CC BY
6
14. Гейс Э.А. Разработка регулятора квадрокоптера, входным воздействием которого является эквивалент вектора силы потенциального поля // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 11. С. 10-15.
15. Swarm of micro flying robots in the wild / X. Zhou [и др.] // Science Robotics. 2022. Т. 7.
16. Гейс Э.А. Разработка инструментария проектирования и моделирования многоагентных систем / Э.А. Гейс, О.О. Морозов // Материалы докладов III всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов организаций - ассоциированных членов РАРАН «Молодежь. Наука. Инновации в оборонно-промышленном комплексе». 2019. С. 87-93.
17. Евдокимов И.Н., Елисеев Н.Ю. Молекулярные механизмы вязкости жидкости и газа. Часть 1. Основные понятия. Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина, 2005. 59 с.
Гейс Эдуард Альбертович, инженер, младший научный сотрудник, edheiss73@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE VISCOSITY PROPERTY IN THE METHOD OF ORGANIZING A MULTI-AGENT SYSTEM MOTION
E.A. Heiss
The global tasks of terrain monitoring and object tracking posed to a multi-agent system are divided into many subtasks. One of the subtasks is the flight of a multi-agent system in an environment with many obstacles while preserving the geometrical structure of the swarm. The current implementation of the swarm thermal motion equivalent method, where the agent is understood as a physical object, does not allow to solve this sub-task. In this paper, we propose a component of the motion organization method that prevents changes in the relative position of the swarm agents. The simulation results show the workability of the proposed solution in terms ofpreserving the geometric structure of the swarm.
Key words: multi-agent system, thermal motion equivalent method, viscosity.
Heiss Edward Albertovich, engineer, junior researcher, edheiss73@gmail.com, Russian, Tula, Tula State University
УДК 623.593.5
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-38-43
РАЗРАБОТКА ПОДВИЖНЫХ МИШЕННЫХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ВОЕННОСЛУЖАЩИХ И СИЛ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Д.С. Абрамов, Н.М. Ватутин, В.В. Колтунов, А.С. Мелешко
Рассматривается вопрос разработки подвижных мишенных комплексов для огневой подготовки военнослужащих и личного состава силовых формирований. Конструкции комплекса обеспечивают перемещение мишеней максимально соответствующее реальному движению цели в боевых условиях как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. Комплексы могут быть использованы для стрельбы боевыми патронами в условиях стрельбищ, полигонов и тиров. Использование комплекса позволит существенно повысить уровень огневой подготовки военнослужащих и личного состава силовых формирований специального назначения.
Ключевые слова: подвижность, мишень, комплекс, подготовка, военнослужащие.
Одним из основных элементов подготовки военнослужащих и личного состава сил специального назначения является обучение их приёмам владения и эффективного применения оружия - огневая подготовка. По этой причине важнейшей сопутствующей задачей является разработка мишенных комплексов, соответствующих реальным условиям и обеспечивающих возможность применения штатного вооружения и боеприпасов.
Использование систем управления движением различного вида мишенных объектов, применяемых для обучения и тренировок личного состава стрельбе из стрелкового и артиллерийского вооружения, существенно повышает его боеготовность по сравнению с проведением учебных стрельб по неподвижным мишеням.
Достаточно распространенный способ управления перемещением подвижной мишени [1] заключается в перемещении по рельсовым направляющим посредством троса тележки, с установленной на ней мишенью. Обеспечивающее его устройство содержит рельсовые направляющие, тележку с мишенью, тяговый механизм, включающий привод, лебёдку и канат/трос, а также пульт управления. Недостатком данного способа является возможность перемещения мишени только в одном линейном направлении, и, таким образом, полную предсказуемость «поведения» мишенного объекта, что существенно снижает
уровень подготовки личного состава. Также к его недостаткам можно отнести большие материальные и трудовые затраты на монтаж, а также ремонт при возможном повреждении рельсовых направляющих средствами поражения, используемыми в процессе стрельбы.
