弹道解算(二)

    xiaoxiao2021-03-25  146

    2.   坦克火控系统基本工作原理

    2.1         自动装表火控系统

    2.1.1   自动装表火控系统用途

    早期用光学瞄准镜中的测距分划进行测距,测距误差往往大于20%。后来相继安装了激光测距仪,由于距离测量准确,射击时首发命中率明显提高,但却增加了短停射击时间。因为使用激光测距仪测距,在实施射击时要完成以下四步动作:

    1)        用瞄准镜中的激光瞄准分划瞄准目标,发射激光测距;

    2)        观察目镜中的距离显示;

    3)        按显示的距离归整后装定表尺;即根据火控计算机计算出的射击诸元,调整射击瞄准标记。

    4)        用射击瞄准标记瞄准目标中心并射击。

    从上面的过程看出,完成一次射击要进行两次精确瞄准;增加了反应时间。出于缩短反应时间的目的,人们研制出自动装表系统。

    自动装表火控系统主要由改装的火炮瞄准镜、激光测距仪及弹道解算器组成,用处是:

    1)        自动装表:在激光测距仪测出距离后(300m-3000m),弹道解算器按所测的距离进行弹道解算,并将解算结果变成移动的控制信号(脉冲数)输送到瞄准镜上的装表机构,自动装好表尺。即调制瞄准镜上的瞄准标记。

    2)        自动抬炮:在装表的同时,解算器输出另一个控制信号到火炮抬起一个与所装表尺大致相应的角度。

    2.1.2 基本工作原理

    2.1.2.1 自动装表工作过程

    自动装表系统的工作由逻辑电路控制,图2.1是它的工作原理框图。图中,手动自动转换手柄位于“手动”位置时,解脱机构处于结合状态,转动瞄准镜转螺,可以人工装定表尺;转换手柄位于“自动”位置时,解脱机构处于解脱状态,此时利用步进电机来装定表尺。步进电机是一种将脉冲信号转换成角位移的电机。装表电路的功用是在脉冲作用下,使步进电机绕组按一定的顺序通电,达到每向装表电路输送一个脉冲,步进电机就转一步,而且可以控制电机的转动方向。抬炮电路用来自动改变火炮的俯仰角度。抬炮电路接通后,给稳定器瞄准电磁铁电路加上一个适当的电流,使陀螺仪外环进动到与所装表尺相应的角度,从而也使火炮转动到与所装表尺相应的角度。自动装表系统的简要工作过程如下:

    (1)  初始时距离寄存器内所存的距离数字为0。振荡器震荡并发出一定频率的·(2.5KHz),但此时控制器将振荡器的输出通道关闭,脉冲不能输出,步进电机和抬炮电路均不工作。

    (2)  炮手发射激光后,激光测距仪将所测得的距离信息存入距离寄存器,并发出一个信号,控制步进电机反转,使表尺归0(图中并未示出)。

    (3)  当距离寄存器内有距离数字,并在表尺归0后,距离寄存器产生一个信号给控制器,使振荡器发出的脉冲加到装表电路,并接通抬炮电路。

    (4)  向装表电路每输入一个脉冲,步进电机就转一步,电机转动通过丝杠使分划板向下移动,从而使表尺产生一定变化(例如,步进电机每转一步,瞄准角改变0.186’)。在装定表尺的同时,抬炮电路使火炮转动到与所装表尺相应的角度。

    (5)  在装表和抬炮的同时,距离寄存器内的距离数字要相应地减少。这就首先要知道步进电机每转一步相应的距离变化量,也就是“步长”(例如每转一步,表尺距离变化7m)。这样,步进电机转一步,就将对应的步长在累加器内进行累加。在设计电路时已安排好,每当累加结果超过10m时,累加器便发出一个递减脉冲到距离寄存器,使距离数字减10m。

    (6)  在不断装表和抬炮的同时,距离寄存器内的距离数字不断地减少。例如,激光测距仪测得的距离为1000m,则有

    距离寄存器内所存的距离数字                                      表尺装定距离

                                1000m                                                             0m

                                800m                                                                200m

                                600m                                                                400m

                                .                                                                         .

                                .                                                                         .

                                .                                                                         .

                                0m                                                                     1000m

    距离寄存器内的数字一旦减到0,它就立刻发出一个信号给控制器,使脉冲停止进入装表电路,抬炮电路也被切断。而此时装定的表尺和火炮抬高的角度刚好和1000m的距离相对应。

     

    2.1.2.2 距离和瞄准之间为非线性关系的解决办法

    上述过程只是自动装表系统最基本的工作情况,实际工作要比上述过程复杂。例如,瞄准镜分划板上每路表尺分划都是下密上疏,及目标距离和瞄准角之间不是线性关系。这样,步进电机每转一步(瞄准角变化0.186’),表尺装定的距离变化量在不同距离将是不同的。按照射表所给的数据,画出目标距离和瞄准角之间的关系曲线如图2.2所示,由于步进电机每转一步瞄准角的改变是一定的,故横坐标也可用步进电机的步数表示。

