Цифровая измерительная система для артиллерийского вооружения ВМФ

Сегодня практически во всех флотах мира, в том числе и в Военно-морском Флоте России, наблюдается тенденция к сокращению типажа боевых надводных кораблей и их вооружения. Это, в свою очередь, ведет к повышению их универсальности в части использования корабельных артиллерийских систем (КАС) и установок, ориентированных на уничтожение морских, наземных и воздушных целей [1, 2].

Основными требованиями к КАС сегодня являются такие параметры, как приемлемые дальность, точность, скорострельность и надежность.

Несмотря на существенный прогресс в области управляемого ракетного оружия и новых видов вооружения [1], подавляющее большинство боевых надводных кораблей ВМФ России имеют на вооружении ствольную артиллерию, которая постоянно совершенствуется, становится более сложной и снабжается новейшими системами управления и обнаружения целей, позволяя выполнять все более сложные оперативные задания.

Известные преимущества корабельных ракетных комплексов [1], послужили причиной отказа от крупных калибров КАС, сориентировав их на выполнение задач по противовоздушной обороне, несмотря на то, что крупнокалиберная корабельная артиллерия остается главным приоритетом в морском сражении. Например, основными разработчиками КАС (ЦНИИ «Буревестник», конструкторское бюро завода «Арсенал» и др.) создаются серийные изделия практически всех востребованных в ВМФ России калибров: 30 мм – АК-306, АК-630, АК-630М; 76 мм – АК-176, АК-726; 100 мм – АК-100, А-190Э, А-190-01; 130 мм – АК-130, которые устанавливаются на боевые надводные корабли разных классов (рис. 1).

Рис. 1. Примеры использования КАС на боевых надводных кораблях ВМФ РФ

Использование калибров 30-130 мм артстволов КАС и соответствующих боеприпасов обосновываются параметрами водоизмещения и размещением на палубе боевых надводных кораблей. В тоже время, безопасность боевого применения КАС, повышение эффективности на фоне современных тенденций по расширению возможностей и задач корабельной артиллерии, использованию высокоэнергетических зарядов, ужесточению режимов стрельбы, условий эксплуатации, достижение заданной точности и дальности стрельбы, напрямую зависит от степени износа нарезных артиллерийских стволов и качества боеприпасов [1-3].

Следовательно, вопросы по оценке степени износа стволов КАС ВМФ России посредством соответствующих технических средств, особенно автоматизированных и автоматических, является сегодня особенно актуальным и своевременным.

Оценка износа стволов артиллерийского оружия проводят с целью определения баллистики стволов в зависимости от его настрела, и определения, таким образом, предела его живучести. Например, признаком достижения предела живучести ствола современного артиллерийского оружия является систематическое срезание ведущих поясков снаряда, обусловленная этим резкое ухудшение кучности боя, неправильный полет снаряда, снижение его начальной скорости при выходе из ствола, изменения баллистической траектории и др. [2].

Как нам видится, для решения задачи оценки износа ствола КАС, не прибегая к изучению и измерению внутрибаллистических характеристик, может служить цифровая измерительная система с применением магнитострикционных преобразователей в автоматическом режиме может оценить состояние артиллерийского ствола по признакам – «годный» и «негодный». Критерием здесь служит измеренное время прохождения снаряда через ствол в контрольных его точках [3, 4].

Для повышения живучести стволов современного артиллерийского оружия, для которых характерным является высокие начальные скорости снарядов, высокий темп стрельбы, большие нагрузки при одиночном выстреле, разрабатывают и используют конструктивно-технологические методы при изготовлении артстволов [2].

Процесс движения снаряда по каналу ствола артиллерийского орудия подчиняется некоторому закону изменения трения системы «заряд-канал-ствол», который можно представить в виде графика (рис.2).

Параметр X может обозначать расстояние L_c или время прохода t_c прохода снаряда через рабочую часть ствола, а параметр Y – рабочее давление P в каморе орудия или величину трения Q_T в системе «снаряд-ствол».