Кроме того, известен мобильный комплекс для обучения приемам и тактике стрельбы мотострелковых подразделений [2], в котором перемещение мишени, закрепленной на опорных салазках, осуществляется непосредственно по грунтовой поверхности полигона. Управление перемещением подвижной мишени осуществляется посредством приложения к опорным салазкам мишени тягового усилия от лебёдки также посредством троса. Устройство для перемещения подвижной мишени содержит реверсивную тросовую лебёдку с приводом и выводами троса в сторону мишенного поля, салазки с установленной на них мишенью, имеющие узел зацепления троса, а также комплект аппаратуры управления и связи.
Данный способ, как и вышеописанный, обеспечивает возможность перемещения мишени только в одном линейном направлении, что является существенным их недостатком. Поведение мишени при тренировочной стрельбе также предсказуемо, а это существенно снижает уровень подготовки личного состава.
С целью устранения вышеуказанных недостатков специалистами ФКП «НИО «ГБИП России» для повышения уровня огневой подготовки личного состава в процессе его обучении и тренировок при стрельбе из стрелкового и артиллерийского вооружения было предложен способ управления перемещением подвижной мишени и устройство для его осуществления [3], обеспечивающие движение салазок с мишенью в границах мишенного поля по «случайной траектории», предварительно программно заданной на компьютере, входящим в состав аппаратуры управления.
Наиболее простой вариант выполнения предложенного способа, -тяговое усилие к салазкам прилагать попеременно в разных неколлинеарных направлениях. Например, посредством совместной регулируемой работы нескольких лебёдок, размещаемых в вершинах выпуклой геометрической фигуры, в частности трёх, размещённых в вершинах треугольника.
Устройство, реализующее предложенный способ, содержит минимум три тросовых лебёдки, устанавливаемых с возможностью поворота относительно вертикальной оси, салазки выполнены в виде тарелки с внешней отбортовкой выпуклого криволинейного профиля, в центре которой размещена вертикальная стойка-ось, на которой в свою очередь размещены с возможностью поворота вокруг неё минимум три узла зацепления троса, а также платформа для крепления мишени, при этом приводы лебёдок выполнены с возможностью бесступенчатого регулирования по частоте и направлению вращения посредством компьютера, дополнительно содержащегося в комплекте аппаратуры управления.
Приложение тягового усилия к салазкам попеременно в разных направлениях посредством совместной регулируемой работы нескольких лебёдок, позволяет обеспечить перемещения салазок с мишенью в направлении результирующего вектора скорости, приобретаемого вследствие разнонаправ-ленности векторов тягового усилия при одновременной работе на «тягу» двух лебёдок, или же непосредственно в направлении вектора «тяги» от одной лебёдки. При регулируемом управлении приводами лебёдок это позволит осуществлять заданное перемещение салазок с мишенью в пределах всей площади (треугольника) мишенного поля, т.е. мишень при движении можно переместить в любую точку.
Предлагаемая возможность поворота лебёдок относительно вертикальной оси даёт обеспечение постоянства угла сматывания тросов с их барабанов.
Исполнение салазок в виде тарелки с внешней отбортовкой выпуклого криволинейного профиля, предусмотрено для того, чтобы обеспечить их перемещение в любом направлении без опрокидывания, а также легко преодолевать при движении возможные препятствия. При достаточно большой площади опорной поверхности салазок будет обеспечено более низкое давление на грунт по сравнению с используемыми в настоящее время салазками саночного типа с полозьями, что положительно скажется на их «проходимости» по поверхности площадки полигона/стрельбища и позволит снизить энергозатраты на обеспечение тягового усилия лебёдок.
Размещение в центре тарелки (опорной поверхности салазок), т.е. практически на векторе проекции центра масс, вертикальной стойки-оси предусмотрено, в свою очередь, для установки на ней с возможностью свободного поворота вокруг оси минимум трёх узлов зацепления троса, а также платформы для крепления мишени. Свободный поворот узлов крепления осуществляется одновременно с поворотом лебёдок в соответствии с меняющимся по направлению вектором «тяги» (скорости) от конкретного троса. Поэтому исходная пространственная ориентация опорной поверхности салазок, и, соответственно, закреплённой на её вертикальной стойке платформы с установленной мишенью при любых перемещениях останется неизменной.
