способ стрельбы боевой машины по цели (варианты) и система для его реализации

Формула изобретения

1. Способ стрельбы боевой машины (БМ) по цели, включающий обнаружение и распознавание цели, сопровождение с определением координат и параметров цели, определение угловых поправок: кинематических на движение цели и носителя, баллистических: угол прицеливания ₀ и деривации ₀, на скорость бокового W_z и продольного W_x баллистического ветра, на параллакс прицела и пушечной установки (ПУ) из математических выражений, суммирование их соответственно по горизонтальному и вертикальному каналам с учетом угла крена и постоянное отклонение во время стрельбы с учетом выработанных угловых поправок стволов ПУ относительно линии визирования, отличающийся тем, что предварительно перед стрельбами, исходя из таблиц стрельбы, определяют зависимость от дальности стрельбы обобщенного параметра функции сопротивления A₀(D) для каждого типа снаряда для нулевого угла места цели , а после определения баллистических поправок до их суммирования дополнительно определяют дифферент БМ , определяют суммарный угол места цели с учетом дифферента БМ , и угол прицеливания определяют с учетом угла места из соотношения

где ₀ - угол прицеливания при нулевом угле места =0 с учетом сопротивления воздуха, определяется из выражения

где g - ускорение свободного падения;

V₀ - начальная скорость снаряда;

A₀ - обобщенный параметр, характеризующий функцию сопротивления снаряда при =0, определяют обобщенный параметр функции сопротивления А при полученном значении угла из соотношения

определяют полетное время снаряда t_пол из соотношения

и угловые поправки в вертикальном и горизонтальном каналах: кинематические на движение цели и носителя, на скорость бокового W_z и продольного ветра W_x определяют с учетом полученных значений полетного времени t_пол, а суммарную угловую поправку в вертикальном канале определяют с учетом полученного угла путем его алгебраического суммирования с остальными поправками.

2. Способ стрельбы боевой машины (БМ) по цели, включающий обнаружение и распознавание цели, сопровождение с определением координат и параметров цели, определение угловых поправок: кинематических на движение цели и носителя, баллистических: угол прицеливания ₀ и деривации ₀, на скорость бокового W_z и продольного W_x баллистического ветра, на параллакс прицела и пушечной установки (ПУ) из математических выражений, суммирование их соответственно по горизонтальному и вертикальному каналам с учетом угла крена и постоянное отклонение во время стрельбы с учетом выработанных угловых поправок стволов ПУ относительно линии визирования, отличающийся тем, что предварительно перед стрельбами, исходя из таблиц стрельбы, определяют зависимость от дальности стрельбы обобщенного параметра функции сопротивления A(D) для всего возможного диапазона углов места , а после определения баллистических поправок до их суммирования дополнительно определяют дифферент БМ , определяют суммарный угол места цели с учетом дифферента БМ , затем определяют полетное время снаряда t_пол из соотношения

где v₀ - начальная скорость снаряда;

- угол прицеливания при угле места ;

А - обобщенный параметр, характеризующий функцию сопротивления с учетом угла места,

и угловые поправки в вертикальном и горизонтальном каналах: кинематические на движение цели и носителя, на скорость бокового W_z и продольного ветра W _x определяют с учетом полученных значений полетного времени t_пол.

3. Система стрельбы БМ по цели, содержащая обзорно-прицельную, навигационную систему, блок данных о внешней среде, силовые привода установки и пулеметную или пушечную установку, бортовую вычислительную систему (ВС), включающую в свой состав, в частности, блок выработки углов прицеливания ₀ и деривации ₀, устройство формирования углов упреждения, включающее блоки формирования угла упреждения , формирования угла упреждения , поправки на баллистический ветер по горизонтальному каналу, поправки на продольный ветер по вертикальному каналу, поправки на параллакс по вертикальному каналу, поправки на параллакс по горизонтальному каналу, формирования упрежденной дальности D_y, формирования скорости сближения , формирования полетного времени t_пол, формирования абсолютной начальной скорости v₀₁, входы которых соединены через соответствующие входы устройства формирования углов упреждения и бортовой ВС со входами обзорно-прицельной, навигационной систем и блока данных о внешней среде, а выходы - со входами соответствующих блоков внутри самого устройства формирования углов упреждения, а также через соответствующие выходы устройства формирования углов упреждения - со входами блока учета угла крена ВС, выходы которого соединены со входами силовых приводов, причем первый вход блока формирования полетного времени t_пол соединен с выходом блока формирования абсолютной начальной скорости v ₀₁, второй вход - с блоком данных о внешней среде, третий - с выходом блока формирования упрежденной дальности D_y , a выход - соответственно со входами блоков формирования угла упреждения , формирования угла упреждения , поправки на баллистический ветер по горизонтальному каналу, поправки на продольный ветер по вертикальному каналу, формирования упрежденной дальности, отличающаяся тем, что в ВС дополнительно введен блок учета угла места цели, причем первый его вход соединен со вторым выходом обзорно-прицельной системы, второй - с выходом навигационной системы, третий и четвертый - с выходами блока выработки угла прицеливания ₀ и деривации ₀, а выходы блока учета угла места соединены со входами блока учета угла крена ВС, четвертый вход блока формирования полетного времени t_пол соединен с выходом блока учета угла места , пятый его вход соединен с выходом навигационной системы, а шестой его вход - со вторым выходом обзорно-прицельной системы.

