способ инициирования системы управления артиллерийского снаряда, баллистический колпак и дистанционная трубка управляемого артиллерийского снаряда

Формула изобретения

1. Способ инициирования системы управления артиллерийского снаряда, включающий расчет траектории полета снаряда на заданную дальность и времени включения инициирующего бортового устройства, ввод расчетного времени в бортовой таймер перед выстрелом и его запуск при выстреле, отличающийся тем, что ввод расчетного времени производят механически с одновременным снятием первого предохранителя несанкционированного срабатывания системы управления, включение бортового таймера обеспечивают посредством задействования бортовой батареи от инерционного механизма, срабатывающего под действием ствольной перегрузки при одновременном снятии второго предохранителя, включение инициирующего бортового устройства осуществляют по сигналу бортового таймера, а задействование функциональных устройств системы управления - по выходным сигналам инициирующего бортового устройства, при этом запуск таймера осуществляют в момент достижения бортовой батареей заданного уровня выходного напряжения, а время работы бортового таймера рассчитывают по зависимости

t_т= t_p-t_б,

где t_т - время работы бортового таймера;

t_p - расчетное время включения инициирующего бортового устройства;

t_б - время выхода бортовой батареи на заданный уровень выходного напряжения.

2. Баллистический колпак артиллерийского управляемого снаряда, содержащий дистанционную трубку, устройство отделения с пороховым зарядом и электровоспламенитель порохового заряда, отличающийся тем, что он снабжен выходным инициирующим устройством и электрической батареей с пусковым механизмом, при этом дистанционная трубка выполнена в виде электронного таймера, соединенного с батареей, пусковой механизм батареи - в виде инерционного привода, а инициирующее устройство - в виде электронных ключей, входы которых соединены с выходом таймера, а выходы - со входами системы управления снаряда, причем электровоспламенитель порохового заряда устройства отделения соединен с выходом системы управления снаряда.

3. Дистанционная трубка артиллерийского снаряда, содержащая корпус с поворотным элементом и таймер с установочным диском, связанным с поворотным элементом, отличающаяся тем, что она снабжена фотоэлектрическим датчиком "угол - код", а таймер выполнен в виде генератора импульсов и счетчика, установочные входы которого соединены с выходами датчика, а счетный вход - с выходом генератора, при этом установочный диск выполнен в виде оптически прозрачного лимба со штриховым кодированным растром, расположен между излучателями и светоприемниками датчика, опорной поверхностью контактирует с закрепленным в корпусе основанием и установлен соосно с поворотным элементом, который выполнен в виде головной части обтекателя снаряда и снабжен шкалой, причем угловые положения датчика и поворотного элемента ориентированы относительно выполненной на корпусе риски.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к ракетной технике и могут быть использованы в управляемых артиллерийских снарядах (УАС) с дальностью стрельбы до несколько десятков километров, траектория полета которых состоит из баллистического и управляемого участков, условно разделенных моментом времени, соответствующим началу инициирования бортовой системы управления.

Известен способ программирования электронного взрывателя [1], основанный на индуктивном вводе заданного временного интервала в таймер электронного взрывателя в виде конечной последовательности импульсов внешнего генератора эталонной частоты.

Однако применение индуктивного программирования обусловливает необходимость функционирования бортовых электронных устройств УАС, воспринимающих внешнюю информацию, и, следовательно, задействования бортового источника питания (батареи разового действия) уже на этапе подготовки к стрельбе - при вводе заданного временного интервала. Поэтому использование данного способа, в том числе и для инициирования системы управления УАС, приводит к нецелесообразному увеличению потребной мощности (или времени работы) бортовых батарей, так как они должны функционировать и на баллистическом участке полета УАС, и на этапе подготовки до момента осуществления выстрела. Это, в свою очередь, ухудшает габаритно-массовые характеристики УАС.

Применение индуктивного программирования при прохождении УАС канала ствола орудия в момент выстрела сложно в реализации, так как требует специального бортового быстродействующего устройства и соответствующего устройства на орудии.

