RU2261413C1

RU2261413C1 - Control system for self-guided missile

Info

Publication number: RU2261413C1
Application number: RU2004129197/02A
Authority: RU
Inventors: Л.А. Максименко (RU); Л.А. Максименко; П.В. Гапонов (RU); П.В. Гапонов; В.В. Волохов (RU); В.В. Волохов; А.Б. Сидоренко (RU); А.Б. Сидоренко
Priority date: 2004-10-04
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2005-09-27

Abstract

FIELD: air defense.

SUBSTANCE: system comprises housing connected with four return springs each of which is connected with the corresponding air vane, propulsion engine, four photomultiplier tubes of the guidance system which are connected in the arms of the electric bridge, four air vanes connected with the electromagnets with movable core through intermediate relay, four infrared devices for photomultiplier tubes, four vision limiters for photomultiplier tubes, four DC amplifiers for photomultiplier tubes, board power source, four tail stabilizing fins, analogue-digital converter, and control unit composed of integrator, tree-link integrating device, and inverter. The photomultiplier tubes are connected with the analogue-pulse converter, intermediate relay, integrator, inverter, and three-link integrating device through the DC amplifier.

EFFECT: accelerated missile aiming.

7 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к противовоздушной о бороне, в частности к ракетам с самонаведением.The present invention relates to anti-aircraft harrow, in particular to homing missiles.

Известно устройство управления зенитной ракетой (Справочник офицера противовоздушной обороны. М.: Военное издательство, 1987 (под ред. маршала авиации Зимина Г.В.), 512 С. (с.176, 191, 194). Устройство используется в системах теленаведения и самонаведения. Бортовая аппаратура управления включает координатор цели и счетно-решающий прибор. Координатор измеряет параметр рассогласования и выдает напряжение соответствующей величины и знака в счетно-решающий прибор, формирующий команду управления. С его выхода команды управления поступают на автопилот для управления рулями ракеты. Напряжение команды поступает на гиропривод устройства обработки рассогласования, управляющее положением антенны. В результате ось ОХ совмещается с направлением на цель и цель оказывается в луче антенны. Устройство формирования команд управления предназначено для выработки электрических сигналов, величина и знак которых соответствуют величине и знаку отклонения ракеты от кинематической траектории. Преобразование команд управления в радиосигналы происходит с помощью частотно-импульсного метода. В результате напряжение команды управления преобразовывается в импульсы напряжения, частота повторения которых изменяется по закону команды управления.A device for controlling an anti-aircraft missile is known (Handbook of an Air Defense Officer. M: Military Publishing House, 1987 (under the editorship of Air Marshal Zimin GV), 512 S. (p.176, 191, 194). The device is used in television guidance systems and The on-board control equipment includes a target coordinator and a counting and deciding device.The coordinator measures the mismatch parameter and outputs a voltage of the corresponding magnitude and sign to the counting and deciding device forming a control command. From its output, control commands are sent to the autopilot To control the rudders of the rocket. The voltage of the command is supplied to the gyro drive of the mismatch processing device that controls the position of the antenna. As a result, the OX axis is aligned with the direction to the target and the target is in the beam of the antenna. The device for generating control commands is designed to generate electrical signals whose magnitude and sign correspond to the magnitude and the sign of the deviation of the rocket from the kinematic trajectory.Transformation of control commands into radio signals occurs using the pulse-frequency method. As a result, the voltage of the control command is converted into voltage pulses, the repetition frequency of which varies according to the law of the control command.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции системы управления, низкое быстродействие при отслеживании быстро меняющих курс летательных аппаратов противника.A disadvantage of the known device is the complexity of the design of the control system, low speed when tracking rapidly changing course of enemy aircraft.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является "Самонаводящаяся зенитная ракета" (патент РФ 2206057, F 42 D 15/01 F 41 G 7/22). Устройство содержит корпус, четыре фотоэлектронных умножителя системы наведения, включенные в плечи электрического моста, четыре руля-подкрылка, четыре промежуточных реле, четыре электромагнита с подвижным сердечником, четыре возвратных пружины, четыре ограничителя обзора, четыре прибора ночного видения, маршевый двигатель, четыре перьевых хвостовых стабилизатора, бортовой источник электрического питания, четыре усилителя постоянного тока. Когда цель в виде летательного аппарата противника (самолет, ракета, боевой планер, разведывательный воздушный шар, самолет с противорадиолокационным покрытием) выходит за пределы оси траектории полета ракеты, свет попадает на фотоэлектронный умножитель. Изменяется ток электрического моста, который замыкает контакты промежуточного реле, через которые силовой ток подается на электромагнит с подвижным сердечником. Сердечник соединен с рулем-подкрылком. После выполнения маневра цель-тень отходит от фотоэлектронного умножителя, прекращается ток в промежуточном реле, электромагнит обесточивается и возвратная пружина устанавливает руль-подкрылок в исходное положение. Ракета движется прямолинейно на цель, поддерживаемая хвостовым стабилизатором. Аналогично работают остальные фотоумножители, которых всего четыре. Ограничитель обзора позволяет фотоэлектронному умножителю видеть только ту часть неба, на котором находится его сторона.The closest technical solution (prototype) is a "homing anti-aircraft missile" (RF patent 2206057, F 42 D 15/01 F 41 G 7/22). The device contains a housing, four photoelectronic multipliers of the guidance system included in the shoulders of the electric bridge, four steering wheel-wing fenders, four intermediate relays, four electromagnets with a movable core, four return springs, four limiters for viewing, four night vision devices, a mid-flight engine, four feather tail stabilizer, on-board electric power supply, four DC amplifiers. When the target in the form of an enemy aircraft (aircraft, missile, combat glider, reconnaissance balloon, aircraft with anti-radar coating) goes beyond the axis of the missile’s flight path, the light enters the photomultiplier. The current of the electric bridge changes, which closes the contacts of the intermediate relay, through which the power current is supplied to an electromagnet with a moving core. The core is connected to the fender steering wheel. After completing the maneuver, the shadow target moves away from the photomultiplier, the current in the intermediate relay stops, the electromagnet is de-energized, and the return spring sets the fender wheel to its original position. The missile moves linearly on the target supported by the tail stabilizer. The rest of the photomultipliers, of which there are only four, work similarly. The viewing limiter allows the photomultiplier to see only that part of the sky on which its side is located.