4. Система стрельбы БМ по цели по п.3, отличающаяся тем, что блок формирования полетного времени содержит последовательно соединенные первый косинусный преобразователь, первое множительное устройство, второй функциональный преобразователь, третье множительное устройство, а также последовательно соединенные первый сумматор, второй косинусный преобразователь, второе множительное устройство, первый функциональный преобразователь, причем второй вход третьего множительного устройства соединен с выходом первого функционального преобразователя, первый вход первого косинусного преобразователя соединен с выходом блока учета угла места, а второй его вход - с выходом первого сумматора, первый и второй входы которого соединены соответственно со вторым выходом обзорно-прицельной системы и выходом навигационной системы, второй вход первого множительного устройства соединен с блоком формирования абсолютной начальной скорости v₀₁, а третий его вход и третий вход второго множительного устройства - с выходом шестого функционального преобразователя, второй вход второго множительного устройства соединен с пятым выходом обзорно-прицельной системы, а также содержит последовательно соединенные четвертое множительное устройство, третий функциональный преобразователь, а также последовательно соединенные второй сумматор, второй синусный преобразователь, третий сумматор, шестое множительное устройство, четвертый сумматор, пятый функциональный преобразователь, пятый сумматор, шестой функциональный преобразователь, причем второй вход шестого функционального преобразователя соединен с выходом третьего функционального преобразователя, а инверсный второй вход пятого сумматора - с выходом четвертого множительного устройства, вход которого, а также второй вход пятого множительного устройства соединены с пятым выходом обзорно-прицельной системы, инверсный второй вход третьего сумматора соединен с выходом первого синусного преобразователя, вход которого соединен с выходом первого сумматора, второй вход шестого множительного устройства соединен с выходом четвертого функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом пятого множительного устройства, первый вход которого соединен с выходом блока формирования абсолютной начальной скорости v₀₁, инверсный второй вход четвертого сумматора соединен с выходом третьего функционального преобразователя, первый и второй входы второго сумматора соединены соответственно с выходом первого сумматора и блока учета угла места, а выход третьего множительного устройства - со входами блоков формирования угла упреждения , формирования угла упреждения , блока поправки на баллистический ветер по горизонтальному каналу, блока поправки на продольный ветер по вертикальному каналу, блока формирования упрежденной дальности D_y.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области вооружения и военной техники, в частности к защите боевой машины (БМ) от средств воздушного нападения (СВН), а также к стрельбе, например, в горных условиях при превышениях (принижениях) расположения цели по отношению к пусковой установке.6

Известен способ стрельбы БМ, заключающийся в обнаружении и опознавании цели, захвате цели на сопровождение, сопровождении цели прицельно-навигационной системой с выдачей необходимых параметров в бортовой вычислитель, определении угловых поправок стрельбы соответственно в вертикальном и горизонтальном каналах и из соотношений

где - угол прицеливания;

- угол крена;

- полетное время снаряда на дальность;

_ц - относительная угловая скорость движения цели в горизонтальной плоскости;

D_y, D - соответственно упрежденная и текущая дальность до цели;

Т_В, Т_З, - отклонение соответственно температуры воздуха и заряда,

Н - давления воздуха от нормального;

v₀ - отклонение начальной скорости снаряда от номинального значения,

отработке этих поправок силовыми приводами пулеметной (пушечной) установки (ПУ) и стрельбе по цели [1].

Для реализации этого способа на БМ существует подсистема, включающая прицельно-навигационную систему, бортовой аналоговый вычислитель, силовые привода, пулеметную (пушечную) установку [2].

Недостатком этого способа и реализующей его системы является большая систематическая ошибка, обусловленная, в частности, неучетом угла места цели при определении внешнебаллистических характеристик, в частности полетного времени t_пол, при стрельбе по воздушным целям малокалиберной пушки, в горных условиях при превышениях (принижениях) местоположения цели относительного ПУ при стрельбе 100 мм орудия, см. фиг. 2, 3.

Поэтому наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ стрельбы БМ по цели, заключающийся в обнаружении и распознавании, сопровождении цели с определением ее координат и параметров, определении угловых поправок: кинематических на движение цели и носителя, баллистических (угол прицеливания ₀ и деривации ₀, на скорость бокового W_Z и продольного W_Х баллистического ветра, на параллакс прицела и ПУ из математических выражений, суммировании их соответственно по горизонтальному и вертикальному каналам с учетом угла крена и постоянном отклонении во время стрельбы с учетом выработанных угловых поправок стволов ПУ относительно линии визирования [4].

Для реализации этого способа на БМ известна система стрельбы БМ по цели, содержащая обзорно-прицельную, навигационную систему, блок данных о внешней среде, силовые привода установки и пулеметную или пушечную установку, бортовую вычислительную систему (ВС), включающую в свой состав, в частности, блок выработки углов прицеливания ₀ и деривации ₀, устройство формирования углов упреждения, включающее блоки формирования угла упреждения , формирования угла упреждения , поправки на баллистический ветер по горизонтальному каналу, поправки на продольный ветер по вертикальному каналу, поправки на параллакс по вертикальному каналу, поправки на параллакс по горизонтальному каналу, формирования упрежденной дальности D _y, формирования скорости сближения , формирования полетного времени t_пол, формирования абсолютной начальной скорости v₀₁, входы которых соединены через соответствующие входы устройства формирования углов упреждения и бортовой ВС со входами обзорно-прицельной, навигационной систем и блока данных о внешней среде, а выходы - со входами соответствующих блоков внутри самого устройства формирования углов упреждения, а также через соответствующие выходы устройства формирования углов упреждения - со входами блока учета угла крена ВС, выходы которого соединены со входами силовых приводов ПУ, причем первый вход блока формирования полетного времени t_пол соединен с выходом блока формирования абсолютной начальной скорости v ₀₁, второй вход - с блоком данных о внешней среде, третий - с выходом блока формирования упрежденной дальности D_y , а выход - соответственно со входами блоков формирования угла упреждения , формирования угла упреждения , поправки на баллистический ветер по горизонтальному каналу, поправки на баллистический ветер по вертикальному каналу, формирования упрежденной дальности [4].

Недостатком приведенного способа и реализующей его системы стрельбы БМ является неучет угла места цели при определении полетного времени, что приводит к большим систематическим ошибкам, особенности при стрельбе орудия умеренной и низкой баллистики в горных условиях при превышениях (принижениях) расположения цели по отношению к пусковой установке, см. фиг.3, а также при стрельбе по воздушным целям.

