Зарождение боевой авиации и первые прицельные системы
Перечень сокращенных наименований
АБСП авиационное бомбардировочное средство поражения
АПрС авиационная прицельная система
АСП авиационное средство поражения
БАК боевой авиационный комплекс
БД база данных
БТ баллистические таблицы
БХ баллистические характеристики
БЦВС бортовая цифровая вычислительная система
ГСН головка самонаведения
ДИСС доплеровский измеритель скорости и угла сноса
ИЛС индикатор на лобовом стекле
ИНС инерциальная навигационная система
ИУП информационно-управляющее поле
КАВ комплекс авиационного вооружения
КБО комплекс бортового оборудования
ЛА летательный аппарат
ЛВ линия визирования
МДС многоступенчатая динамическая система
НАР неуправляемая авиационная ракета
НАСП неуправляемое авиационное средство поражения
НЦ наземная (надводная) цель
ОВА область выполнения атаки
ОЛС оптико-локационная станция
ООУ оперативные органы управления
ОПС обзорно-прицельная система
ПМ программный модуль
ПО программное обеспечение
РЛС радиолокационная система
СА стандартная атмосфера
САУ система автоматического управления
СВС система воздушных сигналов
СДУ система дистанционного управления
СНС спутниковая навигационная система
СОИ система отображения информации
ТТТ тактико-технические требования
Содержание
1. Авиационные прицельные системы: история создания, современное состояние и перспективы развития
1.1. Зарождение боевой авиации и первые прицельные системы
1.2. Основные закономерности и перспективы развития систем управления полетом и вооружением боевых летательных аппаратов
1.3. Структура комплексов бортового оборудования современных боевых летательных аппаратов и перечень решаемых ими задач
2. Задачи боевого применения авиационного вооружения
2.1. Постановка задач прицеливания и наведения авиационных средств поражения
2.1.1. Содержание задач прицеливания и наведения авиационных средств поражения
2.1.2. Методы наведения управляемых авиационных средств поражения
2.1.3. Постановка задачи прицеливания как задачи управления конечным состоянием многоступенчатой динамической системы
2.2. Объекты задачи прицеливания
2.2.1. Системы координат, используемые в задаче прицеливания
2.2.2. Математическая модель летательного аппарата
2.2.3. Математическая модель неуправляемого авиационного средства поражения
2.2.4. Математическая модель цели
2.2.5. Математическая модель внешней среды
3. Способы получения и методы обработки информации, необходимой для решения задачи прицеливания
3.1. Способы получения и методы обработки информации о параметрах полета боевого летательного аппарата и внешней среды
3.2. Исходные данные и методы решения задачи внешней баллистики
3.3. Способы получения и методы обработки информации о параметрах движения цели
4. Характеристики точности авиационных прицельных систем
4.1. Классификация и характеристики ошибок решения задачи прицеливания
4.2. Определение требований к структуре и составу аппаратуры авиационных прицельных систем современных боевых летательных аппаратов
4.3. Определение требований к структуре программного обеспечения решения задач прицеливания и боевого применения авиационных средств поражения
4.4. Методы определения характеристик точности авиационных прицельных систем
Исправная стрельба в мишень – великой важности: умножает гибель неприятеля и отвращает в действии лишнюю трату патронам.
Хотя храбрость, бодрость и мужество всюду и при всех случаях потребны, токмо тщетны они, ежели не будут истекать из искусства.
А.В. Суворов
Авиационные прицельные системы: история создания, современное состояние и перспективы развития
Зарождение боевой авиации и первые прицельные системы
Идея вооружения летательных аппаратов (ЛА) возникла в связи с применением их в военных целях [1]. Пулемет был установлен на самолете в 1911 г. почти одновременно в России и во Франции. В этом же году во время итало-турецкой войны итальянской авиацией были осуществлены первые воздушные бомбардировки. В 1912 г. русские летчики, участвуя в Балканской войне на стороне болгарской армии, бомбили турецкую крепость Андрианополь. Бомбы массой около 10 кг сбрасывались вручную непосредственно из кабины самолета. Год спустя на самолет был установлен прибор штабс-капитана В.И. Толмачева для прицеливания при бомбометании.
В 1913 г. немецким инженером Ф. Шнейдером были запатентованы схема и конструкция синхронного пулеметного привода – синхронизатора. Синхронизатор дал возможность устанавливать пулемет на фюзеляже рядом с кабиной и стрелять через плоскость, ометаемую винтом.
