ГЛАВНАЯ НА ВООРУЖЕНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
РАЗРАБОТКИ
ОГНЕВАЯ МОЩЬ
ЗАЩИТА ПОДВИЖНОСТЬ 

ЭКСКЛЮЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  БИБЛИОТЕКА ФОТООБЗОРЫ
 
 




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 10 км ), построенного на базе кинетического способа поражения и наведения управляемого боеприпаса в уязвимую зону цели, посредством лазерно-лучевого канала управления, которые определяют низкую стоимость выстрела и вы­сокое значение показателя «эффективность/сто­имость».

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.

 

Структурная схема носимого ракетного комплекса

Рис. 1. Структурная схема носимого ракетного комплекса

 

Ожидаемые массы составных частей комплекса

Таблица 1

Наименование составных частей комплекса

Масса*, кг

Управляемая пуля в транспортно-пусковом контейнере

2,5

Прицельный блок

5

Устройство вывода видеоизображения

0,5

Источник питания (при наличии электромеханического привода)

7

Источник питания (при отсутствии электромеханического привода)

3

Пульт управления

0,5

Станок (ручной привод наведения)

4

Станок (электромеханический привод наведения)

9

Телевизионный автомат сопровождения

1,5

Центральная вычислительная система

1,5

Наземный радиозапросчик

1

Итого при наличии электромеханического привода

29

Итого при отсутствии электромеханического привода

19,5

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

Рис. 2. Варианты исполнения комплекса: асхема 1; бсхема 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.

 

Варианты исполнения комплекса: а — схема 3; б — схема 4.
1 ... 9 —  то же, что на рис. 2; 10 — станок; 11 — электромеханический привод наведения

Рис. 3. Варианты исполнения комплекса: асхема 3; бсхема 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

Компоновка

Процент измерений, попавший в интервал (мрад)

Интервал

0 ... 1

1 ... 2

2 ... 4

4 ... 6

> 6

Схема 1

52,04

29,29

15,78

2,34

0,55

Схема 2

54,36

27,77

15,39

1,56

0,92

Схема 3

63,94

25,50

4,82

5,73

0,00

 

Таблица 3

Угловая скорость движения цели относительно прицельной марки

Компоновка

Процент измерений, попавший в интервал (мрад/с)

Интервал

0 ... 5

5 ... 10

10 ... 20

20 ... 80

> 80

Схема 1

49,78

27,53

18,80

3,87

0,02

Схема 2

52,36

26,87

17,94

2,70

0,13

Схема 3

90,75

6,75

1,60

0,86

0,03

 

Таблица 4

Угловое ускорение цели

Компоновка

Процент измерений, попавший в интервал (мрад/с )

Интервал

0 ... 100

100 ... 200

200 ... 300

300 ... 1000

> 1000

Схема 1

21,73

19,57

28,43

30,01

0,27

Схема 2

23,33

20,64

28,40

27,12

0,51

Схема 3

67,24

19,38

10,03

2,93

0,42

 

Таблица 5

Среднеквадратические отклонения

Компоновка

Координата, мрад

Скорость, м]

рад/с

Ускорение, мрад /с2

Среднее

СКО

Среднее

СКО

Среднее

СКО

Схема 1

1,31

1,32

7,02

8,51

172,97

213,1

Схема 2

1,15

1,18

6,4

9,32

160,12

233,43

Схема 3

0,79

0,61

1,97

3,84

48,93

95,39

 

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. — 2014 г . Вып. 6. — С. 183-195.

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.

 





 



ГЛАВНАЯ НА ВООРУЖЕНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
РАЗРАБОТКИ
ОГНЕВАЯ МОЩЬ
ЗАЩИТА ПОДВИЖНОСТЬ 

ЭКСКЛЮЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  БИБЛИОТЕКА ФОТООБЗОРЫ