Это становится недопустимым в условиях повышенных требований к точности стрельбы. С одной стороны, это обусловлено переходом от зенитной стрельбы БМ через ракурсные прицелы к сопроводительной стрельбе с использованием нового прицела командира (наводчика) и цифровой вычислительной системы с полным алгоритмическим обеспечением. С другой стороны, принятый на вооружение новый 100 мм снаряд предназначен для точной прецизионной стрельбы благодаря ужесточению допусков на массу и начальную скорость снаряда.

Задачей предлагаемого способа и реализующей его системы является повышение точности и соответственно эффективности стрельбы БМ, во-первых, при стрельбе орудия умеренной и низкой баллистики в горных условиях, при превышениях (принижениях) цели над месторасположением орудия (пусковой установки), во-вторых, при стрельбе малокалиберного пушечного вооружения по воздушным целям, в особенности в ближней зоне, а также при пролете цели на больших высотах.

Для решения поставленной задачи целесообразно иметь универсальную зависимость, имеющую наглядный физический смысл, для широкого диапазона калибров (d=30, 100 мм).

Предлагается полетное время снаряда t_пол определять из соотношения

где v₀ - начальная скорость снаряда,

- угол прицеливания при угле места ,

А - обобщенный параметр, характеризующий функцию сопротивления с учетом угла места.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе стрельбы БМ по цели, включающем обнаружение и распознавание цели, сопровождение с определением координат и параметров цели, определение угловых поправок: кинематических на движение цели и носителя, баллистических (угол прицеливания ₀ и деривации ₀), на скорость бокового W_Z и продольного W_X баллистического ветра, на параллакс прицела и ПУ из математических выражений, суммирование их соответственно по горизонтальному и вертикальному каналам с учетом угла крена и постоянное отклонение во время стрельбы с учетом выработанных угловых поправок стволов ПУ относительно линии визирования, согласно изобретению предварительно перед стрельбами исходя из таблиц стрельбы при нулевом угле места определяют зависимость от дальности стрельбы обобщенного параметра функции сопротивления A₀ (D) для каждого типа снаряда для нулевого угла места цели , а после определения баллистических поправок до их суммирования дополнительно определяют дифферент БМ , определяют суммарный угол места цели с учетом дифферента БМ и угол прицеливания определяют с учетом угла места из соотношения

где ₀ - угол прицеливания при нулевом угле места =0 с учетом сопротивления воздуха, определяется из выражения

где g - ускорение свободного падения,

v₀ - начальная скорость снаряда,

A₀ - обобщенный параметр, характеризующий функцию сопротивления снаряда при =0,

определяют обобщенный параметр функции сопротивления А при полученном значении угла из соотношения

определяют полетное время снаряда t_пол из соотношения

где v₀ - начальная скорость снаряда,

- угол прицеливания при угле места ,

А - обобщенный параметр, характеризующий функцию сопротивления с учетом угла места,

и угловые поправки в вертикальном и горизонтальном каналах: кинематические на движение цели и носителя, на скорость бокового W_z и продольного ветра W _Х определяют с учетом полученных значений полетного времени t_пор, а суммарную угловую поправку в вертикальном канале определяют с учетом полученного угла путем его алгебраического суммирования с остальными поправками.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе стрельбы БМ по цели, включающем обнаружение и распознавание цели, сопровождение с определением координат и параметров цели, определение угловых поправок: кинематических на движение цели и носителя, баллистических (угол прицеливания ₀ и деривации ₀), на скорость бокового W_Z и продольного W_x баллистического ветра, на параллакс прицела и ПУ из математических выражений, суммирование их соответственно по горизонтальному и вертикальному каналам с учетом угла крена и постоянное отклонение во время стрельбы с учетом выработанных угловых поправок стволов ПУ относительно линии визирования, согласно изобретению предварительно перед стрельбами исходя из таблиц стрельбы определяют зависимость от дальности стрельбы обобщенного параметра функции сопротивления A(D) для каждого типа снаряда для всего возможного диапазона углов места , а после определения баллистических поправок до их суммирования дополнительно определяют дифферент БМ , определяют суммарный угол места цели с учетом дифферента БМ , затем определяют полетное время снаряда t_пол из соотношения

где v₀ - начальная скорость снаряда,

- угол прицеливания при угле места ,

А - обобщенный параметр, характеризующий функцию сопротивления с учетом угла места,

и угловые поправки в вертикальном и горизонтальном каналах: кинематические на движение цели и носителя, на скорость бокового W_z и продольного ветра W _x определяют с учетом полученных значений полетного времени t_пол.

Поставленная задача решается также тем, что в известную систему стрельбы БМ по цели, содержащую обзорно-прицельную, навигационную систему, блок данных о внешней среде, силовые привода установки и пулеметную или пушечную установку, бортовую вычислительную систему (ВС), включающую в свой состав, в частности, блок выработки углов прицеливания ₀ и деривации ₀, устройство формирования углов упреждения, включающее блоки формирования угла упреждения , формирования угла упреждения , поправки на баллистический ветер по горизонтальному каналу, поправки на продольный ветер по вертикальному каналу, поправки на параллакс по вертикальному каналу, поправки на параллакс по горизонтальному каналу, формирования упрежденной дальности Dy, формирования скорости сближения , формирования полетного времени t_пол, формирования абсолютной начальной скорости v₀₁, входы которых соединены через соответствующие входы устройства формирования углов упреждения и бортовой ВС со входами обзорно-прицельной, навигационной систем и блока данных о внешней среде, а выходы - со входами соответствующих блоков внутри самого устройства формирования углов упреждения, а также через соответствующие выходы устройства формирования углов упреждения - со входами блока учета угла крена ВС, выходы которого соединены со входами силовых приводов, причем первый вход блока формирования полетного времени t_пол соединен с выходом блока формирования абсолютной начальной скорости v ₀₁, второй вход - с блоком данных о внешней среде, третий - с выходом блока формирования упрежденной дальности D_y , а выход - соответственно со входами блоков формирования угла упреждения , формирования угла упреждения , поправки на баллистический ветер по горизонтальному каналу, поправки на баллистический ветер по вертикальному каналу, формирования упрежденной дальности, согласно изобретению в ВС дополнительно введен блок учета угла места цели, причем первый его вход соединен со вторым выходом обзорно-прицельной системы, второй - с выходом навигационной системы, третий и четвертый - с выходами блока выработки угла прицеливания ₀ и деривации ₀, а выходы блока учета угла места соединены со входами блока учета угла крена ВС, четвертый вход блока формирования полетного времени t_пол соединен с выходом блока учета угла места , пятый его вход соединен с выходом навигационной системы, а шестой его вход - со вторым выходом обзорно-прицельной системы.