Первый русский истребитель – двухместный самолет С-16 (1915 г.), – был вооружен синхронным пулеметом, стрелявшим вперед, и подвижным пулеметом, стрелявшим назад. В начале 1917 г. в России появился коллиматорный прицел для ведения воздушной стрельбы. Эффективность вооружения истребителей существенно повысилась.
Первый русский бомбардировщик – “Илья Муромец” (1915 г.), – мог брать около 500 кг бомб и имел восемь пулеметов для защиты от истребителей противника. На нем был установлен электросбрасыватель, и производились опыты по применению 75-мм пушки.
Слабым местом русского авиационного вооружения были прицелы. Над их созданием и совершенствованием трудились полковник С.А. Ульянин, профессор Г.Л. Тираспольский, конструкторы Н.Н. Лебеденко, В.С. Вахмистров, А.И. Журавченко и другие. Вначале летчики при ведении огня пользовались примитивными механическими прицелами, которые зачастую состояли из двух гвоздей, вбитых в фюзеляж и на небольшом расстоянии друг от друга в таком положении, что линия визирования по ним была параллельна оси ствола пулемета. Позже появился кольцевой механический прицел – летчик визировал цель через кольцо и мушку. Впоследствии для турельных пулеметов стали применять кольцо с рассчитанным радиусом для взятия упреждения на цель и мушку-флюгер, которая учитывала собственную скорость самолета.
Следующим шагом было создание оптических телескопических и коллиматорных прицелов. Они имели преимущество в том отношении, что глаз видел и сетку, и изображение цели на ней в одной плоскости, тогда как в кольцевом прицеле глазу приходилось приспосабливаться к тому, чтобы одновременно отчетливо видеть находящиеся от него на различных расстояниях мушку, кольцо и цель.
Удачный коллиматорный прицел, позволявший вести прицельную стрельбу по самолету противника, изобрел полковник С.А. Ульянин. Упреждение определялось по специальной кольцевой сетке, расположенной в фокусе объектива и подсвечиваемой специальной электролампочкой. Конструктор Шихомский предложил коллиматор, вделанный в козырек самолета.
Первые коллиматорные прицелы, появившиеся в России на самолетах иностранных конструкций, имели большие габариты и значительную массу. На отдельных машинах “Спад”, поступивших из Франции, были установлены оптические прицелы типа “Альдис”. В России был создан значительно более компактный и легкий коллиматорный прицел, чем “Альдис”. Н.Е. Жуковский писал по этому поводу: “Окончивший нашу школу летчиков прапорщик Рубинский и лаборанты расчетно-испытательного бюро Ушаков и Раковский перестроили коллиматорный прицел для стрельбы с аэропланов, преимущественно истребителей, по аэропланам”. Отдел изобретений при Московском военно-промышленном комитете, рассмотрев этот прибор, нашел его вполне удовлетворительным и выдал на него одобрительный отзыв.
Однако русская промышленность не смогла освоить этот прицел, и он не был принят на вооружение. Как видно из отношения начальника УВВФ от 25 октября 1916 г. Великому князю Александру Михайловичу, “попытки заказать коллиматоры в России были сделаны, но ни один завод и мастерская за этот заказ не брались”.
Отсутствие надежных прицелов ставило русских летчиков в неравные условия в борьбе с немецкими истребителями, имевшими хорошие цейсовские оптические приборы для ведения стрельбы из авиапулеметов.
Известный советский истребитель тридцатых годов И-16 был вооружен двумя пулеметами ШКАС и двумя пушками ШВАК калибра 20 мм. Установка пушек ШВАК, созданных Б.Г. Шпитальным и В.С. Владимировым, на самолете была произведена впервые. В 1937 г. самолет И-16 вооружили шестью неуправляемыми ракетами РС-82. 20 августа 1939 г. капитан Н.И. Звонарев на истребителе И-16 в бою на Халхин-Голе впервые в истории авиации ракетным огнем сбил самолет противника.
Истребители, принимавшие участие в Великой Отечественной войне, имели мощное стрелково-пушечное вооружение.
Пушки (пулеметы) устанавливались, как правило, в фюзеляже. Стрельба осуществлялась с помощью синхронизатора через плоскость, ометаемую винтом, или через полый вал редуктора двигателя. Установка пушек и пулеметов на крыле сильно увеличивала рассеивание при стрельбе за счет деформации крыла.
