|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
СТРУКТУРНЫЙ СИНТЕЗ НОСИМОГО РАКЕТНОГО КОМПЛЕКСА
По представлению акад. РАРАН В.И. Бабичева А.В. Гусев,
М.В. Рындин, А.И. Дикшев, А.В. Горин
АО «КБП»
Известия Российской
академии ракетных и артиллерийских наук. 2015. № 4.
В статье рассматривается развитие концепции многоцелевого
носимого оружия. В качестве примера реализации такого оружия рассмотрен
носимый ракетный комплекс кинетического действия. Исходя из задач, которые
должен решать комплекс, при учете накладываемых габаритно-массовых
ограничений, выполнен его структурный синтез: определен перечень основных
составных частей и синтезирован ряд схемно-компоновочных решений. Приведен сравнительный анализ
полученных вариантов комплекса по критериям эргономичности и точности
наведения [2, 11-15].
В настоящее время
актуальна концепция многоцелевого оружия, описанная в работе [1]. Она предполагает разработку и последующее массовое внедрение в войска
носимого образца вооружения, способного поражать самолеты и вертолеты
тактической авиации, легкобронированную и небронированную технику, живую силу,
расположенную открыто и в укрытиях, в ближней тактической зоне (дальность
стрельбы до
В [1] приведен перечень основных технических решений, позволяющих создать такое
оружие, основные из которых сводятся к следующему:
-
применение в качестве боеприпаса
управляемой пули, выполненной по бикалиберной схеме, использующей реактивный
старт и имеющей боевую часть в виде бронебойного стержня малого калибра и
большого удлинения, выполненного из материала, обладающего высокими прочностью (σ ≥ 1300 МПа) и плотностью (р ≥14000 кг/м3);
-
использование лазерно-лучевой
системы теленаведения, позволяющей отказаться от применения головок
самонаведения, и оснащенной средствами стабилизации (поворота) луча, что дает
возможность эффективного ведения огня с плеча оператора;
- наведение в уязвимую зону цели при малом
рассеивании, что позволяет минимизировать габаритно-массовые характеристики как
боевой части, так и управляемой пули в целом при одновременном повышении
вероятности поражения типовой цели одним выстрелом вплоть до 0,9... 0,95.
Распределение целей в
ближней тактической зоне, для поражения которых предназначен рассматриваемый
носимый ракетный комплекс, представлено в [1]. Кроме того, опыт локальных конфликтов
последних лет выявил среди типовых целей дистанционно-пилотируемые и беспилотные
летательные аппараты, а также самолеты тактической авиации (штурмовики,
истребители- бомбардировщики).
Исходя из
вышеуказанного, необходимости носимого исполнения образца, всесуточности и
всепогодности его применения, сформирован перечень основных составных частей комплекса, которые объединены в блок-схему,
представленную на рис. 1. Телевизионный и тепловизионный каналы наблюдения предназначены
для получения информации о фоноцелевой обстановке. При этом, учитывая среднюю
скорость полета управляемой пули на максимальную дальность (около М= 2), для реализации поражения скоростных (до 500 м/с) воздушных целей на встречном курсе
необходимо обеспечить максимальную дальность обнаружения цели на уровне до 1,5 дальности стрельбы. Этим определяются габариты и масса прицельного блока
(табл. 1).
Лазерно-лучевой канал
управления также входит в состав прицельного блока, поскольку он должен быть
съюстирован с каналами наблюдения. Он должен быть оснащен средствами поворота
луча в соответствии с координатами, выдаваемыми телевизионным автоматом
сопровождения и обеспечивающими удержание точки прицеливания на заданной зоне
цели при естественных движениях оператора (дыхание, тремор и т.д.) и при воздействии
на оператора импульсов наката и отката при выстреле, ветровой нагрузке и т.д.
Телевизионный автомат сопровождения выступает в качестве посредника между
каналами наблюдения и каналом управления и служит для определения координат
уязвимой зоны цели относительно прицельной марки.
Центральная
вычислительная система предназначена для коммутации всех составных частей
комплекса и управления электропитанием. Она может быть объединена с
телевизионным автоматом сопровождения в единый модуль.
Рис. 1. Структурная
схема носимого ракетного комплекса
Примечание: * массы
составных частей комплекса указаны с учетом корпусов, радиаторов и т.д.
Источник питания необходим
для снабжения комплекса электроэнергией при его автономной работе, при этом его
габариты и масса определяются потребным временем бесперебойной работы на
данном этапе, принятым равным 8 часам. Он может быть реализован на базе: топливных
элементов, тепловой батареи, одноразовых гальванических элементов и т.д.
Поскольку в настоящее время наиболее совершенными и дешевыми в эксплуатации
являются аккумуляторные батареи, возьмем их удельные характеристики за основу
при определении габаритно-массовых характеристик источника питания.
Устройство вывода
видеоизображения предназначено для доведения информации о фоноцелевой
обстановке и служебной информации до оператора.
