Напряжение сигнала ошибки с выхода сельсин-трансформатора усиливается также в фазовом дискриминаторе и электромашинном усилителе (ЭМУ) и поступает на исполнительный электродвига­ тель. Электродвигатель посредством редуктора вращает пусковую установку и связанный с ней ротор сельсин-трансформатора с той же скоростью, с которой вращается антенна РЛС.

Ось сельсин-датчика, расположенного в пульте управления, в автоматическом режиме отсоединяется от ручки оператора «установка азимута», а сам сельсин выполняет функции сельсин- при-емника, получая управляющее напряжение от сельсин-датчика контроля положения системы РЛС. Указатели РЛС и азимут пуско­ вой установки, как правило, окрашены в разные цвета. На пульте управления оператор наблюдает работу в автоматическом режиме, фиксируя синхронное движение стрелок.

3.4. Принцип радиолокационной системы командного наведения зенитных комплексов

. В зависимости от числа радиолокаторов, входящих в систему командного наведения, встречаются однолучевые (с одним радио­ локатором) и двухлучевые (с двумя радиолокаторами). Наиболее совершенной является двухлучевая радиолокационная система, общая схема которой представлена на рис. 3.5. Задача поиска цели в ней возлагается на радиолокатор дальнего обнаружения РЛС. За счет непрерывного вращения антенны в горизонтальной плоскости (по азимуту Ч/) и за счет качания ее в вертикальной плоскости (по углу места цели а) радиолокатор (РЛС 0 может вести наблюдение за всей видимой небесной полусферой. После обнаружения цели ее угловые координаты 'Рц и ац через устройство съема данных (СД) в виде напряжений и Um поступают на силовые следящие при­ воды радиолокатора слежения за целью (РЛС2), которые поворачи­ вают антенну так, что она оказывается направленной на цель. РЛС2 захватывает цель и следит своей равносигнальной линией за целью в течение всего процесса наведения. Положение цели при этом определяется в земной системе координат, центр которой связан с РЛС2. Через счетно-решающий прибор СР радиолокатор РЛС управляет положением антенны радиовизира ракеты РЛС3 и антен­ ны передающего устройства линии радиотелеуправления РЛС. Это осуществляется путем подачи от РЛС2 преобразованных (с учетом системы отсчета углов цели для РЛС2) сигналов U^u и Uan на сле­ дящие приводы синхронно работающих РЛС3 и РЛС4. Для радиови-

Рис. 3.5. Схема двухлучевой радиолокационной системы

зирования ракеты (РЛСз) используется амплитудно-импульсная си­ стема с запросом. Координаты ракеты определяются в измеритель­ ной системе координат, одна из осей которой направлена на цель. Под запросом понимается уточнение цели «свой-чужой». Системы автоматического наведения ракет класса «земля-воздух» обычно имеют индикаторы, на которых можно наблюдать положение цели и ракеты в процессе наведения. Такие индикаторы позволяют вести контроль за наведением ракеты на цель и, при необходимости осу­ ществить переход от автоматического сопровождения цели или ра­ кеты к ручному (с участием операторов). Одновременно с подачей сигналов t/уц и и ац приводы РЛСз и РЛС4 через счетно-решающее устройство СР2 подаются в виде преобразованных сигналов 1Лрп и Uan на силовые приводы пусковой установки, которые наводят пус­

ковую установку в требуемое для стрельбы направление. При этом в счетно-решающем устройстве СР2 для умень-шения ошибки при­ целивания учитывается дальность до цели Дц. После подготовки к пуску и включения приборов стабилизации ракеты (гироскопов) и при входе цели в зону поражения пусковой установкой произво­ дится пуск и ракета через некоторое время входит в зону действия передающего устройства линии радиотелеуправления Р Л С 4 . После того как ракета окажется в зоне действия радиовизира Р Л С 3, на экране его индикатора появляется изображение ракеты в виде све­ тящегося пятна. Поскольку ось антенны Р Л С 3 направлена на цель своей равносигнальной линией, изображение цели будет в центре экрана индикатора, а отклонение отметки ракеты от центра экрана будет пропорционально угловым составляющим ошибки управле­ ния ракеты. На основании определенных ошибок счетно-решающее устройство С Р 3 автоматически формирует команды управления, посылаемые на ракету с помощью антенны Р Л С 4 радиопередатчика команд. Воздействуя на бортовую аппаратуру ракеты, команды, переданные с пульта управления, будут выводить ракету на линию равносигнального управления Р Л С 3 или на линию, соединяющую пункт управления с целью. Таким образом, ракета будет наводиться по методу трех точек (локатор-ракета-цель). При других методах наведения работа счетно-решающего устройства С Р 3, вырабатыва­ ющего команды управления, будет осуществляться по другой про­ грамме. В этом случае в качестве исходных данных для его работы могут потребоваться не только величины угловых отклонений ра­ кеты от цели, но и сами значения координат цели и ракеты.