Очевидно, что применение внешнего источника питания для бортовой аппаратуры УАС сводит на нет все преимущества известного бесконтактного индуктивного способа ввода информации.

Известен закрепленный к корпусу УАС разрушаемыми элементами баллистический колпак [2] УАС, содержащий дистанционную трубку и устройство отделения с пороховым зарядом. Это устройство не обеспечивает выработку сигналов для инициирования системы управления УАС.

Известен взрыватель с часовым механизмом [3], содержащий расположенное в корпусе вращающееся кольцо временной задержки, связанное с часовым механизмом. Кольцо снабжено установочной кнопкой, расположенной на корпусе взрывателя.

Данное устройство обеспечивает механический ввод временной задержки, но использование механического часового механизма отрицательно влияет на габаритно-массовые характеристики устройства и обусловливает проблему обеспечения его надежной работы при больших стартовых ускорениях, превышающих 10000 g.

Наиболее близким к заявляемому способу по совокупности существенных признаков является способ электронного взведения неконтактного взрывателя артиллерийского снаряда [4], основанный на расчете траектории полета снаряда на заданную дальность и времени включения инициирующего бортового устройства, ввод установочного времени в бортовой таймер перед выстрелом и его запуск при выстреле, измерении скорости и высоты полета снаряда, определение верхней точки траектории по специальному алгоритму с помощью бортового микропроцессора и взведении взрывателя в этой точке.

Данный способ решает конкретную задачу и не может обеспечить инициирование системы управления УАС в произвольной точке траектории полета.

Кроме того, этот способ сложен в реализации: на борту снаряда помимо микропроцессора необходимо иметь устройства, обеспечивающие измерение текущих значений высоты и скорости полета.

Наиболее близок к заявляемому по совокупности существенных признаков баллистический колпак УАС [5], содержащий дистанционную трубку, импульсный магнитоэлектрический генератор и устройство отделения с пороховым зарядом, который обеспечивает поступление с обмоток магнитоэлектрического генератора электрических импульсов для инициирования системы управления в момент срабатывания дистанционной трубки.

Однако генерирование импульсов в этом устройстве связано с процессом отделения баллистического колпака, т. е. момент отделения баллистического колпака определяет для УАС с головкой самонаведения момент начала участка самонаведения. Это ограничивает область применения данного устройства, так как дальность боевого применения до нескольких десятков километров для УАС достигается за счет участка планирования (с помощью аэродинамических рулей, отклоняющихся в соответствии с командой "компенсации веса" системы управления), который занимает промежуточное место между участками баллистического полета и самонаведения. Поэтому отделение баллистического колпака в начале участка планирования при инициировании системы управления УАС нерационально с точки зрения повышения его лобового сопротивления и преждевременного снятия защиты оптической системы головки самонаведения.

Наиболее близка к заявляемой по совокупности существенных признаков дистанционная трубка для артиллерийских снарядов [6], на корпусе которой расположен поворотный элемент, связанный с установочным диском, закрепленным на оси часового механизма. Для этого устройства характерны те же недостатки, что и у предыдущего.

Задача заявляемых способа и реализующих его устройств - обеспечение инициирования системы управления УАС в расчетной точке траектории полета при различных дальностях расположения цели.

Для решения этой задачи производят расчет траектории полета снаряда на заданную дальность и времени включения инициирующего бортового устройства. Затем осуществляют ввод расчетного времени в бортовой таймер УАС перед выстрелом и запуск таймера при выстреле. При этом ввод расчетного времени производят механически с одновременным снятием первого предохранителя несанкционированного срабатывания системы управления, а включение таймера обеспечивают посредством задействования бортовой батареи от инерционного механизма, срабатывающего под действием ствольной перегрузки с одновременным снятием второго предохранителя. Включение инициирующего устройства осуществляют по сигналу таймера, а задействование функциональных устройств системы управления - по выходным сигналам инициирующего устройства, при этом запуск таймера обеспечивают в момент достижения батареей заданного уровня выходного напряжения, а время работы таймера рассчитывают по зависимости

t_т=t_p-t_б,

где t_т - время работы таймера, t_p - расчетное время включения инициирующего устройства, t_б - время выхода батареи таймера на заданный уровень выходного напряжения.