Недостатком прототипа является то, что устройство не реагирует на степень отклонения ракеты от цели. Это связано с тем, что после срабатывания промежуточного реле и замыкания его контактов на электромагнит подается постоянное напряжение от батареи. Величина этого напряжения не зависит от величины отклонения ракеты от цели. Это напряжение имеет строго постоянную амплитуду. По этой причине руль-подкрылок отклонится на строго постоянную величину. Поэтому как при малом отклонении ракеты от курса, так и при большом отклонении руль-подкрылок выдвигается на одинаковое расстояние от корпуса ракеты. Это может привести к тому, что при резком отклонении ракеты от цели, например при выполнении противоракетного маневра самолетом противника, ракета пролетит мимо цели, т.к. руль выдвинется на такое же расстояние, как и при небольшом отклонении от цели. Вторым недостатком противопоставляемого устройства является его относительно низкое быстродействие. Это связано с тем, что на электромагнит поступает строго постоянное напряжение от бортового источника питания. Поэтому сердечник электромагнита по инерции проходит установившееся состояние и возвращается на некоторую величину, совершая колебательные действия. Такие колебания пропорциональны массе сердечника и руля. Поэтому ракета ложится на новый курс не сразу, а спустя некоторое время, необходимое для успокоения ракеты. Иными словами, при переходе на новый курс ракета производит рыскающие движения и в это время может пройти мимо цели.The disadvantage of the prototype is that the device does not respond to the degree of deviation of the missile from the target. This is due to the fact that after the operation of the intermediate relay and the closure of its contacts, a constant voltage from the battery is supplied to the electromagnet. The magnitude of this voltage does not depend on the magnitude of the deviation of the missile from the target. This voltage has a strictly constant amplitude. For this reason, the fender wheel will deviate by a strictly constant value. Therefore, both with a small deviation of the missile from the course, and with a large deviation, the wheel-liner extends at the same distance from the missile body. This can lead to the fact that with a sharp deviation of the missile from the target, for example, when performing an anti-ballistic maneuver by an enemy aircraft, the missile will fly past the target, because the steering wheel extends the same distance as with a slight deviation from the target. The second disadvantage of the opposed device is its relatively low speed. This is due to the fact that the electromagnet receives a strictly constant voltage from the on-board power source. Therefore, the core of the electromagnet by inertia passes the steady state and returns to a certain value, performing oscillatory actions. Such fluctuations are proportional to the mass of the core and rudder. Therefore, the rocket does not fall on a new course immediately, but after some time is needed to calm the rocket. In other words, during the transition to a new course, the rocket makes yaw movements and at this time can pass by the target.