Бесступенчатое регулирование по частоте и направлению вращения посредством компьютера, дополнительно содержащегося в комплекте аппаратуры управления, приводов лебёдок в итоге обеспечит управляемое перемещение мишени по заранее определенной программе. При постоянной частоте вращения привода скорость намотки троса на барабан лебедки зависит от диаметра намотки (то же и при сматывании троса). Регулируемый привод позволит обеспечить оптимальные параметры этого процесса для каждой из используемых лебедок вне зависимости от текущего диаметра намотки. Схема предлагаемого мишенного комплекса показана на рис. 1, а схемы устройства тросовой лебёдки и салазок показаны на рис. 2 и 3.
Работа устройства показанного на рис. 1 осуществляется следующим образом. Реверсивные тросовые лебедки 1 (1', 1'') с регулируемыми приводами 2 (2', 2'') размещаются на мишенном поле в вершинах треугольника АВС. Выводы тросов 3 (3', 3'') от лебёдок направляются в сторону мишенного поля и сцепляются с салазками 4 посредством присоединенных к ним узлов зацепления 5 (5', 5'').
Рис. 1. Схема горизонтальной подвижной мишенной установки: 1 (1', 1'') - реверсивные тросовые лебедки, 2 (2', 2'') - регулируемые привода, 3 (3', 3'') - тяговые выводы тросы, 4 - салазки, 5 (5', 5'') -узлы сцепления с салазками, 6 - платформа с закрепленной мишенью 7, 8 - управляющий компьютер, А,В,С - вершины мишенного поля, D,E,F- вектора возможного перемещения салазок
2 - регулируемый привод; 4 - салазки выполнены в виде тарелки; 5 (5', 5'') - узлы зацепления тросов; 6 - платформа тарелки; 7 - мишень; 8 - платформа лебёдки; 9 - стойка (ось) лебёдки; 10 - опорная конструкция; 11 - подпятник; 12 - внешняя отбортовка выпуклого криволинейного профиля тарелки; 13 стойка (ось) тарелки; 14 - промежуточные подпятники
На платформе 6, установленной на салазках 4, закрепляется мишень 7. Компьютером 8 по намеченной программе, по проводным либо беспроводным линиям связи осуществляется управление регулируемыми приводами 2 (2', 2'') лебёдок 1 (1', 1''), естественно с учетом получаемой по обратным каналам связи информации с соответствующих датчиков о текущем натяжении тросов, скорости их намотки или сматывания с барабанов лебёдок и скорости перемещения салазок 4 и их местоположении. Потребность в наличии подобных датчиков для реализации способа очевидна. Векторами D, Е, F на схеме показаны возможные направления перемещения салазок 4 с мишенью 7 из текущей позиции по команде управления, переданной с компьютера 8 на приводы лебёдок 2 (2', 2'').
Так, при включении приводов лебёдок 2 и 2'' на намотку («тягу»), а 2' - на разматывание (съем каната), начальное перемещение из данной точки будет осуществляться в направлении вектора D; при включении приводов 2 и 2' на намотку («тягу»), а 2'' - на разматывание (съем каната), - в направлении вектора Е; при включении только привода 2 на намотку («тягу»), а 2' и 2'' - на разматывание (съем каната), - в направлении вектора F.
Предложенный способ и устройство для его осуществления позволяют мишени постоянно маневрировать при движении по мишенному полю, осуществлять перемещение салазок с мишенью по «случайной траектории» в границах мишенного поля что приближает процесс обучения к реальным боевым условиям, и существенно повысит уровень подготовки личного состава в процессе его обучения и тренировок при стрельбе из стрелкового и артиллерийского вооружения.
В тоже время имеются задачи обучения военнослужащих проведению штурмовых операций в городских условиях, когда основной их задачей становится уничтожение противника, укрывающегося в различных зданиях и сооружениях. В этом случает актуальной становится задача отработки поражения подвижных целей в оконных и дверных проёмах, т.е перемещающихся в вертикальной плоскости.
