CC BY
151
МАШИНЫ, АГРЕГАТЫ И ПРОЦЕССЫ
УДК 531.373
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-10-3-28
СТАНОВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ГИРОСКОПИИ В ТУЛЕ
B.Я. Распопов
Изложена краткая история технических и научных разработок в области гироско-пии, раздела приборостроения, занимающегося построением систем ориентации, стабилизации и навигации.
Ключевые слова: ракета, система управления, комплекс вооружения, гироскопы: пороховой, ленточный, пружинный, линия визирования, гиростабилизатор силовой, индикаторный.
«Воевать, да строить, да растить хлеба- вот народа нашего судьба»
C. П. Непобедимый, Герой социалистического труда
чл.-корр. АН СССР, академик РАРАН «Прибор-тоже оружие» А. Г. Шипунов, Герой социалистического труда, академик РАН и РАРАН.
Противотанковые ракетные комплексы и гироскопы в системе управления. В середине 1950-х годов был разработан и принят на вооружение рядом стран франко-германский противотанковый ракетный комплекс(ПТРК) ББ-10 с ракетами, управляемыми по проводам. Подобные системы разрабатывались в Англии, Швейцарии, США, СССР и других странах. Разработки ПТРК продолжаются, в том числе и в России [1-2].
Аналогичный комплексу ББ-10, ПТРК «Шмель», был разработан в Коломенском Специальном конструкторском бюро(СКБ) под руководством его начальника и Главного конструктора Б. И. Шавырина (1902 -1965 гг.), и в 1960 г. принят на вооружение.
В том же году на вооружение был принят ПТРК «Фаланга», разработанный в течение 1958-1960 гг. под руководством главного конструктора А. Э. Нудельмана (1912-1996 гг.) в ОКБ-16 (г. Москва, впоследствии-Конструкторские бюро точного машиностроения (КБТМ) имени А. Э. Нудельмана).
ПТРК «Шмель» и «Фаланга» были тяжелыми комплексами, размещаемыми на боевых машинах и вертолетах.
Для применения в пехоте требовался носимый вариант ПТРК, что для того времени было сложной задачей.
Постановление правительства СССР о конкурсе на разработку носимого ПТРК вышло в июле 1961г. В конкурсе приняли участие СКБ (г. Коломна) и ЦКБ-14 (г. Тула).
Главным конструктором ПТРК «Малютка» (рис.1) был заместитель начальника СКБ С. П. Непобедимый (1921-2014 гг.). Ракета комплекса массой чуть больше 10 кг в полете вращалась со скоростью 8,5 об/с и имела полуавтоматическую одноканальную систему управления по трехжильному проводу. Одна из жил служила для передачи электроэнергии на борт ракеты, так как она не имела источника питания. Раскладка команд, формируемых в системе координат (СК), связанный с оператором- наводчиком в СК, связанную с вращающейся ракетой, осу-
3
ществлялась трехстепенным гироскопом (гироскопический раскладчик команд - гирокоорди-натор (ГРК)), ротор которого разгонялся гибкой лентой (ленточный гироскоп) во время старта ракеты (рис.2). В полете ротор вращался по инерции (на выбеге).
Рис. 1. Ракета ПТРК «Малютка»
Рис. 2. Гироскопический раскладчик команд комплекса «Малютка» (без ленточного механизма разгона и кожуха)
Тульским ЦКБ-14 в течение 1958-1962 гг. руководил В.В Науменко (1907-1989 гг.), до этого, с 1956 по 1958 гг. - директор Машиностроительного, в то время - станкостроительного, завода, на территории которого и располагалось ЦКБ-14. Начальником и главным конструктором ЦКБ-14 с 1962 г. стал А. Г Шипунов (1927-2013 гг.). В 1963 г. ЦКБ-14 переместилось на новую площадку К в Щегловскую Засеку. С 1966 г. ЦКБ-14 стало называться Конструкторским Бюро Приборостроения (КБП), в настоящие время - КБП имени академика А.Г. Шипунова.
Главным конструктором ПТРК «Овод» (рис.3) был Б.И. Худоминский, а главным конструктором системы управления З.М. Персиц (ЦНИИ-173).
В полёте ракета стабилизировалась по крену по командам датчика крена, ротор которого разгонялся газом от горящего порохового заряда внутри ротора по принципу реактивной турбины (пороховой гироскоп) (рис. 4), а затем вращался на выбеге.
Система управления - полуавтоматическая, двухканальная по проводной линии связи.
В дальнейшем гироскопы, в которых ротор практически мгновенно разгонялся за счёт импульса энергии, получаемой от стартующей ракеты (ленточный гироскоп), сгорающего порохового заряда (пороховой гироскоп), от спускаемой туго заведенной пружины (пружинный гироскоп), стали называть импульсными гироскопами.
По итогам сравнительных испытаний в 1962 г. на вооружение был принят ПТРК 9М14 «Малютка», который в СССР производился до 1984 г., в том числе на Тульском оружейном заводе (ТОЗ), а также по лицензии в 45 странах и, помимо лицензии, в Китае.
Рис. 3. Ракета ПТРК «Овод»
а) б)
Рис. 4. Датчик углов крена и тангажа ракеты ПТРК «Овод» с пороховым разгоном ротора: а - общий вид; б - гиромотор в сборе и его элементы
Немаловажно, что себестоимости ракеты ПТРК «Малютка» и черно-белого телевизора были сопоставимы.
Любопытное сообщение помещено в Internete о боевом применении ПТРК «Малютка» бойцами Хезболлы на границе Ливана и Израиля 6.09.2019 г, когда ракета комплекса в «клочья» разорвала Израильский броневик, который, видимо, был без экипажа, так как никто не пострадал.
Работа по комплексу «Овод» и по другим изделиям дала немалый опыт и уже в 1963 г. в ЦКБ-14 под руководством Н.Ф. Макарова (1914 -1988 гг.), автора знаменитого пистолета ПМ, началась разработка ПТРК «Фагот», принятого на вооружение в 1970 г. В дальнейшем и в настоящее время КБП является разработчиком прогрессивных и, зачастую, уникальных ракетных и ракетно-пушечных управляемых комплексов вооружения различного применения [3].
Гироскопическое приборостроение является важнейшей составляющей при разработки систем управления ракетами комплексов вооружения.
Гироскопическое приборостроение в ЦКБ-14 (КБП). Становление гироскопии в Туле связано с работой отдела гироскопической техники в ЦКБ-14.
Первым начальником отдела с 1958 по 1964 годы был Самуил Зейдович Вайнберг, участник Великой Отечественной Войны, закончивший её 27 - летним инженер-капитаном и имея боевые награды. В Туле он, по его рассказу, оказался в виде наказания за ошибку, допущенную при расчёте узла, приведшую к задержке разработки изделия в одном из Московских оборонных предприятий. Кстати, в Москву, место своего призыва в армию, Самуил Зейдович вернулся на трофейном мотоцикле.
С.З. Вайнберг, замечательный человек, талантливый инженер и мудрый руководитель организовал ритмичную, творческую работу отдела, состоявшего из конструкторского подразделения и лаборатории.
Работой конструкторов руководил Г.А. Савищев, который после переезда ЦКБ-14 в Щегловскую Засеку, ушел на Тульский оружейный завод (ТОЗ). Вместо него руководителем стал Е. М. Чибисов, опытный конструктор, веселый, легкий в общении человек.
Ни один из конструкторов в то время не имел профильной подготовки по гироскопии, но все имели добротное, советское, инженерное образование и находили ответы на возникавшие специфичные задачи по конструкции гироприборов. Задач было много, так как помимо конкурсного «Овода» в ЦКБ-14 велись разработки по другим изделиям, в том числе и с ракетами, вращающимися по крену, для которых разрабатывались различные варианты ГРК.
Велись и поисковые работы. Например, с одобрения С. З. Вайнберга ведущий конструктор М. Перченко параллельно с работой по ГРК с электрическим гиромотором (ГМ) проектировал гироскоп в виде сферы, внутри которой размещался электрический ГМ, а подвесом служила жидкость, подобно следящим сферам в морских гирокомпасах. К сожалению, эта конструкция гироскопа не была доведена из-за неудачи со статической балансировкой сферы в жидкости.
Начальником лаборатории был Ю. М. Кравченко, коллектив которой он сформировал практически полностью из выпускников Ленинградских институтов: электротехническо-го(ЛЭТИ), Точной механики и оптики(ЛИТМО), Военномеханического (Военмех им. Д. Ф. Устинова). В беседах со студентами выпускных курсов этих институтов Кравченко рассказывал об интересной и перспективной работе именно на предприятии оборонной промышленности, что в то время было весомым аргументом. Полностью молодежный коллектив лаборатории был увлечен работой. Начальнику достаточно было ставить задачи, назначать исполнителей и проверять результат.
К сожалению, Ю. М. Кравченко после переезда ЦКБ-14 в Щегловскую засеку перебрался работать на одно из предприятий в Красное Село под Ленинградом.
Работа в отделе была организована следующим образом. По основным размерам ГМ и рам карданова подвеса (КП), рассчитанным в лаборатории, конструктор разрабатывал чертежи и изготавливали детали прибора поступавшие на участок макетирования, «макетку», где слесари собирали прибор. В макетке колдовали слесари-сборщики высокой квалификации, у которых старшим был Владимир Васильевич Царев (1916-1988), герой социалистического труда (1962) и, кстати, мастер спорта по лыжным гонкам. Собранный прибор в лаборатории проходил стендовые и готовился к летным испытаниям, которые проходили с участием инженера лаборатории.
Для проведения предполетного контроля в составе ракеты и устранения возможных сбоев инженера сопровождали 2-3 слесаря - монтажника.
Телеметрические пуски ракет для определения точности работы гироприбора выполняли с вертикальным стартом безоблачными и безлунными ночами.
Методика определения точности-уход гироскопа, была простая и эффективная. На концах хвостового оперения ракеты устанавливали импульсные лампы, которые вспыхивали при каждом обороте ракеты по сигналу гироскопа с помощью контактного, кольцевого замыкателя. После-довательные вспышки фиксировались специальной фотоаппаратурой. По угловому перемещению линии, соединяющей точечные изображения вспышек на фотопластинке и определяли уход гироскопа.
Полет ракеты, особенно зимней ясной ночью с вылетающими из сопла догорающими частицами топлива и удаляющимися мигающими лампами на фоне звезд-зрелище завораживающее.
