Модельное обеспечение видеорегистрации внешнетраекторных параметров боеприпасов при проведении полигонных испытаний Текст научной статьи по специальности «Физика»

Kurchanov Maxim Vladimirovich, postgraduate, maxkurchanov@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University

Morozov Viktor Viktorovich, candidate of technical science, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University

Fomicheva Olga Anatolevna, candidate of technical science, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University

УДК 623.4

МОДЕЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИДЕОРЕГИСТРАЦИИ ВНЕШНЕТРАЕКТОРНЫХ ПАРАМЕТРОВ БОЕПРИПАСОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ПОЛИГОННЫХ ИСПЫТАНИЙ

В. Л. Баранов, А.Г. Колганов, А.Е. Чванов, А.П. Чупахин

Представлено математическое описание работы приводов видеоаппаратуры видеорегистрации внешнетраекторных параметров боеприпасов при проведении полигонных испытаний.

Ключевые слова: камера, привод, траектория.

Современные артиллерийские боеприпасы, например, подкалибер-ные бронебойные снаряды, снаряды, боевые части и мины специального назначения с выбросом снаряжения на траектории и др., при их отработке с целью постановки на вооружение или с целью модернизации требуют разнообразного экспериментального сопровождения на этапе полигонных испытаний.

Одним из компонентов внешнебаллистических испытаний на полигоне является визуальное сопровождение боеприпаса на известном априори участке траектории с помощью высокоскоростных оптических устройств. Скорость движения боеприпаса высока, поэтому процесс его видеорегистрации очень динамичен и кратковременен. Оптическое сопровождение боеприпаса реализуется с помощью двух приводов, входящих в состав прибора: один привод осуществляет поворот видеокамеры в горизонтальной плоскости xoy, второй - в вертикальной плоскостиyoz (рис. 1).

При этом оба привода работают в едином реальном времени, связанном с временем движения регистрируемого боеприпаса, а оптическая ось объектива видеокамеры должна сопровождать боеприпас как материальную точку.

г

х

У

Рис. 1. Геометрическая увязка камеры к мгновенному положению боеприпаса

Из сказанного следует, что горизонтальный и вертикальный приводы видеокамеры, работающие параллельно в реальном времени, должны обеспечивать её вращательное движение в двух плоскостях по заранее известным законам, структура и вид которых зависят от координат расположения камеры относительно точки выстрела и плоскости стрельбы (параметры а=Хк, Ь=ук и е=1к на рисунке 1) и от кинематики движения боеприпаса по траектории (то есть перед началом проведения эксперимента должны быть известны уравнения траектории боеприпаса в параметрической форме х=х(0 и 2=г(?), где ? - реальное время от момента выстрела; здесь и далее предполагается, что траектория боеприпаса - плоская линия, то есть ¿(0=0).

Если приводы видеокамеры будут работать по отличным от искомых законам, боеприпас при проведении эксперимента будет "потерян" объективом, регистрации нужных внешнебаллистических параметров не произойдёт, при этом неоправданно и значительно увеличатся материальные и временные затраты. Поэтому корректное определение законов вращательного движения видеокамеры, обеспечивающих визуальное сопровождение боеприпаса в каждом конкретном случае, актуальная задача.

На рис. 1 отрезок КМ соответствует мгновенному текущему положению в пространстве оптической оси объектива видеокамеры. На рис. 2 показаны мгновенные значения углов поворота видеокамеры а=а(?) и в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно.

Из рис.2 следует

хм (*) - а

) = аг^-

Ь

(1)

№) = аг^ () С , (2)

ТОчЬ2

где Хм^) и 2^?) - текущие координаты боеприпаса при его движении по траектории в момент времени I, причем I е [¿(£0); ^Ьо+Ь)]; Ь0, Ь - параметры, определяющие исследуемый в эксперименте участок траектории (рис.1); а, Ь, с - координаты точки расположения камеры относительно точки стрельбы.

Рис. 2. Схема определения углов горизонтальной и вертикальной

наводки камеры

Функции х^) и гм() описывают опорную расчетную траекторию боеприпаса в параметрической форме и определяются из решения задачи внешней баллистики.