Поставленная задача решается также тем, что блок формирования полетного времени содержит последовательно соединенные первый косинусный преобразователь, первое множительное устройство, второй функциональный преобразователь, третье множительное устройство, а также последовательно соединенные первый сумматор, второй косинусный преобразователь, второе множительное устройство, первый функциональный преобразователь, причем второй вход третьего множительного устройства соединен с выходом первого функционального преобразователя, первый вход первого косинусного преобразователя соединен с выходом блока учета угла места, а второй его вход - с выходом первого сумматора, первый и второй вход которого соединены соответственно со вторым выходом обзорно-прицельной системы и выходом навигационной системы, второй вход первого множительного устройства соединен с блоком формирования абсолютной начальной скорости v₀₁, а третий его вход и третий вход второго множительного устройства - с выходом шестого функционального преобразователя, второй вход второго множительного устройства соединены с пятым выходом обзорно-прицельной системы, а также содержит последовательно соединенные четвертое множительное устройство, третий функциональный преобразователь, а также последовательно соединенные второй сумматор, второй синусный преобразователь, третий сумматор, шестое множительное устройство, четвертый сумматор, пятый функциональный преобразователь, пятый сумматор, шестой функциональный преобразователь, причем второй выход шестого функционального преобразователя соединен с выходом третьего функционального преобразователя, а инверсный второй вход пятого сумматора - с выходом четвертого множительного устройства, вход которого, а также второй вход пятого множительного устройства соединены с пятым выходом обзорно-прицельной системы, инверсный второй вход третьего сумматора соединен с выходом первого синусного преобразователя, вход которого соединен с выходом первого сумматора, второй вход шестого множительного устройства соединен с выходом четвертого функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом пятого множительного устройства, первый вход которого соединен с выходом блока формирования абсолютной начальной скорости v₀₁, инверсный второй вход четвертого сумматора соединен с выходом третьего функционального преобразователя, первый и второй входы второго сумматора соединены соответственно с выходом первого сумматора и блока учета угла места, а выход третьего множительного устройства - со входами блоков формирования угла упреждения , формирования угла упреждения , блока поправки на баллистический ветер по горизонтальному каналу, блока поправки на продольный ветер по вертикальному каналу, блока формирования упрежденной дальности D_y.

Тем самым достигается цель изобретения. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Сопоставительный анализ заявленных решений с прототипами показывает, что заявленный способ отличается от известного тем, что предварительно перед стрельбами исходя из таблиц стрельбы (ТС) при нулевом угле места определяют зависимость от дальности стрельбы обобщенного параметра функции сопротивления A(D) для угла места цели =0-A₀(D), a после определения баллистических поправок, определенных при нулевом угле места, до их суммирования дополнительно определяют дифферент БМ , определяют суммарный угол места цели с учетом дифферента БМ , и угол прицеливания определяют с учетом угла места из соотношения

где ₀ - угол прицеливания при нулевом угле места =0 с учетом сопротивления воздуха.

Угол прицеливания при нулевом угле места ₀ может быть получен либо непосредственно из ТС, либо из аналитического выражения

где g - ускорение свободного падения,

V₀ - начальная скорость снаряда,

A₀ - обобщенный параметр, характеризующий функцию сопротивления снаряда при =0,

определяют обобщенный параметр функции сопротивления А из соотношения

определяют полетное время снаряда t_пол из соотношения

где V₀ - начальная скорость снаряда,

- угол прицеливания при угле места ,

А - обобщенный параметр, характеризующий функцию сопротивления с учетом угла места,

и угловые поправки в вертикальном и горизонтальном каналах: кинематические на движение цели и носителя, на скорость бокового W_z и продольного ветра W _x определяют с учетом полученных значений полетного времени t_пол, суммарную угловую поправку в вертикальном канале определяют с учетом полученного угла путем его алгебраического суммирования с остальными поправками.

Если имеются таблицы стрельбы не только для нулевых углов места -A₀, но и для всего возможного диапазона углов , например [10], то предлагаемая последовательность упрощается.

Тогда исходя из ТС предварительно до стрельб следует определить обобщенный параметр А для всего необходимого диапазона . И далее, как и в первом варианте, после определения баллистических поправок до их суммирования дополнительно определяют дифферент БМ , определяют суммарный угол места цели с учетом дифферента БМ , а затем определяют полетное время снаряда t_пол из соотношения

где V₀ - начальная скорость снаряда,

- угол прицеливания при угле места ,

А - обобщенный параметр, характеризующий функцию сопротивления с учетом угла места.

И угловые поправки в вертикальном и горизонтальном каналах: кинематические на движение цели и носителя, на скорость бокового W_z и продольного ветра W _Х - определяют с учетом полученных значений полетного времени t_пол.

Анализ литературы [5] показывает, что в СУО существующих БМ-БМП, БТР, БМД и танков внешнебаллистические расчеты проводятся при допущении о том, что угол места =0. При стрельбе в горных условиях, по низколетящим воздушным целям неучет угла места приводит к систематическим ошибкам, которые существенно снижают эффективность стрельбы.