Отработка систем управления выполнялась при горизонтальном полете ракет ПТРК. Ракеты проходили через несколько мишеней. Параметры прохождения фиксировались аппаратурой контроля. После падения и разрушения ракеты ее части разлетались по значительной площади, которые искали и собирали работники полигона («полевики»). Найденные фрагменты тщательно изучали. У гироскопов, как правило, сохранялась целостность конструкции при деформированных рамках КП и разрушении некоторых элементов конструкции за исключением ротора.
Для всей последующей деятельности отдела гироскопической техники КБП исключительное значение имеют работы Бориса Сергеевича Фиолетова (1936-2007 гг.), выпускника МВТУ им. Н. Э. Баумана. Он выполнил первые расчеты и предложил конструкцию порохового ГМ с реактивным разгоном ротора. Первый пружинный ГМ для оценки его возможностей также был предложен и изготовлен по расчетам Б. С. Фиолетова (рис. 5,6).
6
Рис. 5. Гироузел с пружинным гиромотором: 1 - ротор; 2 - пружина; 3 - рамка
Рис. 6. Элементы гироузла: 1,2 -элементы корпуса ротора; 3 -пружина; 4 - ось вращения ротора с зацепом для внутреннего конца пружины; 5 - рамка
С. З. Вайнберг и Б. С. Фиолетов в 1964 г. уволились и работали в ЦНИИ Точмаш (г. Климовск), а затем в Москве, С. З. Вайнберг в КБТМ, а Б. С. Фиолетов в ЦНИИХМ.
Начальником отдела с 1964 по 1974 годы был Е. Б. Чекалин. К этому времени в отделе из выпускников Ленинградских вузов остались Карпов Л. А. (ЛЭТИ), Распопов В. Я. (ЛИТМО), Павлюк Т. А. (ЛИТМО), которая работала в конструкторской группе Б. М. Чибисова, наряду с Б. А. Александровым, В. М. Сусликовым, З. П. Трегубовой, Д.Н. Нехаевым и др. Л. А. Карпов, основной знаток теории гироскопов в отделе, уволился в 1969 г., а В. Я. Распопов поступил в аспирантуру на кафедру «Гироскопические приборы и устройства (ГПиУ)» Тульского политехнического института в 1965 г. В том же году в отдел пришел В. И. Горин (1937-2021 гг.) из первого выпуска инженеров по специальности «Гироскопические приборы и устройства» (из студентов переквалификантов), который впоследствии внес выдающийся вклад в создание гироскопической техники в КБП.
Более чем 10-летняя работа отдела по гироприборам с пороховым ГМ завершилась в 1970 г. приемкой на вооружение ГРК 9Б61(рис.7) в составе ПТРК «Фагот». Этот же ГРК впоследствии был применен в ракете ПТРК «Конкурс».
В 1970 г. в КБП началась разработка ПТРК «Конкурс», который был принят на вооружение в 1974 г. Ракета комплекса имела большие калибр и бронепробиваемость по сравнению с ракетой ПТРК «Фагот», но система управления и гироскоп 9Б61 оставались прежними. Пороховой гироскоп при габаритах 062х85 мм имел массу 300 г.
Время работы ГРК на вращающихся по крену ракетах ограничено временем складывания рам, в течение которого гироузел под действием односторонне направленного момента трения по оси вращения наружной рамы КП прецессирует и его рама соприкасается («ложится на упоры») с наружной рамой КП. Гироскоп теряет устойчивость. Гироскоп 9Б61 при продольной перегрузке ракеты 1000 ед. время складывания рам имел не менее 30 с.
I 2 з 4
Рис. 7. ГРК 9Б61:1 - пороховой ГМ во внутренней рамке (гироузел); 2 - наружная рама КП;
3 - корпус (со снятым кожухом), 4 - коллектор и токосъёмники («мухолапки»)
ламельного датчика вращения
К этому времени все более очевидным становилась необходимость перехода от пороховых ГМ к пружинным по следующим причинам:
- отсутствие температурных деформаций и засорения подшипниковых опор и монтажа продуктами горения, как в гироскопах с пороховым гиромотором;
- стабильность осевых и радиальных люфтов в подшипниковых опорах, что обеспечивает сохранение технологических параметров, моментов трения и моментов дебаланса по осям подвеса гироскопа;
- стабильность характеристик гироскопа в большом диапазоне температуры окружающей среды;
- возможность многоразовых проверок гироскопа в процессе его сборки, настройки и, как следствие, высокая надежность работы.
Были выполнены необходимые расчеты, предложена, вероятно первая в СССР, конструкция ГРК с пружинным ГМ [4] и проведена сравнительная оценка параметров гироскопов с различными типами гиромоторов (табл.1).
Таблица 1
Сравнительная оценка параметров гироскопов с различными типами импульсных __гиромоторов_
Параметры гироскопа Схема гироскопа по виду схемы запуска гиромотора
Разгон тросиком, лентой Пороховой Пружинный разгон
Реакт. турбина Акт. турбина
Добротность 2,0-4,0 6,2-13,5 3,0-5,0 2,4-3,1
Время разгона ротора, с * 0,1-0,25 0,2-0,3 0,015-0,04
Макс. перегрузка, ед 40 5500 800 5500
Трудоемкость изготовления, норм. час** 8,0 12,0 12,5 8,0
Примечание: * - соответствует времени движения ПТУР по направляющей, ** - расчетная для крупносерийного производства
В конце 1960-х годов в отделе, совместно с кафедрой ГПиУ, были начаты работы по исследованию возможности построения гироскопа курса и тангажа (гироскоп направления (ГН)) с ротором, вращаемым через шарнир Гука (ШГ) [5]. В ходе работы стало ясно, что гироскоп на ШГ должен быть дополнен гиромотором, скорость вращения которого не зависит от переменной скорости вращения выходной оси ШГ. По сути, это уже схема гироскопа с вращающимся внутренним КП, широко используемая в разработках КБП.
Кстати, в этой работе активное участие принимал студент последнего года обучения на кафедре ГПиУ В. Я. Филимонов, который после выпуска в 1972 г. пришел в отдел.
В течение 1973-1984 гг. отделом гироскопической техники руководил выпускник 1966 года кафедры САУ ТулПИ В. И. Бабичев.
К этому времени была начата работа по пороховому гироскопу 9Б827 для ракеты ПТРК «Кастет», который был принят на вооружение в 1981 г. Особенность этого комплекса заключается в том, что ракета стартует из ствола пушки или танка (ствольный запуск). При ствольном, в отличие от контейнерного запуска («Фагот», «Конкурс»), ракета с гироприбором занимают произвольное положение относительно местной вертикали. В ГРК 9Б827 было применено маятниковое устройство, с помощью которого датчик угла гироскопа выставлялся по линии местной вертикали. При выстреливании ракеты маятник отсоединился от гироскопа.
В пороховом ГРК 9Б175 для ракет ПТК «Рефлекс» была применена конструкция двойного маятника, позволившего сократить время и увеличить точность выставки датчика угла гироскопа по линии местной вертикали.
Результаты исследования маятниковых ориентаторов позже были опубликованы [6].
Характеристики ГРК 9Б827 и 9Б175 приведены в табл. 2
Таблица 2
Характеристики ГРК ПТРК «Кастет» и «Рефлекс»_
Характеристика Тип и значение характеристики
9Б827 9Б175
Тип гиромотора пороховой пороховой
Тип датчика угла ламельный оптронный
Маятниковое устройство одинарный маятник двойной маятник
Масса, г 380 325
Габариты, мм 059х77 047х89
Время складывания рам, не менее, с 25 30
Продольная, стартовая перегрузка ракеты, единиц 3000 5000
ГРК 9Б175 был последней разработкой гироприборов с пороховым ГМ, результаты теоретических, расчетных и экспериментальных исследований которых были частично опубликованы, например, [7, 8].
В 1980г. была начета разработка ГРК с пружинным ГМ для ракеты ПТРК «Вихрь» с контейнерным запуском для вооружения штурмовой авиации, вертолетов и малых надводных кораблей. Расчетно-теоретические [10] и экспериментальные работы по пружинному ГМ были начаты раньше.
Создание малогабаритных гироскопов с пружинным гиромотором стало возможным благодаря освоению промышленностью производства высокопрочного сплава 40 КХНМ для пружин и обеспечению возможности их хранения в заведенном состоянии не менее 10 лет. Кроме того, промышленностью освоено производство малогабаритных элементов оптронных датчиков, применение которых в импульсных гироскопах резко позволило снизить вредные моменты и разрабатывать ГМ с малыми кинетическими моментами.
К 1985 г. был разработан ГРК с пружинным ГМ, обеспечивающим разгон ротора до (25000-30000) об/с и время складывания рам (рамок) КП не менее 40 с. Прибор выдерживает 1000 единиц стартовой перегрузки и при массе 230 г имеет габаритные размеры 64х85 мм.
ГРК имеет оригинальную конструкцию гироузла с двумя ГМ и внутренней рамкой в виде диска с втулкой, внутри которой на подшипниках установлена общая ось вращения гиромоторов. В 1988 г. комплекс был принят на вооружение.
Подробное описание разработок отдела в этот отрезок времени содержится в работе
[8].
В течение 1983-2002 гг. начальником отдела был В. И. Горин (1937 -2021 гг.). В 1984 г. вышло правительственное постановление о разработке ПТРК «Рефлекс-М», с ракетой «Инвар», управляемой по лазерному лучу (принцип «выстрелил и забыл»), принятой на вооруже-
ние в начале 1990 года. Для ракеты Гориным В. И., Анисимовой Н. А., Нехаевым Д. Н., Трегу-бовой З. П. был разработан ГРК 9Б861. Конструкция гироприбора аналогична ГРК комплекса «Вихрь», но в меньших габаритах и с маятниковым устройством выставки растра оптоэлек-тронного датчика угла по вертикали места.
В 1987 г. в КБП начата разработка ПТРК «Корнет», завершившаяся в 1994г. с ракетой, увеличенной бронепробиваемости, для которой был разработан ГРК 9Б865. В этом приборе пружинный ГМ, карданов подвес, арретирующее устройство и оптронный датчик угла унифицированы с ГРК 9Б861. Так как ракета комплекса с контейнерным пуском, отпала необходимость в маятниковом ориентаторе. Кроме того, были уменьшены масса и габариты ГРК, так как новая ракета имеет меньшую стартовую перегрузку по сравнению с ракетой «Инвар».