Задачей изобретения является разработка самонаводящейся ракеты.The objective of the invention is the development of a homing missile.

Техническим результатом предлагаемой самонаводящейся ракеты является повышение быстродействия наведения ракеты на цель и гашение рыскающих движений ракеты при переходе на новый курс, а также повышение точности наведения и надежности поражения цели.The technical result of the proposed homing missile is to increase the speed of pointing the missile at the target and damping the yawing movements of the rocket when moving to a new course, as well as improving the accuracy of guidance and reliability of hitting the target.

Технический результат достигается тем, что самонаводящаяся ракета содержит корпус, соединенный с четырьмя пружинами возврата, каждая из которых соединена с соответствующей ей рулем-подкрылком, маршевый двигатель, четыре перьевых хвостовых стабилизатора, бортовой источник питания, четыре канала управления, каждый из которых содержит фотоэлектронный умножитель, включенный в плечо электрического моста, выход которого соединен со входом усилителя постоянного тока, выход которого соединен с промежуточным реле, электромагнит, подвижный сердечник которого соединен с рулем-подкрылком, причем каждый канал управления содержит прибор ночного видения для фотоэлектронного умножителя и ограничитель обзора для фотоэлектронного умножителя, при этом в каждый из каналов управления введены аналого-импульсный преобразователь и блок управления, состоящий из сумматора, трехзвенного интегрирующего устройства, инвертора, причем выход усилителя постоянного тока соединен с входом аналого-импульсного преобразователя, выход которого через нормально разомкнутый контакт промежуточного реле соединен с одним из входов сумматора, выход которого через трехзвенное интегрирующее устройство соединен с электромагнитом и через инвертор со вторым входом сумматора.The technical result is achieved by the fact that the homing missile contains a housing connected to four return springs, each of which is connected to a steering wheel-wing liner, a main engine, four feather tail stabilizers, an onboard power supply, four control channels, each of which contains a photoelectronic multiplier included in the arm of an electric bridge, the output of which is connected to the input of a DC amplifier, the output of which is connected to an intermediate relay, an electromagnet movable with the core of which is connected to the steering wheel-liner, and each control channel contains a night vision device for the photoelectronic multiplier and a viewing limiter for the photoelectronic multiplier, while an analog-pulse converter and a control unit consisting of an adder, a three-link integrating device are introduced into each control channel, an inverter, the output of a DC amplifier connected to the input of an analog-pulse converter, the output of which is through a normally open contact of the intermediate the relay is connected to one of the inputs of the adder, the output of which through a three-link integrating device is connected to an electromagnet and through an inverter to the second input of the adder.