Анализ принципа действия и конструктивного исполнения описанного устройства показывает, что оно обеспечивает хорошее управление перемещением подвижной мишени по горизонтальному мишенному пространству, т.е. в горизонтальной плоскости. Однако, в случае его использовании в неизменном виде для управления мишенью в вертикальном пространстве (вертикальной плоскости) устройство обладает некоторой конструктивной избыточность.
Для устранения упомянутого недостатка специалистами ФКП «НИО «ГБИП России» было предложено для управления перемещением подвижной мишени в вертикальной плоскости использовать систему приводных устройств, состоящую не из трёх, а из двух лебедок с индивидуальными приводами и гибкими тягами, расположенных выше предполагаемой траектории перемещения мишени, а подвижный носитель мишени выполнить с весом, обеспечивающим натяжение гибких тяг приводных устройств [4].
Размещение двух лебедок с индивидуальными приводами и гибкими тягами выше предполагаемой траектории перемещения мишени позволяет (при вертикальном исполнении устройства) вместо силового фактора от третьей лебедки использовать вес подвижного носителя, т.е. имеющийся практически бесплатный ресурс - силу тяжести.
Количество лебедок здесь меньше, конструкция устройства при этом упрощается, по крайней мере за счет сокращения однотипных элементов, материальные и энергетические затраты на изготовление, монтаж и эксплуатацию естественно уменьшаются. Соответственно упрощается и программное обеспечение, т.к. вместо управления тремя приводными устройствами, здесь требуется обеспечить управление всего двумя.
Выполнение подвижного носителя с весом, обеспечивающим натяжение гибких тяг приводных устройств, компенсирует возможные остаточные деформаций гибких тяг при сходе их с лебёдок.
Гибкие тяги целесообразно выполнить из прозрачного материала, или из лент с ориентацией их кромок перпендикулярно плоскости заданного перемещения подвижного носителя. Со стороны стрелка, при достаточно большой дистанции стрельбы, тяги будут практически не видны. Предвидеть по их расположению возможное перемещение или появление мишени в соответствующей области мишенного пространства будет затруднительно, что положительно скажется на качестве стрелковой подготовки.
Приложение тяговых усилий к носителю попеременно в разных направлениях посредством совместной регулируемой работы двух лебёдок, размещенных выше предполагаемой траектории перемещения мишени, совместно с действием веса носителя, обеспечивает перемещение носителя с мишенью в направлении результирующего вектора скорости, приобретаемого вследствие разнонаправленности векторов тягового усилия при одновременной работе на «тягу» двух лебёдок, или же непосредственно в направлении вектора «тяги» от одной лебёдки, с учетом действия вектора веса носителя мишени.
При регулируемом управлении приводами лебёдок это позволит осуществлять заданное перемещение носителя, с размещенным на нем силуэтным изображением объекта поражения, в пределах всей площади мишенного пространства, т.е. мишень при движении в вертикальной плоскости можно переместить в любую точку.
Бесступенчатое регулирование приводов лебёдок по частоте и направлению вращения посредством компьютера, дополнительно содержащегося в комплекте аппаратуры управления, обеспечит оптимальные параметры этого процесса для каждой из используемых лебедок вне зависимости от текущего диаметра намотки гибкой тяги на барабан лебёдки.
На рис. 3 представлены принципиальные схемы устройства, размещаемого в оконном (мишень типа №4) и дверном (мишень типа №8) проемах. Для упрощения изображений линии энергопитания и информационных каналов управления приводами лебедок условно не показаны.
Данные иллюстрации возможности применения устройства не исчерпывают, при необходимости приводы лебедок, например, могут быть размещены на отдельных возвышенностях в горной местности, внутри и вне транспортных средств, отдельных вертикальных стойках, и т.п. Также могут использоваться и другие типы силуэтных мишеней, закрепляемых на носителе.
Носитель 1 с закрепленной на нем силуэтной мишенью 2 соединен с приводными устройствами - лебедками с индивидуальными приводами 3 и 3' посредством гибких тяг 4 и 4'. Натяжение гибких тяг 4 и 4' приводных устройств 3 и 3' обеспечено весом подвижного носителя 1.