На фиг.1 представлена схема определения угла прицеливания при ненулевом угле места .

На фиг.2 представлены зависимости полетного времени от наклонной дальности стрельбы при различных значениях угла места , полученные из последних расчетных ТС [10] для разных типов боеприпасов: осколочно-фугасно-зажигательный (ОФЗ), осколочно-трассирующий (ОТ) и бронебойно-трассирующий (БТ) для штатного 30 мм снаряда АО-18 (V₀=980 м/с).

Интервал углов места выбран исходя из ограничений системы управления огнем (СУО) перспективных БМ по углу прокачки линии визирования в вертикальной плоскости -10 60, т.е. на 60° вверх и на 10° вниз при стрельбе прямой наводкой.

Как следует из графиков, для 30 мм снарядов изменение полетного времени составляет сотые секунды и достигает десятых долей секунды на больших дальностях стрельбы. Однако неучет угла места при расчете t_пол при наличии дистанционных взрывателей при стрельбе по фронтально летящей воздушной цели может привести к большим промахам.

На фиг.3(а и б) представлены зависимости полетного времени t_пол от дальности стрельбы D и угла места для 100 мм снаряда (а - V₀=250 м/с, б - V₀ =355 м/с). Как следует из графиков, неучет угла места приводит к большим систематическим ошибкам, доходящим до нескольких секунд, в особенности на больших дальностях и углах места.

Известна так называемая формула Лендера, полученная в рамках параболической теории.

Для вывода этой зависимости, позволяющей учитывать угол места , разлагают уравнение траектории в ряд Тейлора и, ограничиваясь первыми двумя членами разложения, получают [6]

где х, у - соответственно абсцисса и ордината снаряда,

₀ - производная у по х в момент вылета снаряда,

v₀ - начальная скорость снаряда,

g - ускорение свободного падения.

И после некоторых тригонометрических преобразований при пренебрежении сопротивлением воздуха можно прийти к известной формуле Лендера, позволяющей установить соотношения между и ₀ без учета сопротивления воздуха

где - угол места цели,

, ₀ - угол прицеливания соответственно при 0 и =0.

Следует подчеркнуть, что аргументом здесь является дальность D.

В формуле Лендера угол представлен в неявном виде. Произведя ряд тригонометрических преобразований, получаем зависимость угла прицеливания от угла места в явном виде

Однако зависимость получена в рамках параболической теории стрельбы, т.е. без учета сопротивления воздуха.

Из литературы, например [7], известна упрощенная система дифференциальных уравнений движения центра масс снаряда с учетом сопротивления воздуха

где с₁=4,74× 10^-4 с (при использовании таблиц нормальной артиллерийской атмосферы),

х, у - соответственно горизонтальная и вертикальная координаты снаряда в земной системе координат,

u - горизонтальная проекция скорости снаряда,

- угол наклона траектории,

g - ускорение свободного падения,

(у) - относительная плотность воздуха по высоте,

- эталонная функция лобового сопротивления снаряда.

Поскольку уравнения не интегрируются в конечном виде, принимаем допущение согласно [7, с.99 или 8, с.125]

где А - обобщенный параметр сопротивления, в общем случае обобщенный параметр А, характеризующий функцию сопротивления, определяется из аналитического выражения

где с_x(V_r ) - эталонная функция сопротивления воздуха от относительной скорости снаряда,

с - баллистический коэффициент снаряда, кгс/м²,

H₀ - измеренное атмосферное давление, мм рт.ст,

H_0N - нормальное атмосферное давление, равное 750 мм рт.ст.,

Т₀ - температура воздуха, ° К,

T_0N - нормальное значение температуры воздуха, равное 288,9° К,

- угол наклона траектории.

Вводя допустимые упрощения о том, что для конкретного типа снаряда параметр А не зависит от начальной скорости снаряда и баллистического коэффициента, a cos const для заданной дальности, А можно считать зависящим только от дальности, А=A(D). Тогда обобщенный параметр А можно определить заранее до стрельб для каждого типа баллистики (снаряда), используемого на БМ, и, в частности, аппроксимировать полиномом n-ой степени от дальности стрельбы.

Допустим поэтому, что для фиксированной дальности D обобщенный параметр A=const.

Тогда из (9), интегрируя уравнение (5), получаем

После ряда тождественных алгебраических преобразований уравнения (3) приходим к следующему уравнению для определения угла прицеливания с учетом угла места

где ₀ - угол прицеливания при =0 с учетом сопротивления воздуха,

х - горизонтальная дальность, х=Dcos ,

А - обобщенный параметр сопротивления воздуха для снаряда с учетом угла места, А=A .

Угол прицеливания при нулевом угле места ₀ может быть определен из таблиц стрельбы или по зависимости

где g - ускорение свободного падения,

V₀ - начальная скорость снаряда,

A₀ - обобщенный параметр, характеризующий функцию сопротивления снаряда при =0.

В случае необходимости без существенной потери точности расчеты можно упростить, заменив экспоненциальную функцию при расчете ₀ квадратичной

после алгебраических преобразований можно получить

Таким образом, для точного расчета угла прицеливания при ненулевом угле места помимо наклонной дальности D, угла прицеливания при нулевом угле места ₀ необходимо знать и функции сопротивления при нулевом и ненулевом угле места (А₀ и А). Другими словами, заранее необходимо определять для каждого угла места обобщенный параметр сопротивления А.

Зная зависимость ₀(D), например, из таблиц стрельбы [5, 9-10], обобщенный параметр А можно аппроксимировать полиномом n-ной степени от дальности стрельбы, сделав, как указывалось выше, допущение для конкретного типа снаряда о независимости ее от начальной скорости снаряда и баллистического коэффициента.