Для решения поставленной задачи баллистический колпак, содержащий дистанционную трубку и устройство отделения с пороховым зарядом, снабжен электрической батареей с пусковым механизмом, выходным инициирующим устройством и электровоспламенителем порохового заряда. При этом дистанционная трубка выполнена в виде электронного таймера, соединенного с батареей, пусковой механизм батареи - в виде инерционного привода, а инициирующее устройство - в виде электронных ключей, входы которых соединены с выходом таймера, а выходы - со входами системы управления снаряда. Электровоспламенитель порохового заряда устройства отделения соединен с выходом системы управления снаряда.

Для решения поставленной задачи в дистанционной трубке артиллерийского снаряда, содержащей корпус с поворотным элементом и таймер с установочным диском, связанным с поворотным элементом, она снабжена фотоэлектрическим датчиком "угол - код", а таймер выполнен в виде генератора импульсов и счетчика, установочные входы которого соединены с выходами датчика, а счетный вход - с выходом генератора. При этом установочный диск выполнен в виде оптически прозрачного лимба со штриховым кодированным растром, расположен между излучателями и светоприемниками датчика, опорной поверхностью контактирует с закрепленным в корпусе основанием и установлен соосно с поворотным элементом, который выполнен в виде головной части обтекателя снаряда и снабжен шкалой. Угловые положения датчика и поворотного элемента ориентированы относительно выполненной на корпусе риски.

Блок-схема заявляемого баллистического колпака представлена на фиг. 1.

Конструкция заявляемой дистанционной трубки пояснена чертежами, где на фиг. 2 приведен разрез по ее продольной оси, на фиг. 3 - общий вид, а на фиг. 4 - блок-схема с электрическими соединениями.

Осуществление заявляемого способа предполагает проведение ряда последовательных операций до выстрела и в процессе движения УАС на траектории полета.

В зависимости от дальности цели и условий стрельбы предварительно проводят расчет траектории полета УАС и времени инициирования его системы управления на траектории. Как правило, эти данные представлены для конкретного УАС в виде таблиц стрельбы из орудия определенного типа. Непосредственно перед выстрелом расчетное время инициирования системы управления механически вводят в бортовой электронный таймер. Эта подготовка таймера к работе производится без его включения, что экономит энергию бортового источника питания - батареи, и одновременно связана со снятием первого предохранителя системы управления УАС от несанкционированного инициирования: без ввода расчетного времени в таймер инициирование системы управления не может быть осуществлено.

При выстреле обеспечивают срабатывание инерционного привода под действием ствольного ускорения, что вызывает задействование батареи таймера. Применяемые в настоящее время термобатареи могут быть задействованы либо при срабатывании пускового электровоспламенителя, либо при воспламенении специальной навески пиротехнической смеси от капсуля. В первом случае срабатывание инерционного привода определяет появление на обмотке магнитоэлектрического генератора электрического импульса, от которого срабатывает пусковой электровоспламенитель батареи. Во втором случае срабатывание инерционного привода обеспечивает пробой капсуля и воспламенение навески пиротехнической смеси.

Одновременно со срабатыванием инерционного привода производят снятие второго предохранителя, препятствующего инициированию системы управления при перегрузках, меньших минимально возможной при выстреле.

Процесс выхода бортовой батареи на рабочий режим сопровождается постепенным увеличением ее напряжения до номинального значения. Поэтому с целью стабильности времени запуска таймера после выстрела его включение обеспечивают при достижении батареей напряжения заданного уровня, время достижения которого известно и вводится в таймер как постоянная поправка. С учетом этой поправки время работы таймера рассчитывают по вышеприведенной зависимости.

По окончании работы таймера на его выходе обеспечивают формирование электрического сигнала, включающего инициирующее устройство, которое вырабатывает команду на задействование функциональных устройств системы управления УАС.

Таким образом, заявляемый способ обеспечивает возможность инициирования системы управления в любой точке возможных траекторий полета УАС.