В таблице 3 приведены технические характеристики обоих ГРК.
Таблица 3
Характеристики ГРК ПТРК «Рефлекс-М» и «Корнет»_
Характеристика Типы и значения характеристик
9Б861 9Б865
Тип гиромотора пружинный пружинный
Тип датчика угла оптронный оптронный
Маятниковый ориентатор одинарный маятник отсутствует
Масса, г 380 300
Габариты, мм 04Ох76,5 036х6О,5
Время складывания рам, не менее, с 33 50
Общие виды ГРК 9Б861 и 9Б865 показаны на рис.8.
Ж
Рис. 8. ГРК 9Б861 (слева) и 9Б865
Разработка ГРК для комплексов вооружения нового поколения сопровождалась многообразной аналитической работой [9-11], комплексные результаты которой изложены в монографии [12], в которой приведены математические модели динамики гироприборов, методики их проектирования и примеры проектировочных расчетов.
В комплексах вооружения с артиллерийскими управляемыми снарядами (АУРС) в состав бортовой аппаратуры управления входит гироскоп курса и тангажа, называемый гироскопом направления (ГН) и головка самонаведения (ГСН). Наиболее существенное влияние на конструкцию ГН оказывает вид пуска боеприпаса. При использовании ГН в боеприпасе, выстреливаемом из ствола пушки под углом к горизонту с перегрузкой до 10000 единиц, включение системы управления, запуск пружинного ГМ и разарретирование ГН происходит вблизи вершины траектории полёта. Затем полет боеприпаса происходит по корректируемым сигналам ГН по баллистической траектории до входа его в зону захвата цели ГСН. При таком полете аппаратура управления испытывает небольшие, около двух единиц, перегрузки. Для АУРС «Краснополь» принятого на вооружение в 1985 г., ГН был разработан В. Я. Филимоновым [13] по схеме трехстепенного гироскопа с пружинным ГМ и внутренним КП. Вектор кинетического момента ГМ ориентирован вдоль продольной оси боеприпаса. ГН 9Б838 показан на рис.9.
Рис. 9. ГН 9Б838
Для АУРС «Китолов», принятого на вооружение в 2002 г., был разработан, с определяющим вкладом В. И. Горина, ГН 9Б891 (рис. 10) с уменьшенными по сравнению с ГН АУРС. «Краснополь» габаритами и массой.
Рис. 10. ГН9Б891
ГН 9Б891 при наличии углового рассогласования между вектором кинетического момента ГМ и продольной осью боеприпаса выполняет функцию ГРК и, кроме того, вырабатывает команду на компенсацию веса боеприпаса при его движении на нисходящем участке траектории полета. Уход (дрейф) ГН в вертикальной плоскости не более 0,15 град/с, а в горизонтальной -не более 0,1 град/с.
Для перспективного, высокодинамичного АУРС был разработан ГН по схеме трёхстепенного гироскопа с внутренним КП, через который при разгоне передаётся вращающий момент от пороховой реактивной турбины, построенный на основе порохового ГМ. Особенностью конструкции (рис.11) [14] является плоский торец дискообразного ротора, за которым находится стенка корпуса прибора. Зазор между ними определяется углами прокачки ротора.
г е —
I
Рис. 11. Общий вид ГН со снятым кожухом
При разработке прибора был обнаружен и исследован, так называемый, «эффект пеленга», который позволяет выполнять динамическую настройку ГН и обеспечить его дрейф менее 0,1 град/с.
С 2002 г. отдел гироскопической техники, который к настоящему времени на 80% состоит из выпускников кафедры ПУ ТулГУ, возглавляет В.В. Кирилин, выпускник 1990 года этой же кафедры.
Коллектив отдела работает над разработкой и совершенствованием гироприборов для созданных и новых комплексов вооружения в направлении увеличения точности, надежности при ужесточении условий применения. О некоторых разработках отдела сообщается в статье
[15].
В связи с работами по АУРС в 1986 г. был организован отдел по головкам самонаведения. Начальником отдела был назначен В.Я. Филимонов, выпускник 1972 г. кафедры ГПиУ (сейчас ПУ) ТулПИ.
Совместно с Ленинградским оптико-механическим объединением (ЛОМО) (оптическая часть) была разработана линзовая, полуактивная ГСН для АУРС «Краснаполь» [16] (рис.12).
] 2 3 4 5 6 1X9
Рис. 12. Конструкция лазерной полуактивной ГСН АУРС «Краснополь»: 1 - катушка коррекции; 2 - внутренний КП; 3 - пружинный двигатель (стартер); 4 - подшипниковый узел; 5 - корпус гиропривода; 6 - корпус; 7-- блок электроники; 8, 9 - элементы арретира, 10 - фото-приемное устройство; 11 - стекло; 12 - объектив; 13 - обтекатель;
14 - светофильтр; 15 - ротор
Самонаведение АУРС происходит по отраженному от цели лазерному лучу. Лазерную подсветку производит оператор прибором целеуказателем.
Совершенствование комплексов АУРС требует модернизации ГСН, которую выполняют сотрудники отдела, в настоящие время состоящего более чем на 50% из выпускников кафедры ПУ ТулГУ.
Обобщенные сведения о разработках КБП в области гироскопического приборостроения приведены в работе [17].
Гироскопическое приборостроение в АО «НПО «Сплав» имени А.Н. Ганичева (Государственное Научно-производственное предприятие (ГНПП) «Сплав». ГНПП
«Сплав», является важнейшим центром становления и развития гироскопии в Туле, на котором созданы уникальные реактивные системы залпового огня (РСЗО) [18]. В 1975 г. на вооружение была принята РСЗО «Ураган» главного конструктора А.Н. Ганичева (1918 -1983 гг.), а в 1987 г. РСЗО «Смерч» главного конструктора Героя социалистического труда Г.А. Денежкина (19322016 гг.). До сих пор эти РСЗО обладают самой большой огневой мощью в мире по сравнению с зарубежными аналогами.
Большая прицельная дальность стрельбы реактивных снарядов (снаряд) РСЗО «Смерч» обеспечена применением в снарядах бортовой системы коррекции начального участка траектории, основанной на угловой стабилизации направления продольной оси снаряда, заданного направляющей пусковой установки. Чувствительным элементом ситемы угловой стабилизации (СУС) является гироскопический измеритель угловых перемещений (ИУП) продольной оси снаряда.
Для разработки ИУП в конструкторском отделе (начальник Макаров) была организована лаборатория (руководитель В.Д. Зайцев), в которой впервые в мировой практике создан гироскопический ИУП с гидродинамическим подвесом сферического ротора-поплавка (рис.13) для СУС вращающихся снарядов РСЗО.
Рис. 13. ИУП с разрезом и общий вид
Теоретическим основанием разработки было доказательство устойчивости гидродинамического привода ротора, имеющего в невращающейся поддерживающей жидкости остаточный вес [19].
В процессе разработки была обоснована на базе экспериментальных исследований работоспособность гироприбора при частичном заполнении жидкостью полости, в которой размещается ротор-поплавок, что позволило осуществить сохранение его нулевой плавучести в заданном интервале температур и исключить необходимость термостатирования ИУП.
Новые технические решения защищены авторским свидетельством (АС) СССР в 1975 г. [20], основные из которых следующие:
- разработан полый сферический ротор-поплавок, сохраняющий стабильность формы и геометрии, что обеспечивает стабильность характеристик ИУП;
- разработана конструкция вращающийся немагнитной камеры с устройством стабилизации плавучести ротора-поплавка и регулируемым размером для обеспечения минимальной величины перекрестной связи;
- разработана приборная жидкость для заполнения гидродинамического подвеса с высокой плотностью и малой вязкостью, низкой температурой замерзания и массовой долей воды не более 0,004%.
- разработана конструкция магнитоэлектрического датчика съема информации, имеющего кольцевой поперечно поляризованный магнит в экваториальной плоскости ротора-поплавка и сигнальные обмотки, размещенные в корпусе ИУП в каркасе из электроизоляционного материала;
- совместно с Конструкторским Бюро специальных сплавов (г. Москва) для кольцевого магнита разработан сплав, обладающий стабильностью магнитных и механических характеристик и допускающий любые способы обработки (литье, штамповка, точение и др.). За эту разработку В.Д. Зайцев в составе авторского коллектива в 1990 г. удостоен Государственной премии СССР;
- разработаны новые технологические решения по изготовлению и контролю размеров высокоточных сферических поверхностей, по намагничиванию и стабилизации магнитных параметров кольцевого магнита.
ИУП имеет постоянную времени (0,8-1,0 с) и чувствительность к угловой скорости 0,03 град/с.
Динамическая особенность ИУП с гидродинамическим подвесом ротора-поплавка заключается в том, что при частоте поперечных колебаний снаряда больше собственной частоты гироскопа ИУП является измерителем угловых колебаний. Если колебаний снаряда или пусковой установки, на которой он находится, меньше собственной частоты гироскопа. ИУП измеряет угловые скорости колебаний снаряда. Эта особенность может быть использована при разработки СУС снаряда.
В дальнейшем работа отдела (начальник Г.М. Лошневский) была сосредоточена на организации и техническом сопровождении серийного производства ИУП.
При сохранении конструктивной схемы возможно повышение точности ИУП увеличением постоянной времени гироскопа и коэффициента передачи-отношения: угол поворота ротора/выходной сигнал. Очевидно, для увеличения постоянной времени нужно увеличить осевой момент инерции ротора и уменьшить жидкостное демпфирование, например, уменьшением массовой доли воды в фторорганической жидкости (хладон) до значения не более 0,002%. Увеличение коэффициента передачи может быть достигнуто внесением конструктивных изменений, обеспечивающих уменьшение рассеивания магнитного потока кольцевого магнита [21,22]. Этими мерами достигается также уменьшение нулевого сигнала (шум).
