книги из ГПНТБ / Вулконский Б.М. Основы теории радиолокационных устройств самонаведения ракет учебник

ВОЕННО-МОРСКОЙ ФЛОТ

Б. м. вулконский

ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ САМОНАВЕДЕНИЯ РАКЕТ

Утвержден заместителем Главнокомандующего ВМФ в качестве учебника

1 р 6 8

П Р Е Д И С Л О В И Е

Системы самонаведения в настоящее время занимают одно из ведущих мест в ракетном приборостроении, а вопросы теории и проектирования таких систем сложились в самостоятельную инже­ нерную дисциплину. Эта дисциплина базируется на динамике по­ лета, теории управления, теории автоматического регулирования, теории радиотехники, радиолокации, инфракрасной техники и др. Специфика ее состоит в прикладной направленности.

За последние годы как у нас, так и за рубежом появилось большое число книг, брошюр и статей, посвященных вопросам тео­ рии и практики систем самонаведения ракет, и в частности радио­ локационных систем самонаведения.

В настоящей книге сделана попытка обобщения и систематиза­ ции материалов этих работ в учебно-методических целях. Наряду с этим в книгу включен ряд общетеоретических проработок, вы­ полненных автором.

Учебник должен дать читателю представление об общих прин­ ципах построения систем самонаведения и специфике радиолока­ ционных систем, физических основах и принципах построения ра­ диолокационных устройств самонаведения и их составных элемен­ тов. Основное внимание уделяется функциональным узлам уст­ ройства.

Наличие в радиолокационном устройстве самонаведения двух замкнутых контуров сопровождения цели по направлению и даль­ ности (АСН и АСД) явилосв определяющим для структуры книги. Главное внимание сосредоточивается на контуре АСН и его элемен­ тах, начиная с антенного устройства и кончая следящим приводом антенны. Контуру АСД и его элементам, учитывая вспомогатель­ ную роль, которую он играет в радиолокационных устройствах са­ монаведения, в книге отводится меньше места.

Материал книги рассчитан на читателя, имеющего начальную радиотехническую подготовку и знакомого с основами теории ав­ томатического регулирования. Поэтому при рассмотрении функ­ циональных узлов устройства вопросы электрического расчета це­ пей опущены и основное внимание направлено на динамические свойства отдельных узлов и элементов. По этой же причине в книгу не включены вопросы анализа замкнутых контуров АСН и АСД радиолокационных устройств самонаведения.

3

Г л а в а 1

САМОНАВЕДЕНИЕ РАКЕТ

§ 1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Самонаведением называется такой способ управления, при ко­ тором бортовая система управления получает всю информацию, необходимую для наведения ракеты, непосредственно от цели. Комплекс приборов, обеспечивающий самонаведение ракеты, назы­ вается системой самонаведения.

Задачей системы самонаведения является удержание ракеты на заданной траектории сближения ее с целью. Для этого в системе используется определенный метод наведения.

Метод наведения есть решение кинематической задачи сбли­ жения центров масс ракеты и цели при заданных начальных и гра­ ничных условиях. При. самонаведении метод устанавливает связь требуемого направления вектора скорости ракеты с текущим на­ правлением линии «ракета—цель» и тенденцией ее углового пере­ мещения.

Система самонаведения определяет требуемое и фактическое направления вектора скорости ракеты и, воздействуя на рулевые органы ракеты, устраняет угловое рассогласование между ними.

Требуемое направление вектора скорости связано с направле­ нием линии «ракета—цель» условиями метода наведения. Поэтому, если определено положение этой линии в выбранной системе коор­ динат, то тем самым определено и требуемое направление вектора скорости ракеты.

Информация о положении цели относительно ракеты восприни­ мается чувствительным элементом системы самонаведения, кото­ рый называется координатором цели. Координатор преобразует угловые отклонения цели от его оси (оси визирования) в электриче­ ские сигналы коррекции, пропорциональные этим отклонениям. Сигналы коррекции используются для непрерывного совмещения оси визирования координатора с направлением на цель. Таким об­ разом, в системе самонаведения ось визирования координатора яв­ ляется физическим аналогом линии «ракета—цель». От нее и ве­ дется отсчет требуемого направления вектора скорости ракеты.

5

Осуществляя автоматическое слежение за целью, система само­ наведения корректирует требуемое направление вектора. В каждый момент времени это направление определяется однозначно в соот­

ветствии с выбранным методом наведения.

Фактическое направление вектора скорости ракеты в системе самонаведения может определяться непосредственно, при помощи специальных измерителей, или косвенно. Это зависит от принятого метода наведения. Но всегда оно должно определяться в той же системе координат, в которой определено требуемое направление.

Если в некоторый момент времени фактическое направление вектора скорости ракеты точно совпадало с требуемым, а в после­ дующий относительное положение ракеты и цели по каким-то при­ чинам изменилось, то в общем случае процесс исправления траек­ тории ракеты, или процесс самонаведения, можно разбить условно на два этапа.

Первый этап — совмещение оси визирования координатора с новым направлением на цель по сигналам коррекции координа­ тора и выработка командных сигналов в контур управления ракет­ ой, соответствующих рассогласованию фактического направления вектора скорости ракеты с новым требуемым направлением. •

Второй этап — изменение направления вектора скорости ракеты в соответствии с управляющими сигналами, сформированными из командных сигналов и сигналов других датчиков системы самона­ ведения.