Конкретную реализацию способа рассмотрим на примере представленных ниже заявляемых устройств.

Баллистический колпак 1 (см. фиг. 1) состоит из электронного таймера 2, запитываемого от батареи 3 с пусковым электровоспламенителем 4, магнитоэлектрического генератора 5, обмотка 6 которого соединена с электровоспламенителем 4 батареи 3, инициирующего устройства 7, выполненного в виде электронных ключей 8, и устройства отделения 9 с пороховым зарядом 10 и его электровоспламенителем 11. Магнитоэлектрический генератор 5 снабжен инерционным приводом 12. Вход инициирующего устройства 7 соединен с выходом таймера 2, а выход - с электровоспламенителями 13 функциональных устройств системы управления 14 УАС.

Перед пуском УАС расчетное время инициирования системы управления 14 вводится в таймер 2. Под действием ствольного ускорения при выстреле срабатывает инерционный привод 12 магнитоэлектрического генератора 5 и в обмотке 6 индуцируется электрический импульс, под действием которого срабатывает электровоспламенитель 4, запускающий батарею 3, которая запитывает таймер 2, начинающий при этом отсчет времени, и инициирующее устройство 7. По истечении введенного в таймер 2 времени на его выходе появляется электрический сигнал, открывающий электронные ключи 8 инициирующего устройства 7. Под действием протекающего через электронные ключи 8 тока срабатывают электровоспламенители 13, которые приводят в действие функциональные устройства (источник питания, гирокоординатор и др.) системы управления 14 УАС. После инициирования системы управления 14 баллистический колпак 1 готов к отделению от УАС. Команда на отделение баллистического колпака 1 в виде электрического сигнала на электровоспламенитель 11, воспламеняющий пороховой заряд 10 устройства отделения 9, вырабатывается в системе управления 14 перед началом траекторного участка самонаведения. Формирование этой команды может осуществляться, например, таймером системы управления 14, в который вводится расчетное время, соответствующее моменту отделения баллистического колпака 1.

Следует отметить, что до ввода расчетного времени таймер 2 находится в исходном состоянии, в котором он не может быть запущен даже при срабатывании батареи 3. Поэтому при механическом введении в таймер 2 расчетного времени снимается первый предохранитель системы управления от несанкционированного срабатывания.

Второй предохранитель снимается при срабатывании инерционного привода 12, в котором масса груза, отрывающего якорь магнитоэлектрического генератора от магнитной системы, выбирается из условия срабатывания привода при минимально возможном ствольном ускорении УАС и условия несрабатывания привода при заданной перегрузке безопасности.

Кроме того, стабильность времени запуска таймера 2 после выстрела достигается установкой в его цепи питания порогового устройства, подключающего батарею 3 после достижения ею определенного уровня напряжения в процессе выхода на рабочий режим. Так как время выхода батареи 3 на рабочий режим регламентировано, временной интервал от момента выстрела до момента запуска таймера 2 может быть учтен в виде постоянной поправки, схемно вводимой в таймер 2.

Таким образом, заявляемый баллистический колпак решает поставленную задачу, обеспечивая реализацию заявляемого способа инициирования системы управления УАС. Кроме того, заявляемый баллистический колпак может отделяться после окончания траекторного участка планирования УАС непосредственно перед началом участка его самонаведения.

Дистанционная трубка, обеспечивающая реализацию заявляемого способа в составе заявляемого баллистического колпака, состоит (см. фиг. 2, 3 и 4) из установленного в корпусе 15 поворотного элемента 16, выполненного в виде головной части обтекателя УАС, и закрепленных в корпусе 15 фотоэлектрического датчика "угол - код" 17 (см. фиг. 4) с основанием 18 и электронного таймера 2. Датчик 17 содержит закрепленную к основанию 18 гайкой 19 шайбу 20 со светоизлучателями 21, расположенными напротив установленных в основании 18 светоприемников 22, и установочного диска 23, выполненного в виде оптически прозрачного лимба со штриховым кодированным растром и размещенного между светоизлучателями 21 и светоприемниками 22, выводы которых распаяны соответственно на платах 24 и 25. При этом плата 24 соединена с таймером 2 проводным жгутом 26 через центральное отверстие основания 18, а плата 25 конструктивно связана с таймером 2. Диск 23 установлен подвижно на оси основания 18, контактирует с ним опорной поверхностью и имеет радиальный паз, в котором размещено водило 27, выполненное в виде штифта, установленного в поворотном элементе 16. На корпусе 15 нанесена риска 28, относительно которой ориентировано угловое положение датчика 17 и шкалы 29, выполненной на поворотном элементе 16. Таймер 2 состоит из генератора импульсов 30 и счетчика 31, установочные входы которого соединены с выходами датчика 17, а счетный вход - с выходом генератора 30.