Определение аппроксимирующей функции A(D) производится методом подбора (расчета) ее значений, при которых углы прицеливания, рассчитанные по предложенному алгоритму, соответствуют углам, полученным в результате численного интегрирования уравнений движения снаряда [7] или из таблиц стрельбы.

Зависимость (10) можно упростить, заменив приближенной зависимостью. Для этого разложим в ряд Лорана экспоненты е ^2Ax, e^2AD. В результате после несложных преобразований получаем зависимость (2), по структуре подобную формулу Лендера

но имеющую иной смысл: угол прицеливания ₀ определен в ней с учетом сопротивления воздуха. Угол ₀ можно определить непосредственно из таблиц стрельбы, например [1, 2], или по зависимости (3).

Таким образом, путем проведенных рассуждении приходим к более простой и удобной зависимости, по структуре подобной формуле Лендера, но имеющей более общий смысл: угол прицеливания при 0- ₀ - определен с учетом сопротивления воздуха.

Однако, как отмечалось выше, следует учитывать угол места и при определении полетного времени, в особенности при стрельбе по подвижной цели, а также снарядами с дистанционным взрывателем.

Вообще говоря, полетное время с учетом угла места можно определять, как и любую другую внешнебаллистическую характеристику, двумя способами: либо вводя так называемую фиктивную дальность D_ф (D D_Ф), на которой скорректированное полетное время t _пол равно табличному, либо изменяя саму функцию t _пол через изменение функции сопротивления например, через обобщенный параметр А [6].

Уравнение (10) с учетом исходной системы дифференциальных уравнений можно преобразовать к виду

Поскольку в явном виде из этого уравнения получить значение обобщенного параметра А невозможно, разлагаем экспоненциальную функцию е^2Ax в степенной ряд Лорана и, ограничиваясь 4-мя членами разложения, получаем

Если ограничиться 5-ю членами разложения, то приходится решать квадратное уравнение относительно А. В результате получаем следующее соотношение (ранее приведенное (4))

В качестве примечания можно сказать следующее. Для определения обобщенного параметра функции сопротивления, для снижения систематической ошибки по t_пол можно удержать при разложении экспоненты е^2Aх и 6-ой член, но это приводит к алгебраическому уравнению 3-ей степени с отрицательным дискриминантом (3 корня), решение которого в стрельбовом алгоритме не представляется возможным.

Из уравнения (3) исходной системы дифференциальных уравнений получаем зависимость для расчета полетного времени

где v₀ - начальная скорость снаряда,

А - обобщенный параметр сопротивления при 0,

х - горизонтальная дальность стрельбы, x=Dcos .

И угловые поправки в вертикальном и горизонтальном каналах: кинематические на движение цели и носителя, на скорость бокового W_z и продольного ветра W_x определяют с учетом полученных значений полетного времени t_пол, суммарную угловую поправку в вертикальном канале определяют с учетом полученного угла путем его алгебраического суммирования с остальными поправками.

Таким образом, в соответствии с п.1 формулы изобретения предлагается следующая последовательность, схема пересчета (корректировки) полетного времени или воспроизведения его в стрельбовом алгоритме с учетом угла места. По предварительно опрелеленному углу прицеливания (поТС - п.2 формулы или расчетом по зависимостям - п.1 формулы) определяем параметр А (в п.1 - по зависимости (4)), а затем по зависимости (1) по известным значениям дальности D, начальной скорости v₀ и угла места определяется полетное время t_пол.

Воспроизведение в стрельбовом алгоритме одной из основных внешнебаллистических характеристик: полетного времени t_пол - с помощью достаточно простых аналитических зависимостей, обладающих наглядностью и физическим смыслом, позволяет, используя выявленные закономерности (подобие в широком смысле), избежать во многих случаях достаточно трудоемкого процесса расчета ТС в расширенном диапазоне условий стрельбы ( 0).

В случае, если такие ТС уже имеются, например, зенитные для снаряда АО-18, предложенная схема упрощается, см. п.2 формулы изобретения.

Учитывая разнообразие баллистик снарядов на каждом носителе (например, в перспективной БМП их 6), разнообразие самих носителей - БМ, предложенные зависимости (методика) позволяют сэкономить существенно время и труд, в частности, снизить трудоемкость подготовительных работ по формированию таблиц исходных данных для стрельбового алгоритма.

Выше доказано, что при стрельбе перспективной БМ как 30 мм автоматической пушки, так и 100 мм орудия целесообразно учитывать угол места цели , и предложены зависимости для его учета при определении полетного времени.

Однако используемые при учете угла места угол тангажа БМ и угол наклона линии визирования относительно плоскости башни определяются (измеряются) с некоторыми погрешностями, следовательно, необходимо учесть влияние точности исходных данных на точность определения полетного времени, т.е. случайную составляющую этой ошибки.

Оценим ошибку, вносимую в полетное время t _пол при учете угла места по (1).

Используя метод линеаризации [8] и предполагая независимыми переменными угол прицеливания при нулевом угле места ₀, угол места (равный сумме угла тангажа БМ и угла наклона линии визирования к плоскости башни), а также дальность стрельбы, можно записать среднеквадратическое отклонение (СКО) с учетом угла места при расчете полетного времени t_пол (далее t) по предлагаемой зависимости (1)

На фиг.4-6 представлены результаты оценки точности - СКО случайных ошибок полетного времени t_пол при следующих исходных данных:

Как следует из графиков фиг.4, СКО определения t_пол составляет для снарядов d=30мм _t=0,03-0,04с на дальности D=2 км и достигает 0,15-0,40 с на D=4 км. Причем случайные ошибки тем выше, чем больше угол места. Различие между =0° и =60° составляет от полутора до пяти раз. В то же время, как показывает анализ систематических ошибок, вызванных неучетом угла места (см. фиг.2), уровень систематической ошибки для 30 мм снарядов составляет сотые доли секунды и, по крайней мере, не превышает десятых долей секунды.