    例如,全装药榴弹,在200m时步长为8.7m,在1600m时步长为7.1m,在3000m时步长为6m。可见,在累加器中进行累加时,以固定的步长(7m)进行累加会产生很大的误差。在实际方案中,该解算器以许多折线代替图2.2中连续变化的曲线。具体地说,是以200m为1号区间……,(2800-2990)m为15号区,在每个区间内,用直线代替曲线,认为距离变化与步数成直线关系。这就需要一个起译码器作用的电路,它的用处是,首先把距离寄存器内的距离数字译成相应的区间代码,然后,根据不同的弹种,求出在此区间内步进电机每转一步反映的距离变化量-------步长,并将此步长送至累加器进行累加。

    总之,在自动装表时,随着距离寄存器所存距离数字的不断减小,译码器译出的区间号不断变化,送到累加器进行累加的步长数值也将不断变化,即边译码边累加。

    2.1.2.3    目标距离的修正问题

    (1)临修

    “临修”用于目标距离的临时修正。即射击后,如果射弹没有命中目标,射手可根据弹着点情况,通过操作解算器面板上的临修开关和按钮(见图2.3)采用变更表尺法进行修正。例如射手观察弹着点,发现远弹100m。此时,应将临修开关扳到“-”位置,然后按动两次按钮(每按一次,表尺自动变化50m),则表尺距离自动减少100m。又如射手观察弹着点,发现近弹150m,则应将临修开关扳到“+”位置,然后按动三次按钮,表尺距离将自动增加150m。

    “临修”的修正原理如下:在每次自动装表后,距离寄存器内的距离数字已减到0。现在想把距离修正一下,其过程是,每按动一次按钮,通过逻辑电路向距离寄存器送进50m距离数字。如前所述,距离寄存器内有数字后,步进电机立刻转动。电路设计时已安排好,当临修开关扳到“-”位置时,步进电机反转,减小表尺距离;当临修开关扳到“+”位置时,步进电机正转,增加表尺距离。由于步进电机装定50m表尺所用的时间很短(仅0.01s左右),当第二次按下按钮时,第一次的50m距离早已装表完毕,即距离寄存器内的50m数字早已减至0。因此修正可连续进行。

    (2)比修

    “比修”用来修正某些系统误差。例如,由于火炮身管磨损导致弹初速降低造成近弹。这种近弹是有规律的------和距离成比例。对于这种误差,可以采用“必修”,即采用和距离成比例的修正方法。

    “比修”有四个位置:2.5%、5%、7.5%和10%。表尺距离按比例是加大还是减小,由必修开关扳到“+”还是“-”来确定。例如,当比修开关扳到“+”,比修选择波段开关扳在2.5%时,如果激光测距仪测出的距离是1000m,则表尺自动装成1025m,即自动增加距离2.5%。犹如,当比修开关扳到“-”,比修选择波段开关扳到5%,如果激光测距仪测出的距离是1000m,则表尺自动装成950m,即自动渐少5%

    “必修”的修正原理如下:要进行“-”修正,采用的办法是使距离寄存器内的距离数字在装定表尺过程中比不修正时减得快一些,在实际电路中是通过修正电路用某种办法按照一定比例增加一些输入到距离寄存器的递减脉冲,使距离寄存器内的距离数字比不修正时提前到0,这样,表尺装定的距离及抬炮的角度就减小了。例如,当比修选择波段开关扳到5%的位置时,如果距离是1000m,则在自动装表的同时,修正电路给距离寄存器自动多加入5各递减脉冲。由于每个脉冲使距离寄存器内的数字减10m,5个脉冲减50m,则当表尺装到950m时,距离数字就将减到0而终止装表。要进行“+”修正时,采取的办法和上述相反,是使距离寄存器内的距离数字减得慢一些,即在装表的同时封住一些递减脉冲,使其不能输入给距离寄存器,则距离寄存器中的距离数字必将晚一些到达0,这样,表尺装定的距离及抬炮的角度就增加了。例如,当比修选择波段开关还是在5%的位置,距离仍然是1000m,则在自动装表的同时,修正电路自动封住5个从累加器来的本应是输入给距离寄存器的递减脉冲。这样,当表尺装到1000m时,距离寄存器内将仍有50m距离数字,也就是表尺要装到1050m距离寄存器内的数字才为0.

    考虑了距离和瞄准角之间的非线性关系和距离修正后的系统方框图,如图2.4所示。

    自动装表系统可在(300-3000)m距离范围内实现自动装表,装表精度为0.2mil,装表、抬炮时间小于2s。和原始情况相比,采用装表系统后显著缩短了射击反应时间,简化了炮手训练,并且有助于提高首发命中率。此外,它结构简单,成本低,改装容易。由于上述原因,这种系统曾被一些发展中国家所选用。但是从另一方面看,该系统主要功能仅限于按激光测距仪测出的距离自动地把表尺装定好,而对影响射击准确度的许多重要因素,注入火炮耳轴倾斜、横风等均未涉及,因而对首发命中率的提高是有限的。其中,尤其是未解决对运动目标的射击问题,是不符合现代战争对火控系统的要求的。

     

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