Такая последовательность работы системы требует подвижной установки координатора внутри корпуса ракеты. Координатор дол- -жен иметь собственный следящий привод. Специальные датчики командных сигналов, связанные с координатором, должны регист­ рировать угловые рассогласования между требуемым и фактиче­ ским направлениями вектора скорости ракеты.

В частных случаях, для некоторых методов наведения, процесс самонаведения может упрощаться. Ось визирования координатора может совмещаться с линией «ракета—цель» за счет поворота са­ мой ракеты. Координатор в этих случаях устанавливается внутри корпуса ракеты жестко и обычно так, чтобы его ось совпадала с продольной осью ракеты. Сигналы коррекции с выхода координа­ тора используются непосредственно в контуре управления ракетой в качестве командных. То есть на координатор возлагаются прямые функции датчика командных сигналов.

Группа приборов системы самонаведения, участвующих в при­ еме и преобразовании информации от цели, включая выработку командных сигналов в контур управления ракетой, называется уст­ ройством самонаведения (чаще — головкой самонаведения).

В зависимости от вида энергии, которая используется коорди­ натором, устройства самонаведения делятся на радиотехнические, или радиолокационные, тепловые, оптические и др. В ракетном

6

приборостроении наиболее широкое применение нашли радиоло­ кационные устройства. Они обладают наибольшей дальностью действия, автономностью и наименее подвержены влиянию внеш­

них условий.

Устройство самонаведения в простейшем виде может состоять только из координатора. В более общем случае, кроме координа­ тора, в его состав входят: следящий привод подвижного узла ко­ ординатора, датчики командных сигналов и ряд вспомогательных элементов и механизмов.

Структурная схема системы самонаведения в целом зависит от выбранного метода наведения. Определяющим при выборе метода наведения является вид траектории метода.

Траекторией метода называется траектория сближения центров масс ракеты и цели при идеальном выполнении условий метода. Каждый метод наведения имеет свое семейство траекторий. В об­ щем случае это кривые с различной кривизной и разным характе­ ром изменения кривизны. Поэтому при выборе метода следует учи­ тывать возможность выполнения ракетой (по допустимым перегруз­ кам) траектории метода, протяженность этой траектории от нача­ ла самонаведения до точки встречи, ошибки и др. Но не только ме­ тод наведения определяет состав структурной схемы системы само­ наведения.

Даже при самом удачном выборе метода наведения обеспечить точное выполнение ракетой траектории метода не удается, прежде всего из-за погрешности в законе управления рулевыми органами ^ракеты. Закон управления рулями устанавливается в результате динамического исследования процесса самонаведения с учетом

инерционности ракеты и системы управления. Во всех случаях этот закон дает лишь ту или иную степень приближения динамической траектории к траектории метода. Чем лучше приближение, тем сложнее закон и тем больше дополнительных элементов для его формирования потребуется ввести в структурную схему системы самонаведения.

Но в действительности ракета не может выполнить и динами­ ческой траектории, так как в полете на систему самонаведения действуют различные внешние возмущения и сама система имеет приборные ошибки. Стремление уменьшить влияние этих факторов приводит к дополнительным изменениям в структурной схеме системы.

Таким образом, состав структурной схемы системы самонаведе­ ния, наряду с подчинением задаче обеспечения выбранного метода наведения, подчинен задаче сближения фактической траектории ракеты с траекторией метода. Чем совершеннее структурная схема системы, тем меньше отличие фактической траектории от траекто­ рии метода и, следовательно, выше качество самонаведения.

7

§ 2. МЕТОДЫ НАВЕДЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ САМОНАВЕДЕНИИ

Для самонаведения ракет могут использоваться все двухточеч­ ные методы наведения. К двухточечным, как известно, относятся методы, определяющие взаимное движение двух точек (ракета и цель). Поэтому если оставить без внимания тот случай, когда на ракету каким-то способом извне передается непрерывная информа­ ция о положении линии «ракета—цель», то правильное было бы ска­ зать, что двухточечные методы предназначены специально для са­ монаведения.

Все известные двухточечные методы по характеру связи требуе­ мого направления вектора скорости ракеты с линией «ракета— цель» можно разделить на две группы:

1) методы с фиксированным положением требуемого направле­ ния вектора скорости относительно линии «ракета—цель»;

2) Методы с изменяющимся положением требуемого направле­ ния вектора скорости относительно линии «ракета—цель».

В методах первой группы в течение всего периода самонаведе­ ния независимо от взаимного положения ракеты и цели требуемое направление вектора скорости ракеты относительно линии «раке­ та—цель» остается неизменным. Оно либо совпадает с этой линией, либо составляет с ней некоторый угол (угол упреждения).

В методах второй группы угол упреждения между требуемым направлением вектора скорости ракеты и линией «ракета—цель» может "меняться с учетом текущего относительного положения и перемещения ракеты и цели.

К первой группе относятся:

а) метод погони (метод нулевого упреждения); б) метод постоянного упреждения.

Ко второй группе относятся:

а) метод параллельного сближения; б) метод пропорционального сближения.

Перечисленные методы наведения подробно исследованы и описаны в литературе [1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]. Поэтому остановимся лишь на их главных особенностях с целью выяснения условий при­ менимости и специфики, вносимой каждым из них в структурную схему системы самонаведения. ,

Прежде всего запишем систему уравнений движения ракеты и цели в общем случае. Уравнения движения при различных методах наведения будут получены из общих как частные случаи при опре­

8