В 2003 г. коллектив авторов: Барычева Т.П., Зайцев В.Д., Маслова Л.А., Седых В.С. (ГНПП «Сплав»), Гельфонд М.А., Розен И.С (г. Челябинск), Распопов В.Я. (ТулГУ) был отмечен премией имени С.И. Мосина за работу «Гироскопический измеритель угловых перемещений со сферическим гидродинамическим подвесом для реактивных снарядов РСЗО» по совокупности следующих результатов:
- разработана математическая модель, которая с достаточной для практики точностью отражает связь конструктивных и эксплуатационных параметров с учетом гидродинамических явлений в сферическом подвесе, технологических погрешностей изготовления и внешних воздействий;
- в результате исследования влияния конструктивных и эксплуатационных параметров на постоянную времени, коэффициент перекрестной связи, крутизну характеристики, диапазон измерения, время готовности найдены конструктивные размеры и технологические допуски и выявлены их рациональное сочетания, обеспечивающие высокое значение указанных показателей функционирования;
- разработан алгоритм проектирования и расчета ИУП, разработана и внедрена программа на ЭВМ;
- разработаны новые методы и средства функционального контроля элементов и ИУП
в целом.
Некоторые итоговые результаты работ по ИУП с гидродинамическим гироскопом приведены в работах [23,24].
Наряду с совершенствованием серийного ИУП в конструкторском отделе (Начальник Г.М. Лошневский) была выполнена разработка ИУП по схеме трехстепенного гироскопа на сферическом шарикоподшипниковом подвесе (СШПП) (рис.14), в качестве которого применен двухрядный сферический шарикоподшипник 4-851064Ю. В конструкции использован корпус с катушками датчика съёма информации от серийного ИУП, а также сохранен принцип работы магнитоэлектрического датчика.
Поперечно поляризованный магнит встроен в латунный ротор с большим осевым моментом инерции. Для разгона ротора, после которого он вращается на выбеге, использован двигатель постоянного тока [5].
Расчёты и испытания [26], проведённые в ГНПП «Сплав» и на кафедре ПУ ТулГУ, показали возможность разработки ИУП на ШПП ротора с постоянной времени не менее 50 с. и собственным дрейфом, не превышающим 0,05 град/с.
В это же время в отделе Ю.К. Ганова шла разработка ГРК на базе трёхстепенного гироскопа в кардановом подвесе с ротором, который разгонялся от внешнего порохового аккумулятора давления по принципу активной турбины. Испытания прибора, подтвердившие его работоспособность, были проведены в лаборатории кафедры «Ракетостроения» ТулГУ. Некоторые результаты этой работы опубликованы [27].
В начале 2000-х годов в лаборатории А.П. Маркова была начата разработка датчика угловых скоростей (ДУС) по схеме одноосного роторного вибрационного гироскопа (РВГ) для использования в СУС снарядов небольшого калибра. Был изготовлен макетный образец РВГ. Имеющий патентную защиту.
Одновременно, совместно с кафедрой ПУ ТулГУ, выполнялась работа по изучению возможности применения для демпфирования поперечных колебаний снаряда микромеханического ДУС, разработанного в ЦНИИ «Электроприбор» (г. С.Петербург) [28].
Эти работы завершились лётными испытаниями 23.12.2007 г. На борту снаряда находились штатный ИУП, РВГ (ГНПП «Сплав») и блок 303МАВ-150 (ЦНИИ «Электроприбор»): микромеханический ДУС и акселерометр.
Цифровая телеметрия проводилась на первых пяти секундах полёта, далее аналоговая.
Результат цифровой телеметрии штатного ИУП приведён на рис. 15, из которого следует, что выходной сигнал представляет собой модулированный частотой вращения ротора гироскопа сигнал.
Рис. 14. ИУП с шарикоподшипниковым подвесом ротора. Общий вид и основные сборочные единицы: 1 - корпус с катушками датчика съёма информации (унифицирован с серийным ИУП); 2,3 - соленоид и диск узла арретирования и разгона ротора; 4 - ротор на ШПП;
5 - электродвигатель
'0423"~ 231 И гГ~5 ~25 1&1 26.5 £
- I --
Рис. 15. Показания штатного ИУП
Цифровая телеметрия показала следующее:
Сигнал экспериментального РВГ по своей огибающей соответствует показаниям штатного ИУП.
Показания гироскопа блока 303МАВ-150 на участке полета с момента старта и до 23,9 с (с момента включения телеметрической аппаратуры) совпадают с показаниями ИУП. С 23,9 по 24,3 секунды показания гироскопа 303МАВ-150 противофазны демодулированному сигналу с ИУП. С 24,3 по 25,6 секунды показания гироскопа качественно соответствуют демодулиро-ванным показаниям ИУП, однако имеется переменное во времени смещение нулевого сигнала. Причина поведения гироскопа на участке с 25,6 по 25,9 секунды достоверно не установлена. С
25,9 секунды до конца читаемых данных цифровой телеметрии показания гироскопа качественно соответствуют демодулированным показаниям ИУП, однако имеет место переменное смещение нулевого сигнала и небольшое фазовое запаздывание.
По результатом испытаний была выполнена доработка микромеханического ДУС, который может быть применен в СУС вращающихся изделий.
В дальнейшем, в связи с тем, что снаряды малого калибра стали управляемыми, отпала необходимость в СУС. Однако не исключена возможность применения СУС для неуправляемых снарядов меньших калибров.
РСЗО «Град», «Смерч» находятся на вооружении и совершенствуются по многим направлениям.
В 2012 г. началось производство РСЗО «Торнадо», которая имеет ГЛОНАСС - навигатор в пусковой установке и компьютеризированный баллистический вычислитель. Система управления имеет автономную инерциальную коррекцию траектории полёта по тангажу и рысканью.
Таким образом, ГНПП «Сплав» остается на передовых направлениях развития гиро-
скопии.
Научно - технические и учебные разработки кафедры «Приборы управления» Тульского государственного университета в области гироскопии и навигации. Становление развития образования и науки в области гироскопии и навигации связано с организацией в 1961 г. в Тульском механическом институте кафедры «Гироскопические приборы и устройства», в настоящие время «Приборы управления».
Организатор и первый заведующей кафедрой в течение (1961 -1978 гг.) Анатолий Яковлевич Шайденко (1919-1993 гг.) был из того поколения советских граждан, которые выстояли и победили в Великой Отечественной Войне (ВОВ) 1941-1945 гг. А.Я. Шайденко добровольцем ушёл на фронт, был заместителем политрука роты, после гибели которого в одном из боев возглавил атаку и был тяжело ранен. После длительного лечения А.Я. Шайденко был комиссован, вернулся в Тулу и продолжил обучение в Механическом институте, окончив его с отличием в 1945 г.
В разные годы А.Я. Шайденко был проректором Механического института по научной работе, деканом факультета САУ Политехнического института (Механический, Горный институты и Горный техникум), но главным результатом его профессиональной деятельности стала организованная им кафедра, 13 подготовленных кандидатов технических наук, три модели силовых гиростабилизаторов, выпускавшихся малыми сериями, а также несколько типов гироскопических измерительных систем для гидрографических и океанографических работ. Под руководством А.Я. Шайденко были также изготовлены три стенда для динамических испытаний гироскопических и гравиметрических систем.
Первоначальный состав кафедры состоял из А.Я. Шайденко, заведующего лабораториями А.М. Червонного, и выпускников Механического института, лаборанта Ю.И. Пронюш-кина и старшего инженера С.В. Рогова. Вскоре на кафедру пришли также выпускники Механического института О Д. Ознобкин и В.А.Матвеев. Пополнился и лаборантский состав.
Подробно о трансформации коллектива кафедры и профессиональной судьбе преподавателей и учебно-вспомогательного состава можно ознакомиться по книге [29].
Первой работой кафедры была разработка и изготовление гиростабилизатора (ГС) для проведения гравиметрических морских съемок по хоздоговору с Институтом физики Земли Академии Наук СССР (ИФЗ АН СССР) в 1962 г. ГС «Горизонт» изготовлен к весне 1963 г. в экспериментально-производственных мастерских (ЭПМ) Механического института. ГС «Горизонт» прошёл стендовые испытания, а в 1964 г. - испытания в акватории Черного моря на плавбазе подводных лодок «Эльбрус».
В испытаниях приняли участие В.К. Карпов который после окончания обучения на кафедре САУ Механического института пришёл на кафедру ГПиУ в 1963 г., а также В.В.Савельев, окончивший Казанский авиационный институт по специальности «Гироскопические приборы и устройства» в 1963 г. и получивший распределение в Тулу.
Параллельно с разработкой ГС «Горизонт» шла работа по проектированию и изготовлению испытательного стенда вертикальных и горизонтальных ускорений (ИСВГУ), по заказу ИФЗ АН СССР для испытания гравиметров в его Тульской лаборатории. Работа шла совместно с кафедрой «Теория механизмов и машин». Теоретическим обоснованием работы ИСВГУ занимался В.К. Карпов. По итогам работы он в 1966 г. защитил кандидатскую диссертацию.
В 1967 году по заказу отдела физики пограничного слоя Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова ГУГМС СССР на кафедре был разработан «Меридиан» для стабилизации актинометрической аппаратуры на морских судах. ГС «Меридиан» выполнен по схеме двухосного четырехгироскопного гиростабилизатора с горизонтальной коррекцией, на платформе которого установлен одноосный двухгироскопный ГС «Азимут». С помощью магнитной коррекции последний приводился в плоскость магнитного меридиана. На приборной платформе «Азимута» устанавливалась актинометрическая аппаратура.
После успешных испытаний в акватории Балтийского моря Главное управление гидрометеослужбы при Совете Министров СССР приняло решение об установке в течении 1967-73 гг. ГС «Меридиан» на научно-исследовательских судах (НИС), построенных на верфях ГДР и ПНР в соответствии с Постановлением Совета Министров СССР. Развитием работ по ГС «Меридиан» стало оснащение НИС «Профессор Визе» и «Профессор Зубов» Арктического и Антарктического научно-исследовательского института (г. Ленинград) автоматизированными судовыми актинометрическими системами, состоящими из ГС «Меридиан-М», репитерных блоков и фотоследящий системы, предназначенными для стабилизации на качке и наведения на Солнце приборов для измерения прямой и рассеянной солнечной радиации над морской поверхностью.
Морские испытания ГС «Меридиан» проведены в 1968 г. а ГС «Меридиан-М» в 1973 г. на Чёрном море. Основные работы по созданию этих гиросистем выполнили выпускники кафедры В.И. Токарев (1939-1994 гг.), Е.Т. Евстигнеев (1942-2012 гг.), В.К. Карпов (1940-1993 гг.), Б.В. Сухинин. Все защитили кандидатские диссертации, а В.И. Карпов и Б.В. Сухинин -докторские диссертации. Следует отметить, что к разработке и участию в экспедициях привлекались студенты старших курсов.