Самонаводящаяся ракета выполнена в виде электрического демпфирующего устройства, скопированного у живой природы. Неизбежные колебательно-затухающие движения массивного сердечника и руля при быстром перемещении за счет подачи на электромагнит постоянного напряжения заменены на плавное, но быстрое выдвижение руля за счет введения демпфирующего блока управления. Сигнал управления специальной формы, вырабатываемый блоком управления, оказывает демпфирующее влияние на перемещение массивного сердечника и руля. Блок управления состоит из сумматора, охваченного отрицательной обратной связью, трехзвенного интегрирующего устройства и инвертора. Сигнал управления, вырабатываемый трехзвенным интегрирующим устройством, имеет колебательно-затухающую форму. Благодаря введению инвертора и отрицательной обратной связи этот сигнал поступает на второй вход сумматора в отрицательной полярности. Следовательно, линейный закон управления прототипа заменен на колебательно-затухающий закон управления в противофазном исполнении по отношению к траектории перемещения сердечника и руля. Поэтому движение руля происходит плавно, но с максимальным быстродействием. Таким образом, сигнал управления оказывает демпфирующее влияние на движение руля и как следствие этого существенно повышает быстродействие. Надежность наведения на цель достигается тем, что на электромагнит подается не постоянное напряжение, а напряжение, зависящее от величины отклонения ракеты от цели, вырабатываемое аналого-импульсным преобразователем. Аналого-импульсный преобразователь формирует серию импульсов, частота которых зависит от напряжения разбалансировки электрического моста, а следовательно, и от степени удаленности ракеты от цели. Таким образом, введение аналого-импульсного преобразователя позволило повысить точность наведения ракеты на цель и исключить возможность ухода цели от ракеты при выполнении противоракетных маневров.The homing missile is made in the form of an electric damping device, copied from wildlife. The inevitable oscillatory-damped movements of the massive core and the steering wheel during rapid movement due to the supply of a constant voltage electromagnet are replaced by a smooth but rapid extension of the steering wheel due to the introduction of a damping control unit. The control signal of a special form, developed by the control unit, has a damping effect on the movement of the massive core and the steering wheel. The control unit consists of an adder covered by negative feedback, a three-link integrating device and an inverter. The control signal generated by the three-link integrating device has a vibration-damped form. Thanks to the introduction of the inverter and negative feedback, this signal is fed to the second input of the adder in negative polarity. Therefore, the linear control law of the prototype is replaced by an oscillating-damped control law in antiphase design with respect to the trajectory of movement of the core and steering wheel. Therefore, the movement of the steering wheel occurs smoothly, but with maximum speed. Thus, the control signal has a damping effect on the movement of the steering wheel and, as a result, significantly improves performance. Reliability of aiming at the target is achieved by the fact that not a constant voltage is applied to the electromagnet, but a voltage, depending on the magnitude of the deviation of the missile from the target, produced by an analog-pulse converter. An analog-pulse converter generates a series of pulses, the frequency of which depends on the voltage of the unbalance of the electric bridge, and therefore on the degree to which the rocket is far from the target. Thus, the introduction of an analog-to-pulse converter made it possible to increase the accuracy of pointing the missile at the target and to exclude the possibility of the target moving away from the missile during missile defense maneuvers.

Таким образом, совокупность существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, позволяет достичь желаемый технический результат.Thus, the set of essential features set forth in the claims, allows to achieve the desired technical result.

На фиг.1 схематически показано размещение основных узлов ракеты (слева - вид сбоку, справа - показана хвостовая часть ракеты); на фиг.2 представлена структурная схема бионической системы управления самонаводящейся ракетой; на фиг.3 представлена схема аналого-импульсного преобразователя; на фиг.4 показано преобразование аналогового сигнала в импульсы различной частоты; на фиг.5 показан график перемещения руля при выполнении маневра ракеты с обычным сигналом управления; на фиг.6 показан процесс демпфирования колебательных движений ракеты при выполнении маневра за счет подачи сигнала управления специальной формы; на фиг.7 показан график движения руля после демпфирования.Figure 1 schematically shows the placement of the main components of the rocket (on the left is a side view, on the right is the tail of the rocket); figure 2 presents a structural diagram of a bionic homing missile control system; figure 3 presents a diagram of an analog-pulse converter; figure 4 shows the conversion of an analog signal into pulses of different frequencies; figure 5 shows a graph of the movement of the rudder when performing the maneuver of the rocket with a conventional control signal; figure 6 shows the process of damping the oscillatory movements of the rocket when performing a maneuver due to the supply of a control signal of a special form; 7 shows a graph of the movement of the steering wheel after damping.