3.5. Система наведения и стабилизации установок

сиспользованием гироскопов

Вотличие от вышерассмотренных систем наведения эта система обеспечивает не только наведение установки в требуемое направле­ ние, но и при необходимости может удерживать довольно длитель­ ное время наведенную установку в этом направлении. Это особенно важно, когда боевая стрельба ведется с подвижных средств (само­ ходные установки, танки, корабли, машины сопровождения и т. д.), где корпус носителя непрерывно подвержен колебательным движе­ ниям. Иногда такие системы называют стабили-заторами. Особенно­ стью такой системы является то, что каждое новое положение (направление наводки) фиксируется соответствующим направлени­ ем главной оси гироскопа, имеющей свойство длительное время со­

хранить неизменное положение в пространстве, если нет воздействий на сам гироскоп. При этом всякое случайное отклонение наве­ денной установки от требуемого направления за счет измерительно­ го устройства в гироскопе вызывает сигнал управления, пропорцио­ нальный величине отклонения установки от заданного направления. В соответствии с этим сигналом силовые исполнительные приводы возвращают установку в требуемое направление. В данном случае речь идет о системах стабилизации индикаторного типа. По своему устройству и принципу действия эта система также представляет со­ бой систему автоматического регулирования, предназначенную для придания и поддержания угла возвышения установки (орудия) ф и угла горизонтального наведения \|/, которые определяют направле­ ние линии выстрела.

Процесс регулирования представлен на примере танковых ору­ дий (рис. 3.6 и 3.7). Наводчик, воздействуя на пульт управления, наводит орудие в цель, то есть придает стволу необходимые (за­ данные) углы возвышения ф3 и горизонтального наведения ф3. При движении танка положение ствола орудия, вследствие колебания корпуса танка, не остается неизменным, оно непрерывно изменяет­ ся в пространстве. При этом угол возвышения ф будет отличаться от заданного значения на некоторую разность 5 (5 = ф3 - ф), а угол горизонтального наведения ф на некоторую разность \|/3 - ф. Раз­ ность заданного и текущего значения угла 5, называется углом рас­ согласования (угол рассогласования может быть как положитель­ ным так и отрицательным). Задача системы стабилизации заключа­ ется в том, чтобы осуществить равенство ф =ф3 и ф =ф3, то есть свести к нулю (отработать) угол рассогласования по отклонению. Разумеется, что регулируемая величина не может при этом под­ держиваться абсолютно точно: только отклонение ее от заданного значения вызывает управляющее воздействие на объект регулиро­ вания. При этом саму величину угла рассогласования фиксирует (определяет) гироскоп.

На рис. 3.6 представлена принципиальная схема наведения и стабилизации танкового орудия в вертикальной плоскости. Схема включает два гироскопа: трехстепенной, у которого ось внешней рамки Х-Х параллельна оси цапф 0-0 орудия, и двухстепенной, у которого ось рамки (только одна рамка) параллельна оси ствола (линии выстрела). Положение орудия в вертикальной плоскости определяется положением внешней рамки трехстепенного гиро­ скопа. Поэтому, чтобы изменить положение внешней рамки, наводчик через пульт управления и электромагнит наведения

(ЭМН), расположенный в цапфе внутренней рамки, подает момент вращения на внутреннюю рамку. Однако за счет прецессии гиро­ скопа в заметное движение входит внешняя рамка, в то время как внутренняя практически остается на месте (в покое).

При этом угол поворота внешней рамки с помощью измери­ тельного устройства ВТУ (вращающийся трансформатор), распо­ ложенного на цапфах, внешней рамки, преобразуется в электриче­ ский сигнал. Величина и полярность этого электрического сигнала пропорциональны величине и направлению поворота внешней рамки. После усиления этот сигнал подается на исполнительный привод, который разворачивает орудие вслед за внешней рамкой (режим наведения). В режиме стабилизации, в случае случайных возмущений, орудие смещается от заданного наводчиком направ­ ления. Вследствие устойчивости гироскопа его рамки и главная ось Z-Z остаются в неизменном положении, а измерительное устрой­ ство ВТУтакже выдает сигнал по углу рассогласования положений внешней рамки и орудия. Этот сигнал и вызывает движение орудия в сторону уменьшения угла рассогласования между внешней рам­ кой и орудием. Сигнал от трехстепенного гироскопа является сиг­ налом жесткой отрицательной обратной связи, которая обеспечи­ вается непосредственным размещением этого гироскопа на качаю­ щейся части орудия.