В 1969 г. на основании Постановления Государственного комитета по науке и технике Совета Министров СССР по договору с НИИ Арктики и Антарктики для научно-исследовательских судов гидрометеослужбы был разработан и прошёл испытания комплекс аппаратуры сбора, накопления и обработки гидрометеоинформации (шифр «Сигма-С»).
К 1975 г. под руководством А.Я. Шайденко по договору с НИИ МОРГЕОФИЗИКА был разработан ГС серии «Север» для стабилизации гравиметров на морских судах и буксируемых гондолах. Эти ГС (рис.16) изготавливались малой серией в ЭПМ Тульского политехнического института и входили в состав гравиметрического комплекса ГНГКА-1, разработанного НИИ ЮЖМОРГЕО (г. Геленджик).
Рис. 16. Общий вид ГС «Север»
В разработке теории работы ГС «Север» решающий вклад принадлежит Е.Т. Евстигнееву. Гиросистема прошла испытания в акватории Чёрного моря и в дальнейшем применялась на НИСП серии «Муссон» и «Пассат» и на экспедиционном судне «Зеравшан» НИИ ЮЖНОМОРГЕО.
Последней крупной разработкой по морской тематики, выполненной под руководством А.Я. Шайденко была серия гиросистем для автономного определения вертикальных перемещений, а также углов крена и дифферента судна. Эти данные использовались для ввода
поправок в показания эхолота, прибора, измеряющего глубину моря. Гиросистемы работали совместно с эхолотами и получили названия компенсаторов качки. К 1982 г. были спроектированы и изготовлены компенсаторы типа «Волна К» (рис.17) и «Волна М» (рис.18).
Рис.17. Общий вид компенсатора качки «Волна К»
Рис.18. Общий вид компенсатора качки «Волна М»
В компенсаторе «Волна К» для стабилизации акселерометра с вертикальной осью чувствительности использован двухосный силовой ГС, а в компенсаторе «Волна М» - доработанная для размещения акселерометра авиационная гировертикаль ЦГВ-3.
В разработках принимали участие А.В. Лапаев, В.И. Слюсарев, В.В. Кулешов, Ю.В. Иванов, Ю.П. Илюхин и Д.А. Гусейнов.
Компенсатор типа «Волна М» применяли при проведении промерных работ судами типа «Эдуард Толль» в акватории морей Северного ледовитого океана. Все разработчики были и участниками испытаний и технического сопровождения компенсаторов на судах.
При разработке были проведены глубокие теоретические и экспериментальные исследования. В частности, в компенсаторе «Волна М» была модернизирована система горизонтальной коррекции и применено цифровое интегрирующие устройство с самонастройкой параметров. В дальнейшем результаты исследований были обобщены в монографии [30] и явились частью докторской диссертации Ю.В. Иванова.
Компенсаторы серии «Волна» в течении ряда лет выпускались опытным производством ТулГУ, ими оснащено около 20 исследовательских судов Гидрографического предприятия (г. С.Петербург), Арктической морской инженерно-геологической экспедиции (г. Мурманск), НПО «Южморгеология» (г. Геленджик) и другие предприятия.
В 1965 г. при активной поддержке А.Я. Шайденко были начаты работы по бортовым гироприборам управляемых ракет. В это время на ТОЗ шло освоение серийного производства ПТРК «Малютка». При изготовлении гироскопического раскладчика команд (ГРК) в процессе их испытаний происходили обрывы гибкой ленты, с помощью которой происходил разгон ротора гироскопа и разрушения опорных элементов крепления корпуса ГРК к стенду. Кроме того, возникла необходимость в организации для балансировки ротора рабочего места, в состав которого входила балансировочная машина «Луна». По инициативе Главного конструктора ТОЗ Н.Д. Масленникова с кафедрой был заключён хоздоговор на исследование причин разрушения элементов ГРК при их испытаниях, и на создание рабочего места для балансировки роторов ГРК. Эта работа была поручена, в то время аспиранту, В.Я. Распопову. Были проведены расчеты прочности и экспериментальные исследования по разрушению элементов ГРК в лаборатории кафедры «Сопротивление материалов» (ассистент кафедры ГПиУ А.И. Кудряшов), даны
18
рекомендации по предотвращению этих разрушений. Исследована динамика разгона ротора гибкой лентой [31] и особенности работы гироскопа с ротором, вращающимся по инерции [32].
Рабочее место для балансировки роторов было организовано с использованием опыта работы на балансировочной машине «Луна-3», имевшейся на кафедре. Методика балансировки была написана совместно с к.т.н. В.К. Платоновым, незадолго перед этим окончившим аспирантуру в МВТУ им. Н.Э. Баумана.
Следует вспомнить, что выполнению этой работы всемерно помогал В.М. Романов, начальник цеха, в котором производилась сборка и стендовые испытания всех узлов ракеты ПТРК «Малютка».
A.Я. Шайденко прекрасно организовал учебный процесс и сам был его активным участником. Учебные планы были составлены с учетом опыта ведущих «гироскопических» институтов: МВТУ, МАИ, ЛИАП, ЛЭТИ, ЛИТМО, с профильными кафедрами которых было налажено взаимодействие.
Достаточно быстро были подготовлены «гироскопические» курсы уже к учебным семестрам 1963-1964 гг.: «Прикладная теория гироскопов» (А.Я. Шайденко), «Гировертикали» (В.А. Матвеев), «Автопилоты» (Ю.И. Пронюшкин), «Теория автоматического регулирования» и «Аналоговые вычислительные машины» (В.К. Карпов), «Скоростные и интегрирующие гироскопы» (В.В. Савельев), «Надежность и испытания приборов» (Р.В. Кожуров) и др. Одно время А.Я. Шайденко поставил даже учебный курс «Космонавтика», лабораторные работы по которому проводил Я.А. Файбишенко (1916-1992 гг.), участник ВОВ, специалист в области электрооборудования летательных аппаратов. Подготовка специалистов по этому направлению, кстати, была открыта на кафедре в 1962 г.
Следует отметить, что в дальнейшем, освободившись от обязанностей заведующего кафедрой, А.Я.Шайденко не только руководил хоздоговорными работами, но и работал над новыми учебными курсами. Именно он подготовил первый на кафедре учебный курс по инерци-альной навигации [33]. Следует отметить также, что А.Я. Шайденко был инициатором применения в научной работе математического аппарата кватернионов.
В углублении «математической культуры» преподавателей кафедры несомненная заслуга В.Д. Рожковского (1901-1976 гг.), заведовавшего кафедрой теоретической механики в Механическом институте, а после образования Политехнического института, работавшего в течение 1964-1975 гг. вначале доцентом, а затем профессором кафедры ГПиУ. В.Д. Рожковский имел фундаментальное механико-математическое образование, окончив Одесский физико-технический институт и аспирантуру МГУ. Его консультациями пользовались все без исключения преподаватели кафедры, которые зачастую проходили у него на квартире. Василий Дмитриевич подготовил уникальное по глубине и ясности изложения и обилию примеров и задач учебное пособие по теоретической механики (статика и кинематика), которое было издано, к сожалению, небольшим тиражом к столетию его рождения стараниями В.К. Тарасова и Ю.П. Смирнова, учениками Рожковского [34]. В 1971 г. В.Д. Рожковский защитил докторскую диссертацию, создав теорию и методы расчёта проводной линии связи для ракеты ПТРК «Фагот», разработка которой в то время велась в КБП.
В то время «расцвета» гироскопии приборы и оборудование можно было получить достаточно свободно и в нужном количестве от различных организации. Всё полученное оперативно воплощалось в лабораторные работы и учебные установки усилиями: А.М. Червонного (1908-1998 гг.), участника ВОВ, специалиста по вооружению и военной техники, в течение 1963-1990 гг. работавшего старшим лаборантом кафедры: Н.П. Ярасова (1918-1986 гг.), участника ВОВ, специалиста по авиационным приборам, автопилотам и электрооборудованию летательных аппаратов, работавшего механиком на кафедре в течении 1962-1986 гг.; А.И. Федосова, в течение 1962-1985 гг. работавшего лаборантом кафедры, принимавшего участие в разработки ГС «Горизонт»,«Север», «Меридиан»
В течении 1976-1987 гг. кафедрой заведовал Виктор Константинович Карпов (19401993 гг.). выпускник 1963 г. кафедры САУ. В дальнейшем д.т.н., профессор В.К. Карпов стал проректором по научной работе (ТулПИ, ТулГУ).
B.К. Карпов в качестве научного направления группы сотрудников, выполнявшей хоздоговорные работы под его руководством, определил в качестве объектов исследования и применения управляемые гиростабилизаторы и системы на их основе.
Результаты теоретических исследований в этом направлении в дальнейшем были опубликованы [35,36], а первым практическим результатом был макетный образец гиростаби-лизатора слежения «Спутник», разработанного по хоздоговору с ЦКБ «АЛМАЗ» (г. Херсон). Этот хоздоговор перешел от А.Я. Шайденко. К сожалению, эта работа заказчиком не была оплачена, но накопленный опыт был применен при выполнении хоздоговоров сЦНИИ им. Крылова (г. Ленинград) в 1977 г. по разработке следящего ГС и в 1978 г. с ЦКБ «Сокол» (г. Черкессы) по разработке управляемого ГС зеркала.
В конце 1970-х годов под руководством В.К. Карпова были начаты работы его учениками, выпускниками кафедры 1975 г., О.Г. Корякиным и В.И. Родионовым по теории и принципам построения двухосных ГС оптической линии вазирования.
При решающем вкладе в разработку О.Г. Корякина был создан гироскопический стабилизатор изображения СИ-2М, который прошел морские испытания в акватории Черного моря на НИС «Юрий Годин» и гидрографическом судне «Фаддей Беллинсгаузен в 1985 г., в которых принял участие В.К. Карпов.
Изготовлению СИ-2М предшествовала основательная исследовательская работа. В частности, был создан лабораторный комплекс, включающий лазерный имитатор движения цели и систему измерения и регистрации ошибок стабилизации в режиме наведения.