Устройство содержит корпус 1, четыре фотоэлектронных умножителя 2, руль-подкрылок 3, четыре прибора ночного видения 4, четыре ограничителя обзора 5 для фотоэлектронных умножителей 2, четыре электромагнита с подвижным сердечником 6, четыре пружины возврата 7, бортовой источник электропитания 8, электрический мост 9, усилитель постоянного тока 10, аналого-импульсный преобразователь 11, промежуточное реле 12, контакты промежуточного реле 13, четыре перьевых хвостовых стабилизатора 14, сумматор 15, трехзвенное интегрирующее устройство 16, инвертор 17.The device comprises a housing 1, four photoelectronic multipliers 2, a steering wheel fender 3, four night vision devices 4, four viewing limiters 5 for photoelectronic multipliers 2, four electromagnets with a movable core 6, four return springs 7, an onboard power supply 8, an electric bridge 9 , DC amplifier 10, analog-to-pulse converter 11, intermediate relay 12, contacts of the intermediate relay 13, four feather tail stabilizers 14, adder 15, three-link integrating device 16, inverter 17.

В головной части корпуса ракеты 1 установлены четыре фотоэлектронных умножителя 2 между перьевыми хвостовыми стабилизаторами 14 (фиг.1 и 2). В момент отклонения ракеты от цели при маневре летательного аппарата цель попадает в поле зрения одного из четырех фотоэлектронных умножителей 2 в зависимости от направления полета цели. Происходит разбалансировка электрического моста 9 и с его диагонали снимается постоянное напряжение, пропорциональное величине отклонения цели от курса ракеты. Напряжение поступает на усилитель постоянного тока 10. Усиленное постоянное напряжение поступает одновременно на блок аналого-импульсного преобразователя 11 и промежуточного реле 12. Аналого-импульсный преобразователь 11 (фиг.3) преобразовывает аналоговое напряжение в серию импульсов (фиг.4). Причем частота посылок импульсов F пропорциональна величине постоянного напряжения, поступающего на блок аналого-импульсного преобразователя 11. После срабатывания промежуточного реле 12 импульсы поступают через замкнутые контакты 13 на первый вход сумматора 15. С выхода сумматора 15 импульсы подаются на блок 16 - трехзвенное интегрирующее устройство - в качестве накопительного элемента. В этом блоке происходит преобразование импульсных сигналов в напряжение постоянной величины и формирование сигнала управления, который по цепи обратной связи через инвертор 17 вводится на второй вход сумматора 15, замыкая канал отрицательной обратной связи. Напряжение управления нарастает по колебательно-затухающему закону.In the head part of the missile body 1, four photoelectronic multipliers 2 are installed between the feather tail stabilizers 14 (FIGS. 1 and 2). At the time of the deviation of the rocket from the target during the maneuver of the aircraft, the target falls into the field of view of one of the four photoelectronic multipliers 2, depending on the direction of flight of the target. The electric bridge 9 is unbalanced and a constant voltage proportional to the deviation of the target from the course of the rocket is removed from its diagonal. The voltage is supplied to the DC amplifier 10. The amplified DC voltage is supplied simultaneously to the block of the analog-pulse converter 11 and the intermediate relay 12. The analog-pulse converter 11 (Fig. 3) converts the analog voltage into a series of pulses (Fig. 4). Moreover, the frequency of sending pulses F is proportional to the constant voltage supplied to the analog-to-pulse converter unit 11. After the intermediate relay 12 is activated, the pulses are fed through closed contacts 13 to the first input of the adder 15. From the output of the adder 15, the pulses are sent to block 16 - a three-link integrating device - as a funded item. In this block, the pulse signals are converted to a constant voltage and a control signal is generated, which is fed through the feedback circuit through the inverter 17 to the second input of the adder 15, closing the negative feedback channel. The control voltage rises according to the vibration-damping law.

На выходе трехзвенного интегрирующего устройства формируется сигнал с колебательно-затухающим режимом положительной полярности, который поступает на электромагнит с подвижным сердечником 6. Инвертор 17 меняет полярность этого сигнала и замыкает цепь отрицательной обратной связи.At the output of a three-link integrating device, a signal is generated with an oscillating-decaying mode of positive polarity, which is fed to an electromagnet with a moving core 6. Inverter 17 reverses the polarity of this signal and closes the negative feedback circuit.