Пульт управления,
имеющий форму рукоятки, служит для удержания прицельно-пускового устройства на
плече оператора и его поворота в направлении на цель, содержит органы управления
комплексом: кнопки, тумблеры и т.д.
Поскольку сегодня
существуют планы по оснащению всех образцов техники (в т. ч. наземных)
средствами опознавания государственной принадлежности, а самолеты и вертолеты
оснащаются ими в обязательном порядке, в состав комплекса должен входить
наземный радиозапросчик, дальность действия которого должна превосходить зону
пуска управляемой пули (не менее 1,5 дальности стрельбы).
Станок предназначен для
уменьшения физической нагрузки на оператора комплекса при дли
тельном ожидании цели. Размещение комплекса на станке
должно приводить к повышению точности стрельбы, поскольку в этом случае уменьшается
ее зависимость от психо-физического состояния оператора. Поскольку станок может
быть реализован как с ручным, так и с электромеханическим наведением, в табл.
1 представлены ориентировочные массовые параметры двух вариантов станка.
Использование электропривода повысит энергопотребление образца, в связи с чем,
приведены также два варианта источника питания.
Управляемая пуля в
транспортно-пусковом контейнере предназначена непосредственно для поражения
цели. Ее габаритно-массовые характеристики формируются на основе
предположительно малого рассеивания и возможности поражения цели в уязвимую
зону.
Рассмотрим возможные
варианты компоновки указанных составных частей комплекса.
Наиболее простым и удобным в эксплуатации является
объединение всех вышеуказанных частей системы в моноблок (рис. 2, а). Данный путь максимально соответствует развитию концепции многоцелевого
носимого оружия в виде снайперской реактивной винтовки [1]. Однако такая компоновка имеет ряд недостатков, среди которых высокая
физическая нагрузка на оператора при работе с плеча, а также неудачное
положение центра масс комплекса при работе с легкого станка. Среди преимуществ
данной компоновки, помимо отмеченных ранее, следует выделить возможность
обеспечения продольной балансировки, которая позволит разгрузить руки оператора,
то есть совместить центр масс с плечом.
Рис. 2. Варианты исполнения
комплекса: а — схема 1; б — схема 2.
1 — управляемая пуля в
транспортно-пусковом контейнере; 2 — пульт управления; 3 — прицельный блок; 4 — источник питания; 5 — телевизионный автомат сопровождения; 6 — центральная вычислительная система; 7 — устройство вывода видеоизображения; 8 — антенна наземного радиозапросчика; 9 — наземный радиозапросчик
С целью уменьшения физической
нагрузки на оператора предложена схема с облегченным прицельно-пусковым
устройством (рис. 2, б), предполагающая размещение на плече только тех
элементов, которые должны находиться непосредственно на линии визирования
цели: каналы наблюдения и управления, управляемая пуля в контейнере.
Прочие составные части в таком случае соединяются с прицельно-пусковым
устройством проводной линией связи и могут размещаться на станке, на разгрузке
или в рюкзаке у оператора. Среди недостатков данной компоновки особого
внимания заслуживают наличие проводов, негативно влияющих на удобство
эксплуатации, и повышенная нагрузка на руки оператора, поскольку сбалансированное
исполнение прицельно-пускового устройства в данном случае не представляется
возможным.
Станок может быть с
ручным (рис. 3, а) или электромеханическим (рис. 3, б) приводами наведения. Вариант комплекса на базе станка с ручным
наведением легче и не требует дополнительного электропитания, но при этом
сохраняет зависимость точности стрельбы от психофизического состояния
оператора. Использование электропривода, напротив, приводит к увеличению массы
системы, однако позволяет «развязать» оператора и комплекс.
Помимо перечисленных
вариантов исполнения комплекса также возможны их комбинации, которые в рамках
данной работы не рассматриваются.
Рис. 3. Варианты исполнения
комплекса: а — схема 3; б — схема 4.
1 ... 9 — то же, что на рис. 2; 10 — станок; 11 — электромеханический привод наведения
На начальной стадии
проектирования комплекса наиболее важно оценить ожидаемую точность наведения
на цель для формирования технических требований к средствам поворота луча и
телевизионному автомату сопровождения. Определение наилучшего варианта и
сопоставление возможных вариантов компоновки образца следует выполнить с точки
зрения эргономичности и точности наведения с последующим выбором оптимальной
конфигурации [3-6, 10].
С целью оценки точности
были изготовлены и испытаны макетные образцы комплекса, выполненные по схемам 1, 2 и 3. Испытания проводились в следующей постановке: функции оператора сводились
к удержанию подвижной цели в поле зрения телевизионного канала наблюдения, при
этом его задачей являлось совмещение изображения объекта наблюдения с центром
экрана. Управление комплексом осуществлялось с внешнего пульта, выстрел не
имитировался, предварительной физической нагрузки оператор не испытывал,
ветровая нагрузка отсутствовала. Наведение на цель осуществлялось из
следующих положений: стоя, с колена, лежа. Продолжительность
одного подхода соответствовала времени полета управляемой пули на максимальную
дальность. Количество подходов — 300. Количество операторов — 6. В ходе испытаний с интервалом 0,04 с измерялись угол рассогласования линии
визирования цели и оптической оси канала наблюдения, угловая скорость смещения
цели относительно прицельной марки и угловое ускорение объекта наблюдения.