Рис. 3.6. Принципиальная схема наведения и стабилизации танковой пушки

Для демпфирования колебательных процессов орудия установ­ лен двухстепенной гироскоп, при этом его единственная рамка прецессирует на угол, пропорциональный угловой скорости пово­ рота орудия. Угол прецессии рамки подобным измерительным устройством ВТСпреобразуется в электрический сигнал, который через усилитель У и исполнительный привод вызывает движение орудия в соответствующем направлении. Сигнал от двухстепенно­ го гироскопа является сигналом гибкой отрицательной обратной связи (связь по скорости поворота орудия). Эта связь также обес­ печивается непосредственным размещением гироскопа на качаю­ щейся части орудия и способствует демпфированию колебатель­ ных процессов в приводе и быстрой остановке орудия при подходе его к заданному положению. На рис. 3.7 представлена функцио­ нальная схема системы наведения и стабилизации танкового ору­ дия в двух плоскостях.

Для наглядности информации о наличии основных элементов и устройств схема предполагает использование двух наиболее рас­ пространенных типов исполнительных приводов: электрогидравлического и электромашинного. Основными элементами системы являются: задающее устройство; чувствительные элементы; усили­ тельные устройства; исполнительные приводы; объекты регулиро­ вания (орудие, башня).

Задающие устройства предназначены для установки требуемых значений регулируемых углов наведения орудия: ср3 —в вертикаль­ ной плоскости и vj/3 —в горизонтальной плоскости. Эти устройства включают в себя потенциометры, размещенные в пульте управле­ ния наводчика и включенные в электрическую цепь электромагни­ тов наведения (ЭМН), которые расположены на осях внутренних рамок трехстепенных гироскопов. Наводчик, разворачивая движки потенциометров на некоторые углы 0ВНи 0ГН, регулирует величину тока (/у) в цепи электромагнитов, а следовательно, и величину мо­ мента силового воздействия (Мн) на внутренних рамках этих гиро­ скопов. За счет прецессии гироскопов в движение приходят их внешние рамки (ср3 и \|/3), однозначно определяющие и положение орудия в вертикальной и горизонтальной плоскостях. При дости­ жении требуемых углов на орудии наводчик обесточивает цепь

Рис. 3.7. Функциональная схема системы наведения

электромагнитов. В режиме стабилизации это задающее устройство не работает.

Чувствительные элементы служат для измерения углов рассо­ гласования 5ВНи 8ГНи угловых скоростей ср (у), движения орудия в двух плоскостях наведения и стабилизации, при этом 8ВН= ср3 - ср, 5ГН= v|/3 - \|/. В качестве чувствительных элементов используются четыре гироскопических прибора, размещенных в гироскопиче­ ском блоке, который смонтирован непосредственно на орудии. За счет этого автоматически обеспечиваются жесткие и гибкие отри­ цательные обратные связи. В каждой плоскости установлено по два гироскопа: трехстепенной ГУ (датчик угла) и двухстепенной ГС (датчик скорости). В каждом гироскопе имеется измерительное устройство ВТу (вращающийся трансформатор), которое преобра­ зует угол поворота соответствующей рамки гироскопа в электриче­ ский сигнал. Электрический сигнал ( £/ду) от датчика угла (ГУ) яв­ ляется сигналом жесткой отрицательной обратной связи по регули­ руемой величине. Это есть главная обратная связь, дающая возможность осуществить принцип регулирования по отклонению. Электрический сигнал (URC) от датчика скорости (ГС) представляет собой сигнал гибкой отрицательной обратной связи. Этот сигнал действует всегда в направлении уменьшения скорости движения орудия. Так, в частности, он способствует демпфированию колеба­ ний орудия при его подходе к согласованному положению и более быстрой остановке орудия, когда оно под действием внешних воз­ мущений движется в сторону увеличения угла рассогласования. На схеме углы Р в датчиках скорости (ГС) показывают углы прецессии рамок этих гироскопов. Углы рвн и рг„, пропорциональные измеря­ емым угловым скоростям ф и \|/ поворота орудия, затем также пре­ образуются ВТу в электрические сигналы £/дс. Электрические сиг­ налы «Уду и URCвыделяются всегда практически одновременно. Так как они по мощности недостаточны для управления силовыми ис­ полнительными приводами, то, предварительно суммируясь Uv, они поступают на вход усилителя в виде суммарного напряжения

переменного тока.

Усилительные устройства служат для усиления по мощности суммарного входного электрического сигнала Uv и преобразования

его в постоянный ток /у, необходимый для управления исполни­ тельными приводами. На схеме (рис. 3.7) показаны несколько кас­ кадов усиления, при этом, в зависимости от типа привода, исполь­ зуются различные по принципу действия и устройства усилители. Первый каскад усиления, как правило, реализуется электронными усилителями (ЭЛУ).