Угловые скорости вращения камеры в горизонтальной и вертикальной плоскостях определяются дифференцированием выражений (1) и (2) по времени:

•МО=--Ь-(3)

Ь2 + (Хм (I) - а)2 I

2 2

• (|) = уа +Ь (|) (4)

•В (|) = ~2-2-2--л— . (4)

а2 + Ь2 + (2м (I) - с)2 Л

Аналогичным образом определяются угловые ускорения камеры: 2

(Ь2 + (Хм (I) - а) - 2(Хм (I) - а)(^^)2

ба(0 = Ь -2----, (5)

(Ь2 + (Хм (I) - а)2)2

;р (t) = 1

a2 + b2

2

^^ (a2 + b2 + ( m (t) - c) - 2( zM (t) - c)( ^)

dt*

dt

(a2 + b2 + (zM (t) - c)2)2

• (6)

При проектировании приводов камеры иногда полезно иметь зависимости угловых скоростей и угловых ускорений как функции соответствующих углов поворота. Если выражения xM(t) и zM(t) априори заданы аналитически не вызывает принципиальных затруднений. Если же они заданы графически или таблично (то есть численно), то и в этом случае нетрудно получить искомые функции, но также только графически ил таблично.

Таким образом, получены общие соотношения (1)-(6), позволяющие формализировать подготовительную оценочную работу при проектировании и отработке приводов оптического сопровождения боеприпаса на траектории.

Ниже приводятся соответствующие зависимости применительно к случаю движения боеприпаса в рамках параболической теории, когда не учитываются силы аэродинамического сопротивления:

Vot cos jo - a

a(t) = arctg-

b

P(t) = arctg ®a (t) =-

Vot sin jo

gt

2

2

b

Vocos jo

Ю

p (t)=

b(1 + (Votcos jo -a)2) b

Vosin jo - gt

b(1 + (-

Vot sin jo

gt

(1 a)

(2 a) (3 a)

(4 a)

2

■ c

b

-)2)

£a (t) = -

2 Vo cos jo (Vot cos jo - a)

2 л + Vot cos jo - ^2\2 '

(5 a)

b* (1+(

^p (t)=

g b

(Vot-

gt2

(1 +

2

c)2

bx

) - 2-

b

(Vot-

))

gt

2

b

c)2(Vo - gt)

1

2

(Vot-

gt

(6 a)

(1 +

2

c)2

b

2

)

2

где ¥0 - начальная скорость боеприпаса; ф0 - угол бросания; g - ускорение свободного падения.

c

В этом случае переход от времени к углам поворота камеры также позволяет получить аналитические выражения для соответствующих угловых скоростей:

= VQCOSj0-COS2 «,

b

Vo sin jo ± д/Vp sin jo - 2g(c + btgb) • cos2 b

®p(e)=-2b-' (8)

Таким образом, получены общие соотношения, позволяющие фор-мализировать подготовительную оценочную работу при проектировании и отработке приводов оптического сопровождения боеприпаса на траектории на этапе проведения полигонных испытаний, а также представлен вариант их практической реализации на примере определения кинематических параметров видеокамеры для параболической опорной траектории боеприпа-са.

Баранов Виктор Леопольдович, д-р техн. наук, проф., ivts.tulaarambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Колганов Александр Геннадьевич, магистрант, ivts. tulaarambler. ru , Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Чванов Александр Евгеньевич, канд. техн. наук, нач. НОЦ ФКП НТИИМ, ntiima mail.ru, Россия, Нижний Тагил, Федеральное казенное предприятие «Нижнетагильский институт испытания металлов»,

Чупахин Антон Петрович, инженер, ntiima mail.ru, Россия, Нижний Тагил, Федеральное казенное предприятие «Нижнетагильский институт испытания металлов»

MODELING SOFTWARE OF VIDEOREGISTRA TION OF TRAJECTORY OPTIONS OF AMMUNITION ON POLYGON TEST

V.L. Baranov, A.G. Kolganov, A.E. Chvanov, A.P. Chupahin

A mathematical description of drive video equipment vovk fon registration out options of ammunition on polygon test is presented.

Key words: videocamera, drive, trajectory.

Baranov Victor Leopoldovich, doctor of technical sciences, professor, ivts. tulaa rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Kolganov Alexandr Gennadievich, magistrant, ivts. tulaarambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Chvanov Alexandr Evgenievich, candidate of technical sciences, chef of NOC, ntiim a mail.ru, Russia, Nizhny Tagil, Metal Test Institute,

Chupahin Anton Petrovich, engineer, ntiima mail.ru, Russia, Nizhny Tagil, Metal Test Institute