Бомбардировочные прицелы к концу Великой Отечественной войны превратились в сложные устройства с оптическими, механическими и электрическими элементами. Бомбардировочная установка стала обеспечивать автоматический сброс бомб одиночно, залпом или серией с заданным числом бомб в серии и заданной величиной интервалов.
Опыт войны показал, что скорость и маневр являются важнейшими характеристиками истребителя. Но рост скоростей сокращал зоны атак и время огневого воздействия на противника. Истребителю требовались крупнокалиберные авиационные пулеметы и пушки с большой скорострельностью, способные поражать бронированные самолеты и пробивать протектированные баки с горючим. Повышение маневренности приводило к дополнительным ошибкам. Дальность эффективного огня из пушек сокращалась. Возникла потребность в управляемых ракетах класса “воздух-воздух”, способных исправлять ошибки прицеливания и изменять траекторию полета в соответствии с маневром цели.
Постановка крупнокалиберных авиационных пулеметов и пушек на бомбардировщики увеличила дальность эффективного оборонительного огня, расширила зону поражения атакующих истребителей и тем самым уменьшила их боевую эффективность. В то же время необходимость борьбы с бомбардировщиками возрастала с ростом их бомбовой нагрузки и дальности полета. Безопасность атакующего истребителя могла быть обеспечена только при применении управляемых ракет класса “воздух-воздух” с повышенной дальностью действия.
Появление радиолокационных станций обеспечивало обнаружение бомбардировщиков на большом удалении от объектов удара. Полет к цели над приведенными в боевую готовность батареями зенитной артиллерии стал опасным. Необходимы были управляемые ракеты класса “воздух-земля” с дальностью действия, определяемой характеристиками системы противоздушной обороны (ПВО). В тылу противника, во фронтовой полосе и на поле боя определялись важные малоразмерные хорошо защищенные цели (мосты, радиолокационные станции, командные пункты и др.). Для поражения таких целей требовались управляемые бомбы или ракеты класса “воздух-земля” с большой точностью наведения.
Структура авиационного вооружения современных самолетов и вертолетов и характеристики его составных частей определяются боевым назначением ЛА и типом целей, для поражения которых он создается.
Основными целями дальней авиации являются площадные. Достаточная эффективность поражения площадных целей, хорошо защищенных системой ПВО, обеспечивается автономно управляемыми ракетами класса “воздух-поверхность” с дальностью действия порядка 1 000 км. Слабозащищенные площадные цели поражаются при серийном бомбометании с горизонтального полета или управляемыми ракетами с дальностью действия, равной нескольким сотням километров.
Оперативно-тактическая авиация предназначена для поражения одиночных, групповых и площадных целей. Для поражения одиночных воздушных целей применяются авиационные пушки, самонаводящиеся ракеты класса “воздух-воздух” и ракеты с комбинированными системами управления. Одиночные малоразмерные наземные цели хорошо поражаются огнем пушек, управляемыми ракетами класса “воздух-поверхность” и управляемыми бомбами; танки – неуправляемыми ракетами с кумулятивным зарядом и противотанковыми управляемыми ракетами. Эффективность поражения групповых наземных целей максимальна при бомбометании серией бомб и стрельбе неуправляемыми ракетами,
Многоцелевые самолеты оперативно-тактической авиации способны брать до 8 управляемых ракет, несколько подкрыльевых блоков с неуправляемыми ракетами и бомбы общей массой до 10 000 кг. В носовой части фюзеляжа ЛА, как правило, встроена скорострельная пушка. Штурмовики имеют хорошее стрелково-пушечное, бомбардировочное и ракетное вооружение. Истребители воздушного боя вооружаются самонаводящимися ракетами класса “воздух-воздух” с улучшенными маневренными характеристиками. Самолеты ПВО для борьбы с летящими самолетами и ракетами противника применяют ракеты с комбинированными системами управления, дальность действия которых превосходит 100 км. Вертолеты огневой поддержки вооружаются скорострельными пулеметами и гранатометами. Большое значение придается использованию вертолетов для борьбы с танками. С этой целью их вооружают противотанковыми управляемыми и неуправляемыми ракетами.
Непрерывное увеличение стоимости ЛА как носителей авиационных средств поражения (АСП) требует обеспечения высокой надежности и боевой эффективности как авиационного вооружения, так и авиационных прицельных систем (АПрС), обеспечивающих его применение, в целом.