Естественным продолжением этого направления работ была разработка в 1987 г. по хоздоговору с институтом океанологии им. П.П. Ширшова группой (Р.А. Нигаметзянов, В.Н. Ниценко, А.В. Болоболкин, Г.М. Гаврилина, М.А. Савельева) под руководством В.И. Родионова устройства стабилизации оси визирования лазерного сканирующего волногрофа УСОВ-1. Устройство было смонтировано на мачте НИС «Академик Сергей Вавилов» (г. Раума Финляндия) и прошло на нем испытания, с учетом результатов которых был изготовлен второй вариант УСОВ-2. Это устройство было установлено на мачте НИС «Академик Иоффе» в 1988 г., а в 1989 г. прошло на нем испытания (Р.А. Нигаметзянов, А.В. Болоболкин).
В дальнейшем В.И. Родионов продолжал исследования совмещенных систем стабилизации и управления, результаты которых частично опубликовал, например [37].
В 1984 г. по договору с «Южморгеология» (г. Геленджик) под руководством В.К. Карпова были начаты работы по созданию высокоточного индикаторного ГС морского граваметра нового поколения «ГРИН», который помимо функции стабилизации обеспечивал счисление навигационных параметров судна. В работе принимали участие сотрудники кафедры: доценты, к.т.н. А.Н. Кутуров, В.В. Кулешов, Е.Г.Воропаев, аспиранты Д.М. Малютин, Н.Л. Коржук, инженеры А.Э. Кирмель, В.И. Грызлов.
Были созданы гравиметрические комплексы «ГРИН» и «ГРИН-М» (рис.19) для применения на борту судна или самолета.
L
Рис. 19. Комплекс ГРИН-М
Принципы построения и теория комплекса были разработаны и к 1990 г. изготовлены образцы, которые прошли испытания в 1991 г. в акваториях Тихого и Индийского океанов. Испытания были организованы по инициативе И.Ф. Глумова, начальника управления Министерства геологии СССР на судне «17 съезд профсоюзов», которое находилось в рейсе и выполняло работы по программе мировой гравиметрической съемки.
20
А.Н. Кутурову, Д.М. Малютину и Н.Л. Коржуку, принимавших участие в проведении испытаний, пришлось совершить перелет в порт Мансанильо (Мексика), чтобы присоединиться к экспедиции. Экспедиционный маршрут закончился в Новороссийске. По результатам испытаний комплекс ГРИН был рекомендован для применения в геологоразведочных работах НПО «Южморгеология». Важно отметить, что параллельно с работой комплекса ГРИН, гравиметрическая съемка выполнялась комплексом, разработанным НПО «Азимут» совместно с ИФЗ АН СССР. Результаты измерений были равнозначны.
В 1992 г. были проведены в акватории Индийского океана, начиная от Сингапура, испытания комплекса ГРИН в сравнении с граваметрическим комплексом фирмы «La Cost and Rambery» (США). Испытания проводил Д.М. Малютин, результаты которых оказались равнозначными. Экспедиционный маршрут, как и предыдущий, закончился в порту Новороссийска.
Результаты испытаний, включая проведенные позже летные, были опубликованы [38], также были опубликованы результаты проектирования комплекса, например [39].
На базе полученного научного и экспедиционного опыта, совместно с НПО «Южмор-геология», был разработан с участием В.К. Карпова комплекс ГРИН-2000, сертифицированный Государственным комитетом РФ по стандартизации и метрологии (сертификат соответствия № 0000938 от 15.12.2005 г.). В состав набортного гравиметрического комплекса входят: двухосный индикаторный ГС на поплавковых интегрирующих гироскопах с двумя гравиметрами, управляющий РС-компьютер, реализующий алгоритм цифрового управления комплексом, а также система сбора, предобработки и визуализации информации, блоки сервисной электроники ГС и пульты управления гравиметрами.
Комплекс ГРИН-2000 синхронизирован с GPS по каналу навигационных данных, работающего в режиме реального времени. Комплекс в течение 2000-2008 гг. был применен при проведении научных и производственных работ в районе Штокмановского газового месторождения в Баренцевом море, а также выполнено более 10000 км гравиметрической съемки на акваториях Азовского, Черного и Каспийского морей. Более 2000 км. съемки выполнено в условиях мелководья на глубинах от 1 до 2,5 метров.
Некоторые особенности теории и конструкции этого комплекса изложены участником его разработки, профессором кафедры, к.т.н. Д.М. Малютиным в ряде публикаций, например, [40,41].
Параллельно с научной группой В.К. Карпова работал коллектив под руководством А.Я. Шайденко выполняя, в частности, разработку компенсаторов качки серии «Волна».
Продолжались работы и по оборонной тематике, некоторые итоговые материалы которой, на то время, были опубликованы в монографии [42].
Создавались новые учебные классы и лаборатории. В 1986 г. на кафедре был организован первый дисплейный класс на базе отечественных ПЭВМ «Искра-1254». В этой работе активно участвовали Е.Р. Кожурова и В.В. Кулешов, которые разработали программные продукты и учебные руководства для занятий по курсам «Информатика», «САПР» и других.
О.Г. Корякин придумал и в основных деталях воплотил замечательную лабораторию по гиростабилизаторам, которая и поныне используется в учебном процессе. Её дальнейшее развитие обязано трудам доцентов, к.т.н. Д.М. Малютина, Ю.В. Иванова, других преподавателей, а также замечательных сотрудников кафедры: инженера Ю.П. Илюхина, ветеранов вооруженных сил СССР, лаборантов Д.А. Гусейнова, М.Ф. Мельникова.
Накопленный научный опыт по разработке гиростабилизаторов, помимо научных публикаций, воплощается в учебные пособия [43,44].
Нужно отметить, что и после того, как Виктор Константинович оставил заведование кафедрой, он активно помогал ей по всем вопросам, по которым у нему обращался новый заведующий кафедрой.
В 1988 г. на альтернативной основе на должность заведующего кафедрой «Приборы управления» (ПУ) (Новое название кафедры ГПиУ с 1998 г.) был избран д.т.н. В.Я. Распопов
Научные группы А.Я. Шайденко и В.К. Карпова некоторое время продолжали научную тематику хоздоговоров до их завершения. К сожалению, в недалеком будущем, в связи с изменением государственного строя РФ и прекращением финансирования традиционных Заказчиков, были уволены, некоторые по собственному желанию, практически все инженеры этих научных групп. В научной группе В.Я. Распопова были только аспиранты. Естественным образом «групповщина» в научной работе кафедры сошла «на нет» и все сотрудники стали работать при выполнении договорных работ как единый научный коллектив.
Последней работой по морской тематике, кроме незавершённых, была модернизация гиромаятникового антенного поста типа «Айсберг» судовой спутниковой связи по заказу завода «Муссон» (г. Севастополь).
Работа была выполнена (В.И Токарев, С.В. Рогов, А.Ф. Фирсов, А.Э. Соловьев), проведены испытания на стендовом оборудовании кафедры и антенный пост был передан заказчику в июле 1991 г. Был заключен новый хоздоговор на разработку антенного поста, работающего по принципу следящей системы, в котором центральным блоком в системе стабилизации иуправления был инерциальный, платформенный, трехосный индикаторный ГС.
Первый этап работы был выполнен к ноябрю 1991 г, но работа была остановлена, так как завод перешёл в собственность Украины. Некоторые результаты этой работы опубликованы [45].
Продолжились, начатые ранее, работы по оборонной тематике с КБТМ (г. Москва), КБМ (г. Коломна), АО «Темп-Авиа» (г. Арзамас), (В.Я. Распопов, В.В. Савельев, аспиранты А.С. Ловыгин, Ю.В. Овчинников, М.А. Киберев).
В течение 1990-1991 гг. для КБП была выполнена работа по исследованию возможности применения газостатического подвеса для координатора цели ГСН (аспирант А.Е. Егоров), некоторые результаты которой опубликованы [46].
В связи с разработкой в КБП перспективных комплексов ПТРК, в течение 1997-2000 гг. была выполнена работа по верификации математической модели гироскопа с вращающимся кардановым подвесом (КП) с учётом возмущающих моментов по осям КП, вызванных изменением моментов трения и люфтов вследствие боковых перегрузок (аспирант Р.Я. Белоцерков-ский). Частично результаты этих работ опубликованы [47,48].
В течение 2003-2004 гг. по инициативе Генерального директора ГНПП «Сплав» Н.А. Макаровца была выполнена хоздоговорная работа по созданию альтернативной конструкции, по отношению к серийному измерителю угловых перемещений (ИУП) с гидродинамическим подвесом ротора-поплавка.
В работе (научный руководитель В.Я. Распопов) принимали участие коллективы трех организаций: ТулГУ (В.И. Горин, С.В. Телухин, Р.В. Алалуев, А.А. Горин (аспирант), ГНПП «Сплав» (Т.П. Барычева, Л.А. Маслова, В.С. Седов -участники разработки серийного ИУП), МЗП (С.П. Ермилов, В.С. Сорокин, Н.С. Сорокина при активной поддержке Генерального директора В.А. Дмитриева.
Был выполнен значительный объем теоретических исследований, конструкторской и экспериментальной работы. В итоге мичуринский завод «Прогресс» за собственные средства изготовил опытные партии ИУП двух модернизаций. Гироприбор ИУП-01 (рис.20, 21) с вращением ротора двигателем постоянного тока специальной разработки через шарнир Гука (вращающийся КП). Особенность этого гироприбора заключалась в том, что двигатель мог работать в генераторном режиме при вращении ротора на выбеге, в течение которого вырабатывал напряжение для питания СУС.
Рис. 20. Гироблок ИУП-01 Рис. 21. ИУП-01 в корпусе
с электродвигателем
Гироприбор ИУП-02 (рис.22, 23) был выполнен по схеме трёхстепенного гироскопа с внутренним кардановым подвесом. Импульсный разгон ротора производил пружинный стартёр. Затем ротор вращался на выбеге.
Оба прибора имели оригинальную конструкцию опто-электронного датчика углов.
Рис. 22. ИУП-02 в зааретированном Рис. 23. ИУП-02 в корпусе
состоянии (без корпуса)
Масса и габариты ИУП-01 и ИУП-02 значительно меньше чем у серийного ИУП. Время готовности (секунд) для ИУП, ИУП-01 и ИУП-02 составляет 20; 10 и 0,05, а чувствительность (град/с) соответственно 0,03; 0,05 и 0,1 (не более).
Некоторые результаты этой разработки опубликованы в статьях [29,55], а также в монографии [50], в которой изложена теория и особенности конструкции этих гироприборов.