Управление приводами лебёдок осуществляется с помощью введённого в комплект аппаратуры управления и связи компьютера 5, по проводным либо беспроводным линиям (на схеме не показаны). Векторами F1, F2, М^ на схеме показаны действующие на носитель силовые факторы, и возможные направления сопутствующих им перемещений носителя 1 с силуэтной мишенью 2 по команде управления, переданной с компьютера 5 на приводы лебёдок 3 и 3'.
Рис. 3. Схема вертикальной мишенной установки в оконном и дверном проёмах: 1 - носитель; 2 - мишень; 3,3' - реверсивные лебёдки с регулируемыми приводами; 4 4' - гибкие тяги;
5 - управляющий компьютер
Система приводных устройств 3 и 3' (лебедки с индивидуальными приводами и гибкими тягами 4 и 4') расположена выше предполагаемой траектории перемещения силуэтной мишени 2 с тыльной стороны оконного или дверного проема.
При достаточно большой дистанции стрельбы, со стороны тренирующегося стрелка условно показанные на данных иллюстрациях гибкие тяги 4 и 4' выполненные из прозрачного материала или из лент с ориентацией их кромок перпендикулярно плоскости заданного перемещения подвижного носителя 1, будут практически не видны.
Работа устройства осуществляется аналогично ранее описанному устройству.
Лебедки с индивидуальными регулируемыми приводами 3 и 3' размещаются в заданных позициях мишенного пространства (например, с тыльной стороны соответствующего стенного проема 6) выше предполагаемой траектории перемещения силуэтной мишени 2, и посредством гибких тяг 4 и 4' соединяются с носителем 1, на котором закрепляется мишень 2.
Компьютером 5 по намеченной программе, по проводным либо беспроводным линиям связи осуществляется управление регулируемыми приводами лебёдок 3 и 3', с учетом получаемой по обратным каналам связи информации с соответствующих датчиков о текущем натяжении гибких тяг 4 и 4', скорости их намотки или сматывания с барабанов лебёдок, скорости перемещения носителя 1 и его местоположении.
Таким образом, при посредстве предварительно запрограммированного компьютерного управления приводами лебёдок 3 и 3' осуществляется движение носителя 1 с мишенью 2 по заданной траектории, как по горизонтали, так и по вертикали в границах мишенного пространства.
Постоянное маневрирование мишени при движении в пределах заданного вертикального пространства, осуществляемое устройством, приближает процесс обучения к реальным штурмовым операциям в городских условиях, и существенно повысит уровень подготовки личного состава в процессе его обучения и тренировок при стрельбе из стрелкового вооружения.
Список литературы
1. Gibson M.H. Патент США US 20110031695 A1, F41 J 9/02, Moving target system for defensive training, appl. no. 12/322547, заявл. 04.02.2009, опубл. 10.02.2011; MIKE GIBSON MFG INC - 11 с.
2. Коновалов И.А., Ногтев Н.В. Патент РФ №60199 U1, F41J1/18, Мобильный комплекс для обучения приемам и тактике стрельбы мотострелковых подразделений, №2006133475, заявл. 19.09.2006, опубл. 10.01.2007 / ООО «Проектно-монтажная фирма «Энергострой». 8 с.
3. Сидоров М.И., Колтунов В.В., Дюпин Д.С. Патент РФ №2620245, F41J 9/00. Способ управления перемещением подвижной мишени и устройство для его осуществления, № 2016109653, заявл. 18.03.2016, опубл. 23.05.2017/ ФКП «НИИ «Геодезия». 12 с.
4. Колтунов В.В., Ватутин Н.М., Пересторонин А.М. Патент РФ №2778375, F41J 9/00, Устройство для управления перемещением подвижной мишени в вертикальной плоскости, № 2021123286, заявл. 02.08.2021, опубл. 18.08.2022/ ФКП «НИО «ГБИП России». 14 с.