Поэтому можно сделать следующий вывод. При расчете полетного времени снарядов 30 мм баллистики учет угла места при точности входной информации, обеспечиваемой современной датчиковой аппаратурой, не приведет к повышению точности определения t_пол в стрельбовом алгоритме. Более того, такой учет может внести дополнительную "зашумленность", в особенности на предельных дальностях и больших углах места , превышающих 3,0-3,5 км.

При этом критической составляющей в этих шумах являются ошибки определения начальной скорости v ₀. Однако в перспективе при повышении точности входной информации и, в частности при постановке датчика начальной скорости , учет угла места был бы целесообразен, в особенности при использовании дистанционных взрывателей, при стрельбе по скоростным воздушным целям (см. фиг.4б).

Анализ данных, приведенных на фиг.3 (а и б) и на фиг.5-6, позволяет сделать вывод о целесообразности (необходимости и возможности) учета угла места. Для 100 мм снарядов систематическая ошибка достигает на предельных дальностях нескольких секунд: _t=2-4 с для и _t=5-7 с для . Случайные же ошибки при этом не превышают _t=0,15 с для 100 мм снаряда с и _t=0,25с-0,30с - с на предельных дальностях стрельбы, на первых же двух третях с дальности - не превышают соответственно 0,05 с и 0,15 с.

На фиг.7 и 8 (а-д) приведены зависимости полетного времени от дальности стрельбы при углах места =-10, 0, 10, 20, 30° для 100 мм снаряда с начальной скоростью соответственно 250 и - табличная (ТС) и с двум зависимостям (4) и (11).

Анализ графиков фиг.7 и 8 показывает, что для 100 мм снарядов с м использование для учета угла места зависимости (4) дает практически полное совпадение табличной и расчетной кривых - _t не превышает даже на предельных дальностях 0,1-0,2 с. Для 100 мм снарядов с _t на предельных дальностях не превышает 1 с, а на большей с части траектории _t 0,5-0,6 с, т.е., по крайней мере, снижает систематическую (методическую) ошибку из-за неучета угла места в несколько раз. Причем сходимость тем лучше, чем больше угол места. С учетом случайных ошибок определения полетного времени предлагаемый порядок (методика, схема и предлагаемые зависимости) учета угла места (см. п.2 формулы изобретения) можно считать обоснованным и приемлемым.

Таким образом, предлагаемые для предотвращения грубых систематических ошибок зависимости полетного времени от угла места ( ) (1)-(4) вполне отображают как качественную картину явления, так и отвечает потребной точности расчетов.

Кроме того, в случае появления для 100 мм баллистик узаконенных ТС и при ненулевых углах места ( 0), можно использовать упрощенную схему расчета, см. п.2 формулы изобретения.

Анализ известных способов стрельбы в данной области техники не позволил выявить в них совокупность признаков, отличающих заявляемые решения от прототипов.

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

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

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

На фиг.1 представлена схема определения угла прицеливания при ненулевом угле места .

На фиг.2 представлены зависимости полетного времени от наклонной дальности стрельбы при различных значениях угла места для разных типов боеприпасов: осколочно-фугасно-зажигательный (ОФЗ), осколочно-трассирующий (ОТ) и бронебойно-трассирующий (БТ) для штатного 30 мм снаряда АО-18[10].

На фиг.3(а и б) представлены зависимости полетного времени t_пол дальности стрельбы D и угла места для 100 мм снаряда (а) - V₀=250 м/с, б) - v₀ =355 м/с) [9].

На фиг.4 представлены результаты оценки точности - зависимости СКО случайных ошибок полетного времени t_пол от дальности стрельбы для 30 мм снаряда АО-18 при следующих исходных данных:

а) =3'(20'), _D=5 м,

б) =3', _d=5 м,

На фиг.5 представлены результаты оценки точности - зависимости СКО случайных ошибок полетного времени t_пол от дальности до цели D для 100 мм снаряда при следующих исходных данных:

На фиг.6 представлены результаты оценки точности - зависимости СКО случайных ошибок полетного времени t_пол от дальности до цели D для 100 мм снаряда при следующих исходных данных: ,

На фиг.7 приведены зависимости полетного времени от дальности до цели D при углах места =-10, 0, 10, 20, 30° для 100 мм снаряда с начальной скоростью - табличная (ТС) и при расчете обобщенного параметра А по зависимостям (4) и (11).

На фиг.8 (а-д) приведены зависимости полетного времени от дальности до цели D при углах места =-10, 0, 10, 20, 30° для 100 мм снаряда с начальной скоростью - табличная (ТС) и при расчете с обобщенного параметра А по зависимостям (4) и (11).

На фиг.9 представлена функциональная схема системы стрельбы БМ по цели.

На фиг.10 представлена структурная схема блока формирования полетного времени с учетом угла места.

На фиг.11 представлена структурная схема блока формирования угла прицеливания с учетом угла места.

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

После взятия на сопровождение атакующей воздушной цели типа самолета (или вертолета) из обзорно-прицельной системы в вычислительную систему (ВС) поступают непрерывно сигналы об углах визирования цели и и угловых скоростях соответственно в двух плоскостях системы координат, связанной с носителем X_HY_HZ_H, а также дискретные замеры дальности D. С навигационной системы в ВС поступают также данные о носителе: скорость носителя, углы тангажа, крена и т.д.

Предварительно в ВС введены данные об оружии (баллистический коэффициент, относительная начальная скорость снаряда), а также данные о внешней среде.

На основании полученной информации в устройстве формирования углов упреждения и рассчитываются кинематические поправки, обусловленные движением цели и носителя - и - соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях прицельной системы координат X_DY_DZ_D, из соотношений

где D, D_y - соответственно текущая и упрежденная дальность до цели, м;

Y_D, Z_D - угловая скорость линии визирования соответственно относительно вертикальной (OY_D) и горизонтальной (OZ _D) оси прицельной системы координат;

t_пол - полетное время снаряда, с;

v₀, v ₀₁ - соответственно относительная и абсолютная начальная скорость снаряда, м/с;

v_м - скорость БМ, м/с;

, - углы визирования цели соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях связанной с носителем системы координат, рад.