Введение расчетного времени в таймер 2 осуществляется поворотом головного обтекателя 16, при этом водилом 27 диск 23 разворачивается на угол, отсчитываемый по шкале 29 относительно риски 28. Каждому значению угла поворота диска 23 соответствует определенная комбинация его штрихового растра, построенного в двоичном коде. Световой поток от излучателей 21 либо проходит на светоприемники 22 через оптически прозрачный диск 23, либо перекрывается нанесенными на него штрихами кодированного растра. Таким образом на выходе датчика 17 формируется кодированный сигнал в виде комбинации сигналов с открытых световым потоком (сигнал 0 или 1) и закрытых, т.е. перекрытых штрихами растра (соответственно сигнал 1 или 0) светоприемников 22. Кодированный сигнал датчика 17 поступает на установочные входы счетчика 31 таймера 2, в котором каждому коду ставится в соответствие определенное количество импульсов, поступающих на счетный вход счетчика 31 с генератора 30. Известная частота следования импульсов генератора 30 определяет соответствие каждого кода определенному временному интервалу. По истечении заданного времени, которому соответствует определенное количество импульсов с генератора 30, на выходе счетчика 31 формируется сигнал, который может быть использован для инициирования системы управления УАС или для других целей, например для взведения взрывателя. Ориентировка углового положения датчика 17 и шкалы 29 поворотного элемента 16 (а значит, и диска 23 с кодированным растром) относительно риски 28 на корпусе 15 позволяет установить однозначность соответствия системы параметров: угол (шкала) - код (растр) - время. С целью предохранения инициирования системы управления УАС от несанкционированного срабатывания растр диска 23 имеет начальный угол - угол безопасности - с кодом, препятствующим запуску таймера 2. Соответственно на такой же угол от нулевого положения смещена шкала 29 головного обтекателя 2 относительно риски 28. Поэтому поворот головного обтекателя 16 и диска 23 на угол, больший угла безопасности, т.е. ввод расчетного времени, приводит к снятию первого предохранителя в заявляемом способе инициирования системы управления УАС.

С целью снижения нагрузок при действии ствольных ускорений диск 23, выполняемый из оптически прозрачного материала (стекло), опорной поверхностью непосредственно контактирует с поверхностью основания 18.

Обеспечивая реализацию заявляемого способа, предлагаемая дистанционная трубка позволяет решить поставленную задачу, а замена в ней механических часов на электронный таймер при механическом вводе расчетного времени с помощью фотоэлектрического датчика "угол - код" способствует уменьшению габаритов и массы, а также повышает надежность работы устройства в условиях, характерных для УАС .

Источники информации

1. Способ и устройство для программирования электронного взрывателя. Патент Германии 1952502, МПК F 42 C 11/06.

2. Баллистический колпак артиллерийского снаряда. Патент Франции 2185195, МПК F 42 B 13/00.

3. Взрыватель с часовым механизмом. Патент Франции 2053546, МПК F 42 C 9/00.

4. Способ электронного взведения неконтактного взрывателя артиллерийского снаряда. Патент США 5390604, МПК F 42 C 15/40.

5. Баллистический колпак артиллерийского снаряда. Патент России 2066441, МПК F 42 B 15/00.

6. Дистанционная трубка. Г. Г. Молчанов. Курс артиллерии, кн. 5.- М.: Военное издательство, 1949, с.152-154.