Электрогидропривод (на схеме используется для вертикально­ го наведения орудия) управляется с помощью электрогидроусили­ теля, который включает в себя электромеханический преобразова­ тель (ЭМП) и гидроусилитель (ГДУ) с компоновкой обоих в одном блоке. При этом ЭМП управляет работой ГДУ, а ГДУ управляет работой силового гидродвигателя или гидроцилиндра (ГЦ). Элек­ тромеханический преобразователь, воспринимая электрический сигнал управления J y, преобразует его в возвратно-поворотное или в возвратно-поступательное (hy) движение якоря ЭМП, с которым связан управляющий элемент ГДУ (золотник, заслонка, игла, струйная трубка и т. д.). Гидроусилитель управляет расходом рабо­ чей жидкости (Q3) через силовой гидроцилиндр. Электромашинный привод (на схеме используется для горизонтального наведения орудия вместе с башней) содержит еще два каскада усиления: виб­ роусилитель (ВБУ) и электромашинный усилитель (ЭМУ). По­ следний, вырабатывая электрический сигнал и шу для исполнитель­ ного электродвигателя (ЭД), управляет его работой. В целом при наведении и стабилизации орудия в обеих плоскостях исполни­ тельные двигатели развивают силовые моменты Мпр, пропорцио­ нальные по величине и знаку пришедшим сигналам управления с гироскопов.

Под действием силовых моментов М„р преодолеваются момен­ ты внешних воздействий Мв и орудие (башня вместе с орудием) разворачивается на заданные углы наведения ф3 и \|/3. Управляющий сигнал, поступающий на вход исполнительного привода, либо вы­ рабатывается автоматически - в режиме стабилизации, либо зада­ ется наводчиком - в режиме наведения.

Из функциональной схемы, приведенной на рис. 3.7, видно, что стабилизатор орудия и стабилизатор башни представляют собой раздельные системы. Однако некоторая взаимосвязь этих двух си-

стем все же имеется. Она обусловлена соображениями лучшей компоновки приборов (например, гидроблок и блок электронных усилителей), общими источниками питания и отдельными блоки­ ровками. Несмотря на общие конструктивные блоки, единую си­ стему питания и ряд взаимосвязанных блокировок, каждый из ста­ билизаторов может работать и использоваться отдельно, независи­ мо друг от друга.

Г л а в а 4

Г И Р О С К О П И Ч Е С К И Е П Р И Б О Р Ы

Гироскопическим прибором называют прибор, основанный на использовании свойств гироскопа. Они широко используются в сложных системах автоматического регулирования и управления. Любая навигационная система самолета, ракеты, корабля, космиче­ ских объектов немыслима без использования гироскопов. Эти при­ боры используются в артиллерийских гирокомпасах, гирокурсоуказателях, координаторах, курсопрокладчиках и топопривязчиках. Большое распространение они получили и в самых различных си­ стемах наведения и стабилизации установок, особенно тех, которые эксплуатируются на подвижных объектах (танки, корабли, самоле­ ты) [9].

Гироскопом (от греч. гирос - круг, скопео - вижу) называют

основания, на котором он вращается. При воздействии внешней силы, прикладываемой к его оси, гироскоп в зависимости от направления вращения отклоняется влево или вправо, но обяза­ тельно перпендикулярно направлению действующей силы (рис. 4.1). Это явление называется п р е ц е с с и е й .

Вращающийся вокруг своей оси ротор имеет одну степень сво­ боды. Установив ось ротора Z-Z в кольце, которое в свою очередь поворачивается относительно собственной оси YY (рис. 4.2), полу­ чается гироскоп с двумя степенями свободы - двухстепенной гиро­ скоп. Если основание двухстепенного гироскопа вращать вокруг оси Х-Х, то в силу прецессии его рамка будет стремиться повер­ нуться вокруг оси Y-Y. При этом скорость прецессии пропорцио­ нальна скорости вращения гироскопа. Это позволяет использовать двухстепенной гироскоп для измерения угловой скорости поворота объекта, на котором он установлен. К оси рамки прикреплен торсион, второй конец торсиона закреплен неподвижно. Угол закручива­ ния торсиона пропорционален скорости вращения вокруг оси Х-Х.

Если двухстепенной гироскоп снабдить третьим кольцом (рис. 4.3), то ротор сможет вращаться, во-первых, вокруг собствен­ ной оси Z-Z, во-вторых, вместе с внутренним кольцом вокруг оси Y-Y на подшипниках, укрепленных на внешнем кольце, и, в- третьих, вместе с обоими кольцами вокруг оси внешнего кольца Х-Х. Трехстепенной гироскоп противодействует изменению задан­ ного положения главной оси в пространстве, в каком бы направле­ нии не наклонялось основание гироскопа.