Данные параметры характеризуют точность наведения на цель [7-15]. Результаты испытаний сведены в табл. 2-5.
Таблица 2
Угол
рассогласования линии визирования цели и оптической оси канала наблюдения
Таблица 3
Угловая скорость движения цели
относительно прицельной марки
Таблица 4
Угловое ускорение цели
Таблица 5
Среднеквадратические отклонения
Исходя из представленных
результатов, можно сделать вывод о том, что с точки зрения точности на ведения управляемой пули
на цель схемы 1 и 2 являются паритетными. Использование станка в составе
комплекса (схема 3) позволяет значительно повысить точность относительно
случаев работы с плеча.
Поскольку концепция
многоцелевого носимого оружия предполагает стрельбу не только со станка, но и
с плеча, требования к системе стабилизации луча и телевизионному автомату
сопровождения следует формировать исходя из всех представленных результатов.
Результаты в табл. 2-5 свидетельствуют о том, что свыше 99% результатов измерений укладываются в диапазоны: по углу отклонения — до 6 мрад, по угловой
скорости до — 80 мрад/с, по угловому ускорению — до 1000 мрад/с2. Таким образом, данные величины могут быть положены в основу
при формировании технических заданий на разработку указанных систем.
В процессе испытаний
операторами были сформированы следующие замечания к рассматриваемым схемам
компоновки изделия. По схеме 1 были отмечены избыточная масса и связанная с ней
повышенная усталость оператора. По схеме 2 замечания сводились к повышенной
нагрузке на руки оператора, что при длительной работе приводит к увеличению
количества ошибок наведения, а также к неудобству работы при наличии проводной
линии связи между прицельно-пусковым устройством и остальной аппаратурой.
Выбирая между схемами 1 и 2, операторы сочли более рациональной
сбалансированную компоновку, что, однако, не подтверждается результатами
испытаний [13-15].
Определение
предпочтительного варианта станка (схемы 3 и 4) не представляется возможным,
поскольку станок с электромеханическим приводом не испытывался.
Таким образом, исходя из сказанного выше, могут быть
сделаны следующие выводы.
-
Использование станка в составе комплекса позволяет
значительно уменьшить ошибки наведения.
-
Сбалансированная и несбалансированная
компоновки прицельно-пускового устройства являются паритетными.
-
Выбор предпочтительных вариантов между
схемами 1 и 2 для стрельбы с плеча, и схемами 3 и 4 для работы со станка
следует осуществлять после повторного проведения испытаний, в которых
предполагается: а) имитация выстрела (им пульсы наката и отката, факел
разгонного двигателя управляемой пули, звук выстрела); б) полное управление
комплексом оператором; в) подвержение оператора предварительной физической
нагрузке; г) испытание всех 4 схем компоновки изделия.
Литература
1.
Шипунов А. Г. Концепция
идеального оружия / А.Г. Шипунов [и др.] // Известия ТулГУ. —
2.
Марчук Г. И. Методы вычислительной математики.
— М.: Наука, 1989. — 608 с.
3.
Красовский Г.И., Филаретов Г. Ф. Планирование
эксперимента. — Минск: БГУ 1989. — 304 с.
4.
Сидняев Н.И. Теория планирования эксперимента
и анализ статистических данных: учебное пособие. — М.: Юрайт. 2015. — 496 с.
5.
Григорьев Ю.Д. Методы оптимального планирования
эксперимента. Линейные модели: учебное пособие. — М.: Лань. 2015. — 320 с.
6.
Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические
методы планирования экстремальных экспериментов. — М.: Наука. Переизд. 1989. — 340 с.
7.
Горяинова Е.Р., Панков А.Р., Платонов Е.Н.
Прикладные методы анализа статистических данных. — М.: ВШЭ. 2012. — 312 с.
8.
Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ
случайных данных. — М.: Мир. 1989. — 540 с.
9.
Бендат Дж., Пирсол А. Применения корреляционного
и спектрального анализа. — М.: Мир. 1983. — 312 с.
10.
Протасов К.В. Статистический анализ
экспериментальных данных. — М.: Ми. 2005. — 142 с.
11.
Вайнберг Дж., Шумекер Дж. Статистика. —
М.: Статистика. Переизд.1990. — 389 с.
12.
Фишер Р.А. Статистические методы для
исследователей. — М.: Госстатиздат. Переизд. 1990. — 267 с.
13.
Лемешко Б.Ю. Критерии проверки отклонения
распределения от нормального закона. Руководство по применению. — Новосибирск:
НИЦ ИНФРА-М. 2015. — 160 с.
14.
Золотарев В.М. Современная теория суммирования
независимых случайных величин. — М.: Наука. 1986. — 416 с.
15.
Кокс Д., Хинкли Д. Теоретическая статистика.
— М.: Мир. 1991. — 328 с.
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|