Накопленный опыт разработки ГС под руководством А.Я. Шайденко и В.К. Карпова позволил в 2006 г. выполнить разработку двухосного управляемого ГС теплопеленгатора цели (рис. 24) по заказу ОАО «Азовский оптико-механический завод» (АОМЗ).
В разработке принимали участие: ответственный исполнитель Д.М. Малютин, Ю.В. Иванов, С.В. Телухин, В.Я. Распопов, В.С. Седов, Д.А. Гусейнов. По разработанной конструкторской документации, принятой без замечаний, в Азове был изготовлен образец, который показал точность стабилизации не хуже трех угловых минут при испытаниях по программе Заказчика.
В следующем 2007 г, по заказу АОМЗ, была тем же коллективом выполнена сложная работа по теме «Однороторный гиростабилизатор цели с системой подслеживания». Разработанная конструкция в габаритах (диаметр, длинна) 120х122 имела массу 4 кг. По расчетам точность выдачи в систему управления и контроля сигнала отклонения линии визирования относительно перпендикуляра к плоскости посадочного диаметра - не хуже 5 угл. минут. Конструкторская документация Заказчиком принята без замечаний. Некоторые результаты этой работы опубликованы [51,52].
Рис. 24. Двухосный управляемый гиростабилизатор теплопеленгатора: а - общий вид; б - 3Б модель с имитатором полезной нагрузки
23
В дальнейшем, с решающим вкладом к.т.н профессора Д.М. Малютина для КБП было выполнено несколько разработок следящих оптико-электронных координаторов цели для различной оптико-электронной аппаратуры. Одна из таких разработок (при участии С.В. Телухи-на) «Следящий оптико-электронный координатор по схеме индикаторного управляемого ГС на ДНГ» была выполнена в 2010 г.
Обобщение по некоторым из этих разработок выполнено в работе [53]. Научное направление по управляемым ГС одно из приоритетных на кафедре.
С середины 1990-х годов были начаты работы по новому научному направлению -микросистемным прибором навигации, микромеханическим гироскопам и акселерометрам, или иначе - микроэлектромеханическим системам (МЭМС). Прежде всего, подготовлены первые в России учебные пособия по микромеханическим приборам (2002 -2004 гг.), итоговый вариант которого издан в 2007 г. [54]. По этому направлению был выполнен значительный объем поисковых, исследовательских работ, например [56], в котором предложена схемотехника и сопровождающая теория по применению МЭМС - датчиков для решения прикладных задач по стабилизации, ориентации и навигации.
Одним из перспективных направлений применения МЭМС-датчиков являются системы стабилизации и управления беспилотными летательными аппаратами - авионика БПЛА. Это направление развития стало возможным благодаря поддержке Генерального директора МЗП В.А. Дмитриева и Генерального директора и главного конструктора ОКБ «Электроавтоматика» им. Ефимова, П.П. Парамонова, с организациями которых на протяжении более чем 10 лет, начиная с 2000 года, проводились хоздоговорные работы. Успешному выполнению этих работ помогали С.П. Ермилов (зам. Гл. инженера МЗП) и Ю.И. Сабо (гл. конструктор направления ОКБ «Электроавтоматика»). В выполнении этих работ активное участие принимали, включая участие в лётных экспериментах, доцент к.т.н. Р.В. Алалуев, аспиранты А.В. Никулин,
B.В. Лихошерст, С.Е. Товкач, А.В. Ладонкин, А.П. Шведов, М.Г. Погорелов и другие.
Результаты этих работ отражены в многочисленных публикациях, в том числе [57,
58].
Следует также отметить, что наработки кафедры по МЭМС-датчикам были применены при выполнении в течении 2011-2013 гг. составной части ОКР «Разработка и создание нового поколения микросистемотехники и унифицированных систем двойного назначения», выполняемой по программе Союзного государства РФ, Беларусь, головной исполнитель АО «Авангард» (г. С.Петербург).
Хоздоговорная работа «Бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС) для вращающегося ЛА», выполнена в 2007-2008 гг. (отв. исполнитель В.В. Матвеев) по заказу ГНЦ РФ ОАО «Концерн» ЦНИИ «Электроприбор» (г. С. Петербург) и стала определяющим стимулом развития, начатых ранее, работ по БИНС. На основании имеющегося и полученного в ходе этой работы опыта, было подготовлено учебное пособие [59], опубликованное в двух изданиях (2009 г., 2011 г.).
Начиная с того времени идет активная работа по направлению БИНС [60,61], которое также является одним из приоритетов развития кафедры в области гироскопии и навигации.
Необходимо отметить, что кафедра является единственной в РФ, которая наряду с ОАО «Темп-Авиа» (г. Арзамас) способна выполнить разработки гироприборов на основе гироскопа со сферическим шарикоподшипниковым подвесом [22].
Одной из последних разработок кафедры является волновой твердотельный гироскоп (ВТГ), который был разработан в течение 2017-2019 гг. по договору с ОАО МЗП. Инициатором работ был В.А. Дмитрив. Новый Генеральный директор В.Ф. Горлов поддержал эту работу и по конструкторской документации кафедры были изготовлены ВТГ в двух вариантах, один из которых показан на рис.25.
В разработке ВТГ [63] принимали участие: И.А. Волчихин, А.И. Волчихин, Р.В. Алалуев, А.В. Ладонкин, В.В. Лихошерст, В.В. Матвеев.
В настоящие время работа по изготовлению и исследованию ВТГ выполняется в МЗП (основной исполнитель - начальник лаборатории, аспирант - заочник С.А. Егоров) при поддержке и помощи главного инженера Ю.В. Ведешкина и главного конструктора направления
C.И. Шепилова. В течение следующего года ожидается изготовление ВТГ по запатентованной авторами МЗП и кафедры конструкции, изготовление сервисной электроники и проведение испытаний.
'29
г—
1 " -----^-ч 1
[ ДР
1 №
---
11 1 II
тб
____«0? -4
Рис. 25. ВТГ с металлическим резонатором с вариантом посадочного места по цилиндрическому пояску (габаритный чертеж и общий вид)
Коллектив кафедры имеет теоретический и практический опыт для выполнения поисковых и конструкторских разработок по перспективным направлениям развития гироскопии и навигации.
Список литературы
1. Распопов В.Я. Разработка импульсных гироскопов в КБП // За прогресс (газета ГУП «КБП»). 1997. №5 (146). С.2.
2. Боеприпасы точного наведения // Сборник научно-технической информации. Тула: КБП. 2010, №1(31). С.70-120.
3. Илюхина Н.С., Фимушкин В.С., Чуканов К.П. Управляемые средства поражения комплексов высокоточного вооружения. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 239с.
4. Гирокоординатор с пружинным гиромотором. Распопов В.Я., Горин В.И., Шайденко
A.Я., Чекалин Е.Б. Авторское свидетельство №71246 от 15,05.1973 г.
5. Распопов В.Я., Горин В.И., Чекалин Е.Б., Шайденко А.Я. К вопросу о движении гироскопа, построенного на шарнире Гука // Изв.ВУЗ Приборостроение,1972. Т.ХУ, №3.
6. Бабичев В.И., Горин В.И., Распопов В.Я. Анализ работы маятникового ориентатора и датчика угла гирокоординатора ПТУР// Оборонная Техника. 1996.№10. С.11.
7. Горин В.И., Жуков А.Г., Юдаев А.В Выбор оптимальных параметров порохового гиромотора //Оборонная техника. 1980. № 6. С.41-45.
8. Бабичев В.И. Гироскопические приборы, разрабатываемые в АО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова» // Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. №10.
9. Бабичев В.М., Горин В.И., Распопов В.Я. Современное состояние теории и практики импульсных гироскопов // Оборонная техника, 1993. №3 - с.40-44.
10. Бабичев В.М., Горин В.И. Особенности конструкции импульсных гироприборов // Оборонная техника. 1994. №5-6.
11. Горин В.И., Распопов В.Я. Научные основы разработки конструкций бортовых гироприборов с импульсными гироскопами // Оборонная техника, 1995. №6. С.44-50.
12. Горин В.И., Распопов В.Я. Гирокоординаторы вращающихся по крену ракет. Под редакцией В.Я. Распопова. М.: НТЦ Информатика 1996. 151с.
13. Филимонов В.Я. Гироскоп направления патент №145726.
14. Гироскопический прибор и способ регулировки его дрейфа. Шипунов А. Г., Бабичев В.И., Горин В.И., Анисимова Н.А., Распопов В.Я. Патент №2114394 27.06.1998г. Бюллетень №18 от 27.06.1998г.
15. Кирилин В.В. Главное в работе - правильная расстановка кадров // За прогресс (газета ГУП «КБП») - 2005. №55-57. С8-9.
16. Филимонов В.Я. Гироскоп направления патент №207797.
17. Дудка В.Д., Бабичев В.И., Филимонов В.Я., Кирилин В.В., Горин В.И., Распопов
B.Я., Малютин Д.М. Бортовые гироприборы вращающихся по крену летательных аппаратов // Гироскопия и Навигация. 2007. №1 (56). С. 36-47.
18. Забродин Ю. «Град», «Ураган», «Смерч» - божье наказание или надежный щит родины // Тульские известия. 1995.№144 (446). С.2.
19. Андрейченко К.П. Устойчивость цилиндрического гидродинамического подвеса// Изв.АН СССР. Механика твёрдого тела. 1975, №6. С.32-39.
20. Гидродинамический гироскоп. Патент РФ №2116623С1. МПК G01C19/20. Заявка 29.11.1995. Опубликован 27.07.1998г. Авторы: Неудахин Ю.М., Лошневский Г.М., Зайцев В.Д., Седов В.С., Барычева Т.П., Самарин В.Г., Маслова Л.А., Белобрагин В.Н.
21. Гидродинамический гироскоп. Патент РФ №2410645. Опубликован 27.01.2011г. Авторы: Макаровец Н.А., Денежкин Г.А., Трегубов В.И., Зайцев В.Д., Маслова Л.А., Барычева Т.П., Веденин Б.И.
22. Распопов В.Я. Гироскопы с шарикоподшипниковым подвесом. Монография - Тула: ТулГУ, 2009. С.174.
23. Зайцев В.Д., Распопов В.Я. Гидродинамические гироскопы // Оборонная техника, 1994. №5,6.
24. Белобрагин В.Н., Зайцев В.Д., Распопов В.Я., [и др.,] Опыт разработки гироприбо-ров для вращающихся по крену изделий // Гироскопия и навигация. 2005. №4 (51). С.57-71.