Для этого предварительно определяется скорость сближения цели с носителем в блоке формирования скорости сближения , вычисляется абсолютная начальная скорость снаряда v₀₁ в блоке формирования абсолютной начальной скорости снаряда из математического выражения, например

после чего находят время полета снаряда t_пол с учетом угла места цели и упрежденную дальность D_у

где с - баллистический коэффициент снаряда, м² /кгс,

Н(Н) - относительная плотность воздуха,

D, D_у - соответственно текущая и упрежденная дальность до цели, м,

- скорость сближения цели и носителя, м/с,

, - угловая скорость линии визирования относительно соответственно вертикальной (OY_D) и горизонтальной (OZ_D ) оси прицельной с.к. X_DY_DZ_D , 1/с,

t₃ - время задержки (время между последним замером координат и параметров цели и выстрелом), с.

Кроме того, в ВС вычисляются остальные поправки, в частности, на базу (параллакс), понижение снаряда под действием силы тяжести (угол прицеливания), деривацию, поправки на скорость поперечного и продольного ветра из соотношений соответственно по горизонтальному каналу

при

где

по вертикальному каналу

при

где

- угловая поправка по горизонтальному каналу на скорость бокового ветра W_z,

- угловая поправка в угол прицеливания на скорость продольного ветра W_x,

^t, ^t - угловая поправка соответственно по горизонтальному и вертикальному каналам из-за погрешности определения полетного времени,

t - поправка в полетное время на продольный ветер,

D, D _y - соответственно дальность до цели и упрежденная дальность,

, - угловая скорость линии визирования соответственно по горизонтальному и вертикальному каналам,

- допустимое значение угловой скорости линии визирования соответственно по горизонтальному и вертикальному каналам,

- коэффициенты аппроксимации бокового отклонения из-за скорости бокового ветра W_z и отклонения в угле прицеливания из-за скорости продольного ветра W_x;

- коэффициенты аппроксимации поправки в полетное время от продольного ветра W_x.

Вычисленные в блоке выработки угла прицеливания ₀ и деривации ₀ значения ₀ и ₀ при нулевом угле места ( =0) далее корректируются в блоке учета угла места и только после этого поступают на соответствующие входы блока учета угла крена.

Достаточно подробно вычисление угловых поправок приведено в обширной литературе, в частности [3, 5].

Далее комбинация выработанных поправок (с учетом угла крена) по каждому из каналов поступает на вход силового привода.

Силовые приводы, отрабатывая управляющие сигналы с учетом сигнала обратной связи, в каждый момент времени разворачивают стволы ПУ в нужном направлении.

В качестве примера технической реализации блока учета угла места можно привести следующее устройство, представленное на фиг.11.

Блок учета угла места содержит последовательно соединенные первый синусный преобразователь (sin1), первое множительное устройство (МУ1), первый сумматор (СУМ1), второй функциональный преобразователь (ФП2). третий сумматор (СУМ3), второе множительное устройство (МУ2), выход которого, а также выход третьего функционального преобразователя ФПЗ соединены со входами блока учета угла крена, причем второй вход МУ1 соединен с выходом первого функционального преобразователя (ФП1), вход которого, а также второй вход ФПЗ соединены с выходом косинусного преобразователя, вход которого, а также вход второго синусного преобразователя (sin2) и инверсный второй вход СУМЗ соединены с выходом второго сумматора, первый вход которого соединен со вторым входом обзорно-прицельной системы, а второй его вход соединен с выходом навигационной системы, выход второго синусного преобразователя соединен со вторым входом СУМ1, а входы первого синусного преобразователя и ФПЗ соединены с выходами блока выработки угла прицеливания ₀ и деривации ₀.

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

1. Повышается точность и соответственно эффективность стрельбы за счет предотвращения систематических ошибок в полетном времени при углах места, отличных от нуля.

2. Расширяется диапазон условий боевого применения вооружения, прежде всего с навесной траекторией, например 100 мм орудия, гранатомета, в связи с возможностью точной стрельбы в горных условиях, при превышении (принижении) места цели по сравнению с месторасположением орудия, особенно с дистанционным взрывателем, при стрельбе по подвижной цели.

Источники информации

1. Изделие 1В539. Техническое описание ПВА 3.031.039 ТО Тула, КБП, 1985, с.12-16.

2. Комплекс вооружения 2К23 боевой машины пехоты БМП-3. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Тула, КБП, 1991, с.1-10.

3. Табулированная база данных для расчета установок при стрельбе в равнинных и горных условиях из 100-мм орудия - пусковой установки 2А70, установленной в боевой машине пехоты БМП-3. Осколочно-фугасный снаряд 3ОФ70, РПЛА, 90004-01, Москва, ЦНИИ МО РФ, 2000.

4. Патент России №2172463, МПК 7 F 41 H 7/02, F 41 G 5/14 (прототип).

5. Таблицы стрельбы для равнинных и горных условий 100-мм орудия - пусковой установки 2А70 и 30-мм автоматической пушки 2А72, установленных в боевой машине пехоты БМП-3. ТС РГ №9. М.: Воениздат, 1992.

6. А.А.Коновалов, Ю.В.Николаев. Внешняя баллистика. М.: ЦНИИИнформации, 1979.

7. ГОСТ 24288-80. Описание модели полета снаряда.

8. Е.С.Вентцель. Теория вероятностей. Госиздат физматлитературы. М., 1962.

9. Техническая справка. Основные и поправочные таблицы стрельбы снарядом ОФ32 с углами места цели от -10 до 30° . Тула, КБП, 2001.

10. Зенитные таблицы стрельбы 30-мм осколочно-фугасно-зажигательным и осколочно-трассирующим снарядами для пушки АО-18КД. Тула, КБП, 2001.