У прототипа напряжение управления U₁ имеет скачкообразную форму (фиг.5, жирная линия). Поэтому подвижный сердечник электромагнита 6 вместе с рулем-подкрылком 3 разгоняется и проходит точку остановки а и по инерции движется дальше до точки b, а затем возвращается в точку с, совершая колебательные движения, как показано на кривой L фигуры 5. Время установления стационарного состояния t₁ велико.The prototype control voltage U ₁ has a spasmodic shape (figure 5, a bold line). Therefore, the movable core of the electromagnet 6, together with the wheel-liner 3, accelerates and passes the stopping point a and, by inertia, moves further to the point b, and then returns to point c, making oscillatory movements, as shown in curve L of figure 5. The time to establish the stationary state t _{1 is} great.

В предлагаемом устройстве сигнал управления U₂ имеет колебательно-затухающую форму (фиг.6). Причем в момент подхода руля-подкрылка 3 к установившемуся состоянию в точке b напряжение управления меняет знак на отрицательный в точке с. Поэтому инерционное движение руля-подкрылка 3 замедляется. Точка b и точка с имеют противоположные полярности. Поэтому движение руля-подкрылка 3 будет проходить по траектории, показанной на фиг.7. Время t₂ движения руля подкрылка 3 будет минимальным.In the proposed device, the control signal U ₂ has an oscillating-damped shape (Fig.6). Moreover, at the moment of approach of the steering wheel-liner 3 to the steady state at point b, the control voltage changes sign to negative at point c. Therefore, the inertial movement of the steering wheel-fender 3 is slowed down. Point b and point c have opposite polarities. Therefore, the movement of the steering wheel-Locker 3 will follow the path shown in Fig.7. The time t ₂ of the steering wheel of the fender wheel 3 will be minimal.

Следовательно, сигнал управления специальной формы выполняет роль демпфирующего устройства, предотвращая рыскающие движения ракеты, и повышает быстродействие установления ракеты на требуемый курс.Consequently, the control signal of a special form acts as a damping device, preventing missile yawing movements, and increases the speed of rocket placement at the desired rate.

При незначительном отклонении ракеты от цели на аналого-импульсный преобразователь 11 от фотоэлектронного умножителя 2 поступает небольшой величины напряжение. Поэтому с аналого-импульсного преобразователя 11 снимаются импульсы небольшой частоты F (фиг.4, внизу) и сигнал управления будет иметь апериодический режим. Такой сигнал плавно установит ракету на требуемый курс.With a slight deviation of the rocket from the target, a small value of voltage is supplied to the analog-pulse converter 11 from the photoelectronic multiplier 2. Therefore, pulses of a small frequency F (Fig. 4, below) are removed from the analog-pulse converter 11 and the control signal will have an aperiodic mode. Such a signal will smoothly set the rocket to the desired course.

Таким образом, при небольшом отклонении ракеты от цели сигнал управления имеет апериодическую форму, а при больших отклонениях ракеты от цели во время резкого противоракетного маневра цели сигнал управления имеет колебательно-затухающую форму, что способствует быстрому повороту ракеты. В результате ракета быстро ляжет на требуемый курс и настигнет цель.Thus, with a small deviation of the missile from the target, the control signal has an aperiodic shape, and with large deviations of the missile from the target during a sharp anti-missile maneuver of the target, the control signal has an oscillating-decaying shape, which contributes to the rapid turn of the missile. As a result, the rocket will quickly fall to the desired course and reach the target.

Claims

A homing missile, comprising a housing connected to four return springs, each of which is connected to its corresponding wheel-wing liner, a main engine, four feather tail stabilizers, an onboard power supply, four control channels, each of which contains a photomultiplier connected to the arm of an electric a bridge, the output of which is connected to the input of a DC amplifier, the output of which is connected to an intermediate relay, an electromagnet, the movable core of which is connected to the steering wheel lkom, and each control channel contains a night vision device for a photomultiplier tube and a viewing limiter for a photomultiplier tube, characterized in that an analog-pulse converter and a control unit consisting of an adder, a three-link integrating device, an inverter are introduced into each control channel, and the output a DC amplifier is connected to the input of an analog-pulse converter, the output of which is connected through one of the input to a normally open contact of the intermediate relay dov adder, the output of which through a three-link integrating device is connected to an electromagnet and through an inverter - with the second input of the adder.