шипунова»,

Грязев Михаил Васильевич, д-р техн. наук, проф., ректор, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

ON-BOARD GYROSCOPES WITH ANTITANK AND ARTILLERY GUIDED PROJECTILES

V.I. Babichev, M. V. Gryazev

The article deals with on-board gyroscopes used with antitank missiles and artillery guided weapons. It shows that small-size elements approach to measuring projectile flight parameters and solution of sophisticated navigation tasks with high efficiency makes it real to bring a projectile to a target area by the signals generated by the on-board GPS/GLONASS terminal integrated with the inertial sensors unit.

Key words: antitank missiles, artillery guided weapons, solid-propellant and spring-loaded gyroscopes, laser semi-active seeker, on-board GPS/GLONASS terminal, inertial sensors unit, inertial guidance system.

Babichev Victor Ilyich, doctor of technical sciences, professor, chief designer, rec-tor@,tsu. tula.ru, Russia, Tula, JSC «KBP named after Academician A. Shipunov»,

Gryazev Mikhail Vasilevich, doctor of technical sciences, professor, the Rector, chancellor, rector@tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 531.383

О СВОЙСТВАХ ДВИЖЕНИЙ СИММЕТРИЧНОГО ГИРОСКОПА ЭЙЛЕРА ПРИ ПРОИЗВОЛЬНЫХ НАЧАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЯХ УГЛОВ. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ С ПОМОЩЬЮ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ КИНЕМАТИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ ПУАССОНА

П.К. Плотников

Показано, что регулярная прецессия в симметричном гироскопе Эйлера не является единственным видом движения, а соответствует только общеизвестным согласованным между собой начальным углам Эйлера. При любых других начальных углах возникают движения, отличающиеся от регулярной прецессии. Получены также решения в углах Эйлера-Крылова. В частности, найдены условия («сильный удар» когда нерегулярная прецессия симметричного гироскопа Эйлера в углах Эйлера-Крылова происходит в направлении действия вращательного импульса, а знак угловой скорости собственного вращения меняется на обратный. Аналитические результаты подкреплены математическим моделированием.

Ключевые слова: симметричный гироскоп Эйлера, прецессия, углы Эйлера, уравнения Пуассона, вращение, математическое моделирование, нутация, углы Эйлера-Крылова, угловая скорость, удар, дрейф.

Постановка задачи. Решение задачи о движении по инерции симметричного гироскопа Эйлера (СГЭ) хорошо известно и изложено во многих трудах, в частности, в [1-3]. Это движение является регулярной прецессией, характеризуемой постоянным углом нутации между осью кинетического момента, совмещённой с осью инерциального базиса, и осью собственного вращения СГЭ. При этом угловые скорости прецессии и нутации постоянны.

Указанные свойства нашли применение в [4] в процессе подготовки эксперимента по проверке общей теории относительности с применением СГЭ и телескопа на ИСЗ при решении вопроса о выборе соотношений между главными моментами инерции, обеспечивающих очень малые угловые скорости прецессии. В эксперименте [5, 6] угловые скорости дрейфов составили величины менее 10-11 угл. град/час, что обеспечило с погрешностью менее 1 % справедливость теории Эйнштейна.

19

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.