Рис. 2. График кинетического трения системы «заряд-снаряд-ствол»

Из вышесказанного следует, что оценка внутрибаллистических процессов системы «заряд-снаряд-ствол» по значениям изменения скорости пролета снаряда через рабочую часть ствола (участок x₂-x₃) позволяет оценить степень износа канала ствола артиллерийского орудия при его полигонных испытаниях.

Контроль состояния стволов артиллерийского оружия осуществляется путем измерения скорости V_c пролета снаряда системы «заряд-снаряд-ствол». Данные измерения могут проводиться на дистанциях «ствол-мишень», либо в пределах системы «снаряд-ствол».

Для регистрации моментов прохода снаряда через задаваемые контрольные точки его траектории здесь могут быть использованы измерительные системы на базе: фотоэлектронных, индуктивных, пьезоэлектрических и магнитострикционных преобразователей, обладающие разными метрологическими и эксплуатационными характеристиками [3, 4].

Характер изменения скорости V_c снаряда зависят от характеристик самого заряда снаряда, количества настрела орудия, его внутренних и внешних баллистических характеристик.

Для автоматической оценки износа канала ствола артиллерийского орудия предлагается измерительная система [5] с использованием сигнальных магнитострикционных преобразователей (рис. 3).

Рис. 3. Структурная схема магнитострикционной измерительной системы: 1, 2, 3 – первый, второй и третий сигнальные преобразователи, 4, 5, 6 – первый, второй и третий формирователи импульсов, 7 – измеритель временных интервалов (ИВИ), 8 – блок формирования сигналов управления (БФСУ), 9 – элемент задержки сигналов, 10 – блок вычисления результата (БВР), 11 – блок анализа результата (БАР), 12 – блок индикации (БИ), 13 – триггер ошибки, 14 – индикатор ошибки, 15 – шина управления, 16 – шина синхронизации, 17 – шина контроля, 18 – m-разрядная шина вычисления результата

Назначение блоков и элементов представленной измерительной системы исходит из их наименования. Так, магнитострикционные преобразователи 1-3, фиксируют моменты времени прохода через артствол снаряда с момента его подрыва, вырабатывая сигналы Э.Д.С.

Эти сигналы преобразуются в информативные времяимпульсные прямоугольные сигналы формирователями 4-6, длительность которых измеряет нониусный измеритель 7 временных интервалов и вычисляет цифровой вычислитель 10, отправляя результат в блок анализа 11 с последующим отображением посредством блока индикации 12.

Предложенная измерительная система ориентирована на использование недорогих и доступных материалов и электронных компонентов, выпускаемых отечественной промышленностью сегодня. Это делает ее привлекательной для реализации и применения при полигонных экспериментальных испытаниях артиллерийского вооружения ВМФ РФ.

1. Жуков, И.И. Артиллерийское вооружение. Основы устройства и конструирования. / И.И. Жуков, В.Л. Башкатов, Т.М. Городинский и др. / – М.: Машиностроение, 1975. – 420 с.
2. Зайцев, А.С. Проектирование артиллерийских стволов. – СПб.: Балт. гос. техн. ун-т, 2007. – 164 с.
3. Демин, С.Б. Измерительная система для оценки износа стволов артиллерийского оружия [Текст] / С.Б.Демин, С.А. Забелина и др.// – Сб-к научных трудов Международной НПК г. Белград, 11 ноября 2020. – Белгород, АПНИ, 2020. – С. 13-17.
4. Демин, С.Б. Анализ информативных параметров сигналов акустических трактов ультразвуковых магнитострикционных приборов при воздействиях температуры [Текст] / С.Б.Демин, А.А. Глыбовский, С.А. Забелина // – Сб-к научных трудов Международной НПК г. Белгород, 27 апреля 2018, Ч.2. – Белгород, АПНИ, 2018. – С. 67-70.
5. Заявка RU № 2020131537, МПК G01N 3/56. Устройство для определения износа канала ствола артиллерийского оружия. / С.Б. Демин, С.А. Забелина, Н.А. Крылов, Н.А. Крылов, заявл. 24.09.20.