25. Гироскопический прибор. Оськин Ю.Н. Распопов В.Я. Авторское свидетельство №282956 от 3.10.1988 г. приоритетом от 31.07.1987 г.
26. Распопов В.Я. Гироскопы с шарикоподшипниковым подвесом. Тула: Гриф и К, 2003.175 с.
27. Ганов Ю.К., Распопов В.Я., Яблоков Ю.К., Савельев В.В. Гироприборы систем коррекции и самонаведения боеприпасов. Справочное пособие. М.: ЦНИИ НТИ коньюктуры и повышения квалификации кадров 1989. С.120.
28. Распопов В.Я., Марков А.П., Иванов Ю.П. [и др.]. Демпфирование поперечных колебаний вращающейся по крену ракеты с помощью микрогироскопа// Гироскопия и навигация. 2007, №1 (56). С, 125-129.
29. Плавание сквозь годы. 40 лет кафедре «Приборы управления». Авторы-составители В.Я. Распопов, В.И. Родионов. Тула. Гриф и К, 2001. 216 с.
30. Иванов Ю.В. Гироскопические системы измерения вертикальной качки. Тула: Изд. Тул.гос. Университет, 2004. 184 с.
31. Распопов В.Я., Королёв А.И, Тарасов В.К. Разгон ротора упругой лентой // Изв. ВУЗ. Приборостроение. Т.1Х., № 1 1968.
32. Распопов В.Я. К теории гороскопов, работающих в режиме выбега ротора гиромо-тора // Известия АН СССР. Механика твердого тела. 1971, № 4.
33. Шайденко А.Я. Теория инерциальных систем навигации. Учебное пособие. Тула: Изд-во ТулПИ, 1989.
34. Рожковский В.Д. Курс теоретической механики. Тула: Изд-во ТулГУ, 2001 г.
35. Карпов В.К. Принципы построения и оптимальный синтез гироскопических систем, работающих в совмещенных режимах// Изв. ВУЗов. Приборостроение, 1990. № 2. С.54-58.
36. Родионов В.И. Гироскопические системы стабилизации и управления. Монография. Тула: Изд-во ТулГУ. 2000 -190 с.
37. Родионов В.И.Геометрия и кинематика совмещенных систем стабилизации и управления // Оборонная техника. 1993, № 3. С. 22-24.
38. Карпов В.К., Кутуров А.Н., Малютин Д.М., [и др.]. Результаты испытаний двухосной индикаторной системы стабилизации морского граваметра// Оборонная техника. 1993, № 3. С.28-31.
39. Кутуров А.Н. Малютин Д.М., Лыгин В.А., Мирошниченко И.В. Проектирование каналов чувствительных элементов индикаторного гиростабилизатора геофизической аппаратуры// Оборонная техника. 1996. № 10,11. С.41-44.
40. Малютин Д.М. Гиростабилизатор морского гравиметра с самонастройкой параметров// Известия ВУЗов. Приборостроение 2003, № 9. С. 18-23.
41. Малютин Д.М. Гравиметрические комплексы для аэро- и морских измерений // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2012, № 4-1, (336). С. 26-34.
42. Вайнберг С.З., Распопов В.Я., Рачицкий Е.А., Савельев В.В., Шуранов В.И. Трехстепенные гироскопы с импульсным разгоном ротора. Монография. М.: Машиностроение, 1987. С. 158.
43. Карпов В.К., Родионов В.И. Теория гироскопов и гиростабилизаторов. Способы повышения точности гироскопических систем наведения. Учебное пособие. Тула: Изд-во Тул-ПИ, 1983. 84 с.
44. Карпов В.К., Родионов В.И., Савельева М.А. Системы стабилизации и управления. Учебное пособие. Тула: Изд-во ТулПИ, 1983. 67с.
45. Распопов В.Я. Система ориентации и стабилизации антенного поста корабельной спутниковой связи с автономным инерциальным модулем // оборонная техника, 1993. №3.
46. Егоров А.Е., Распопов В.Я., Филимонов В.Я., Сферические газостатические подвесы гироскопов головок самонаведения // Оборонная техника. 1993. №3.
47. Распопов В.Я., Горин В.И., Белоцерковский Р.Я. Метод идентификации математических моделей гироскопов с вращающимся кардановым подвесом // Оборонная техника, 1998 №6,7.
48. Белоцерковский Р.Я., Горин В.И., Распопов В.Я. Метод оценки моментов в математической модели гироскопа с вращающимся кардановым подвесом // Изв.ВУЗ. Приборостроение, 2001 №7.
49. Белобрагин В.Н., Горин В.И., Распопов В.Я. Измерение угловых параметров летательного аппарата на базе гироскопов с вращающимся подвесом// Датчики и системы. 2005, №2. С.7-10.
50. Распопов В.Я. Гироприборы и системы управляемых ракет ближней тактической зоны. Монография. Тула: Изд.тулГУ, 2013. 248с.
51. Дмитриев А.В., Погорельский С.Л., Матвеев В.В., Распопов В.Я., Малютин Д.М. Опыт разработки оптико-электронных однороторных гирокоординаторов цели // Сборник материалов С. Петербурской международной конференции по интегрированным навигационным системам. СПБ.: ГнЦ РФ ОАО «Концерн» ЦНИИ «Электроприбор», 2007. С.151-153
52. Малютин Д.М., Распопов В.Я., Иванов Ю.В. Однороторный гиропривод головки самонаведения с системой подслеживания // Мир авионики. 2008, №5.
53. Малютин Д.М. Динамические характеристики управляемого гиростабилизатора на датчиках угловой скорости // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2018, №6 (332).т. С.126-141.
54. Распопов В.Я. Микромеханические приборы. Учебное пособие. - М.: Машино-строение.2007. 399с.
55. Распопов В.Я., Матвеев В.В., Лихошерст В.В. и др. Информационно измерительные системы ориентации на микромеханических чувствительных элементах для вращающихся по крену летательных аппаратов // Нано и микросистемная техника. 2010.№12. С.26-30.
56. Матвеев В.В., Распопов В.Я. Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации на МЭМС - датчиках. Учебное пособие. Тула. Изд-во ТулГУ. 2017. 224с.
57. Распопов В.Я. Микросистемная авионика. Тула: изд-во гриф и К, 2010. 247с.
58. Микросистемы ориентации беспилотных летательных аппаратов/ Под ред. В.Я. Распопова. М.: Машиностроение. 2011-184с.
59. Матвеев В.В., Распопов В.Я. Основы построения бесплатформенных инерциаль-ных навигационных систем. Учебное пособие. Под редакцией В.Я. Распопова. СПБ.: ГНЦ ОАО «Концерн» ЦНИИ «Электроприбор», 2009. №7. С.14-19.
60. Лихошерст В.В., Матвеев В.В. Акселерометрические инерциальные системы // Приложение к журналу «Справочник. Инженерный журнал». 2009,№7.С.14-19.
61. Матвеев В.В., Исследование погрешностей бесплатформенной инерциальной навигационной системы высокодинамичного летательного аппарата// Известия ТулГУ. Технические науки. 2012, Выпуск 12. С.165- 173.
62. Матвеев В.В. Инерциальные навигационные системы. Учебное пособие. Тула: Изд-во.ТулГУ. 2012. 299с.
63. Волновой твердотельный гироскоп с металлическим резонатором / Под ред. В.Я. Распопова. Тула: Изд-во ТулГУ. 2018. 189с.
Распопов Владимир Яковлевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, tgupu@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
FORMATION AND DEVELOPMENT OF GYROSCOPY IN TULA
V.Ya. Raspopov 27
A brief history of technical and scientific developments in the field of gyroscopy, a section of instrument engineering engaged in the construction of orientation, stabilization and navigation systems, is presented.
Key words: rocket, control system, armament complex, gyroscopes: powder, belt, spring, line of sight, power gyro stabilizer, indicator.
Raspopov Vladimir Yakovlevich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, tgupu@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 531.383
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-10-28-37
ГИРОСКОПИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ, РАЗРАБАТЫВАЕМЫЕ В АО «КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ ИМ. АКАДЕМИКА А.Г. ШИПУНОВА»
В.И. Бабичев
В статье рассматриваются пороховые и пружинные гироскопы управляемых ракет (снарядов). Показано, что пружинные гироскопы вытеснили пороховые в силу их новых свойств.
Ключевые слова: маятниковое устройство, оптронный датчик, время складывания
рамок.
1. Введение. По рекомендации Генерального конструктора КБП Шипунова А.Г. я возглавил в 1973 г. подразделение по разработке гироскопических приборов и устройств.
После моего прихода в подразделение был намечен перспективный план развития бортового гироскопического направления, включающего ламельный датчик, маятниковые устройства, бесконтактный датчик на оптронной основе, пружинный гироскоп и малогабаритный гироскоп, работающий при больших стартовых перегрузках.
Прежде чем изложить весь процесс производства возглавляемого мной гироскопического подразделения для управляемых ракет (снарядов), нужно вспомнить историю разработки гироскопа 9Б61 противотанковых комплексов «Фагот» и «Конкурс».
Об истории разработки порохового гироскопа противотанковых комплексов «Фагот» и «Конкурс». Впервые в истории, КБП приняло на себя роль головного предприятия по носимому противотанковому комплексу «Овод». Но в момент принятия на вооружение этот комплекс не выдержал так называемой конкуренции с коломенским КБ, разрабатывавшим аналогичную систему «Малютка». Решение, надо сказать, было дипломатическим, но в сентябре 1963 года комплекс «Малютка» был принят на вооружение.
Принятие на вооружение комплекса «Малютка» стало для КБП отправной точкой для создания противотанковой системы «Фагот». Новая разработка представлялась в виде переносного противотанкового комплекса батальонного звена, характеристики которого отвечали бы особенностям борьбы с танками именно на этом уровне. Объективно это было обусловлено тем, что задача была абсолютно новая, нужны были нетривиальные подходы к поиску новых идей и новых принципов.
Под руководством А.Г. Шипунова впервые в мире был создан противотанковый комплекс «Фагот» с полуавтоматической командной системой управления по проводам. В этом комплексе на тот момент были реализованы новейшие решения и, несмотря на срыв ранее намеченных сроков сдачи образца, комплекс «Фагот» был в сентябре 1970 г. принят на вооружение.
На рис. 1 показан ПТРК «Фагот», а в табл. 1 приведены его основные ТТХ.
28