Абрамов Дмитрий Геннадьевич, начальник участка, info@niogbip.ru, Россия, Красноармейск, Национальное испытательное объединение «Государственные боеприпасные полигоны России»,
Ватутин Николай Михайлович, канд. техн. наук, учёный секретарь, vatutin@niigeo. ru, Россия, Красноармейск, Федеральное казённое предприятие «Национальное испытательное объединение «Государственные боеприпасные полигоны России»,
Колтунов Владимир Валентинович, канд. техн. наук, доцент, ведущий научный сотрудник, v_koltunov@mail.ru, Россия, Красноармейск, Федеральное казённое предприятие «Национальное испытательное объединение «Государственные боеприпасные полигоны России»,
Мелешко Алина Сергеевна, инженер-конструктор, info@niosbip.ru, Россия, Красноармейск, Федеральное казённое предприятие «Национальное испытательное объединение «Государственные бо-еприпасные полигоны России»
DEVELOPMENT OF MOBILE TARGET COMPLEXES FOR THE TRAINING OF MILITARY PERSONNEL AND SPECIAL FORCES
D.S. Abramov, N.M. Vatutin, V.V. Koltunov, A.S. Meleshko
Abstract: The issue of developing mobile target complexes for fire training of military personnel and personnel of power formations is considered. The designs of the complex ensure the movement of targets as much as possible corresponding to the real movement of the target in combat conditions in both horizontal and vertical planes. The complexes can be used for firing live ammunition in shooting ranges, ranges and shooting ranges. The use of the complex will significantly increase the level offire training of military personnel and personnel of special purpose force formations.
Key words: mobility, target, complex, training, military personnel.
Abramov Dmitry Gennadievich, section foreman, info@niogbip.ru, Russia, Krasnoarmeysk, Federal state enterprise «National Testing Association «State Ammunition Ranges of Russia»,
Nikolay Mikhailovich Vatutin, candidate of technical sciences, scientific secretary, vatutin@niigeo.ru, Russia, Krasnoarmeysk, Federal state enterprise «National Testing Association «State Ammunition Ranges of Russia»,
Koltunov Vladimir Valentinovich, candidate of technical sciences, docent, leading researcher, v_koltunov@mail.ru, Russia, Krasnoarmeysk, Federal state enterprise «National Testing Association «State Ammunition Ranges of Russia»,
Meleshko Alina Sergeevna, design engineer, info@niogbip.ru, Russia, Krasnoarmeysk, Federal state enterprise «National Testing Association «State Ammunition Ranges of Russia»
УДК 623.522
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-43-49
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ВКЛАДНЫХ КРЕШЕРНЫХ ПРИБОРОВ
Н.М. Ватутин, В.В. Колтунов, Д.В. Чашин, А.С. Мелешко
Анализируются различные конструкции вкладных крешерных приборов для измерения давления пороховых газов при выстреле и предлагаются варианты их модернизации обеспечивающие многократное применение и снижающие себестоимость проводимых с их использованием испытаний.
Ключевые слова: крешерный прибор, пороховые газы, давление, датчик, измерительный элемент, пьезокварцевый датчик, намагниченность.
При разработке перспективных образцов и модернизации существующих артиллерийских систем, а также исследовании пороховых зарядов в процессе полигонных испытаний требуется проводить измерения высоких давлений пороховых газов в каморах артиллерийских орудий. В экспериментальной баллистике и для решения практических задач при исследованиях высокоэнергетических метательных веществ и определения величины их оптимальных навесок одним из основных видов измерений является измерение максимального давления в зарядной каморе и стволе при выстреле. В настоящем времени наиболее распространенным методом измерения такого давления был и остается крешерный метод. Это объясняется тем, что крешерное давление введено в действующую нормативно-техническую документацию на пороховые заряды и пороха, и по нему осуществляется оценка характеристик работы всех артиллерийских систем.
В известных устройствах, реализующих крешерный метод, максимальное значение давления пороховых газов определяют по величине осевой остаточной деформации измерительных элементов различной формы (цилиндрической, цилиндро-конической, сферической), выполненных обычно из меди, и размещенных в корпусе крешерного прибора. Конструкции традиционных крешерных приборов с цилиндрическим и сферическим измерительными элементами показаны на рис. 1-3.
