CC BY
608
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ И КОМПЛЕКСОВ
УДК 62-833:623
А.Д. Елисеев, ведущий инж.-исследователь, (49232) 9-02-53, mail @vniisignal. ru (Россия, Ковров, ОАО «ВНИИ «Сигнал»)
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННЫХ СТАБИЛИЗАТОРОВ ТАНКОВОГО ВООРУЖЕНИЯ
Рассматриваются основные тенденции развития современных стабилизаторов танкового вооружения. Показано, что повышение огневой мощи и защищенности танка обусловлено внедрением в стабилизаторы вооружения электрических приводов с полупроводниковыми усилителями мощности со звеном повышенного напряжения.
Ключевые слова: стабилизаторы вооружения, электропривод, преобразовательная техника, системы управления огнем танков.
Одной из тенденций развития систем управления огнем современных танков является создание более эффективного стабилизатора вооружения с высокими точностными параметрами, что способствует повышению огневой мощи танка и живучести системы "экипаж-машина". В этой связи анализ развития современных стабилизаторов танкового вооружения (СТВ) является актуальной задачей.
До середины 90-x гг. наведение в горизонтальной плоскости большинства зарубежных танков осуществлялось с помощью гидропривода, что было обусловлено, в частности, способностью последнего удерживать большие несбалансированные нагрузки и работать в качестве тормоза в отличие от электроприводов. Гидроприводы с золотниковыми распределителями с гидроаккумулятором как источником постоянного давления применены на танках M1/M1A1/M1A2 Abrams, Mercava Mk1, Mk2. На танке М1 Abrams использована система нагнетания давления с помощью основного двигателя, которая легче и экономичней электрогидравлической, но требует "гидравлического ВКУ" для связи гидросистем корпуса и башни. На танке Leopard 2 применен электрогидравлический стабилизатор вооружения WNA-H22, исполнительным двигателем привода башни которого является гидромотор [1]. В приводе горизонтального наведения отечественных стабилизаторов типа 2Э28, 2Э26 также применен гидромотор большого момента [2]. В отличие от зарубежных танков башни отечественных танков имеют значительный момент неуравновешенности, что усложняют задачу стабилизации. Технические характеристики гидравлических стабилизаторов танкового вооружения приведены в таблице.
Основные характеристики современных стабилизаторов танкового вооружения в горизонтальной плоскости
Характеристики привода 2Э28М1 2Э26М2 2Э42-23 М1А2 Abrams Leopard 2А5 Mercava МкЗ6 Leclerc6 ETGS (Elbit) EPS-72 (EADS)
Тип привода ЭГ ЭМ ЭГ ЭП
Ошибка стабилизации, мрад4 0.7...1.6 0.75 0.6 0.45 0.45 0.5-1.0 0.1-0.2 0.5-1.0 0.2..0.47'
Минимальная скорость наведения, °/с 0.07 0.05 0.07 н/д н/д 0.022 0.006 0.022 0.022
Максимальная скорость, °/с 18 18-24 18 428 4P 36 46 36 36
Максимальное ускорение, °/с 29 н/д н/д н/д н/д н/д 42 58 40
Время переброса на 180°, с 10.8 н/д н/д н/д н/д н/д 4.5-5 н/д 7
1 2 3
Примечание: - по данным разработчиков EPS-72; - [14]; - СТВ 2Э42-2 с такими характеристиками устанавливается в настоящее время на модернизированных танках Т-72БА [15]; 4 - среднеквадратичное значение; 5 - [16]; 6 - [8]; 7 - [1]; 8 - пере-бросочная скорость с помощью рукояток пульта составляет 22.5°/с [17]; 9 - в зависимости от положения вооружения и трассы; ЭП - электрический привод с полупроводниковым усилителем мощности; ЭГ - электрогидравлический привод; ЭМ - электрический привод с электромашинным усилителем мощности; н/д - нет данных.
В настоящее время возросшие требования к огневой мощи и защищенности основных танков повлекли за собой увеличение масс пушки и башни и, как следствие, увеличение мощности силовых приводов. Это вынудило разработчиков при модернизации отказаться от электрогидравлических приводов на танках Leopard 2A5/6, Mercava Mk-3 в пользу электромеханических с полупроводниковыми усилителями или устанавливать вспомогательные силовые установки (программа "Блок-2" на танке М1А1Н1 Abrams). Для танка М1 Abrams по программе модернизации "Блок-3" был разработан опытный образец электромеханического стабилизатора основного вооружения.
Серьезным недостатком гидроприводов является возможность возгорания масла в результате повреждения гидросистемы. Масло с высокой температурой и под высоким давлением представляет угрозу для экипажа. Дополнительной причиной отказа от гидравлического и электромашинного типов приводов послужили трудности в реализации режима "тихого наблюдения" ("молчания") вследствие низкого КПД (40... 65 % для гидропривода и 30.55 % для электромашинного привода). В то же время электрический привод обеспечивает работу СТВ в режиме "тихого наблюдения" значительно дольше гидравлического, что объясняется высоким КПД привода, составляющим более 80 % [3].
Перейдем к анализу современных электрических приводов СТВ.
В стабилизаторе 2Э42, поступившем на танке Т-72Б в 1984 г. в серийное производство [4], применен электромашинный привод горизонтального наведения (ГН) на базе ЭМУ-12 ПМБ и малоинерционного элек-
тродвигателя постоянного тока ЭДМ-16У с возбуждением от постоянных магнитов высокой энергии.
В настоящее время электромашинный привод ГН СТВ 2Э42, которым оснащены современные отечественные танки Т-72Б, Т-80У и Т-90, морально устарел, имеет сравнительно большие массу и энергопотребление, ограниченный ресурс. В приводе отсутствует резерв на повышение максимальных скоростей отработки и точности стабилизации [5].
Программа модернизации танка Leopard 2 предусматривала усиление брони на танке, что привело к увеличению массы танка Leopard 2А5 до 62 т (масса танка 2К 50 т, 2А4 55 т), причем большая часть дополнительной массы приходится на башню. Мощности электрогидравлических приводов башен танков Leopard 2 не хватало, их заменили полностью электрическими. Двухплоскостной стабилизатор GTdrive танка Leopard 2 фирмы «ESW» («Extel Systems Wedel», Германия) модификаций 92 BL для танка 2А5 и 95BL для танка 2А6, оснащенного 140-мм гладкоствольной пушкой (масса башен соответственно 19 и 21 т), содержит полупроводниковые усилители мощности ВН и ГН, установленные при модернизации на месте бака с рабочей жидкостью и гидроаккумулятора, и бесщеточные электродвигатели с постоянными магнитами [6].
Фирмой «Elbit» (Израиль) разработана для танка Merkava Mk 3 модульная система наведения и стабилизации пушки и башни (Electric Gun and Turret Drive Stabilisation System), содержащая электрические двигатели и усилители мощности [7,8]. В танке Merkava Mk-4 также используется электрическая система стабилизации пушки EGTDSS, привод ГН которой имеет два бесколлекторных двигателя. В двухдвигательном приводе увеличивается быстродействие за счет уменьшения момента инерции, выбирается зазор в механической передаче, легче осуществлять компоновку. Вместе с тем в таком приводе существует возможность развития противофазных недемпфируемых электроприводом колебаний, что нарушает равномерность распределения нагрузки как в переходных, так и в установившихся режимах, тем самым во многих случаях лишает последовательное соединение двигателей его главного преимущества [9,10]. Наиболее благоприятными динамическими качествами обладает электропривод с питанием каждого двигателя от индивидуального управляемого преобразователя, что и реализовано в системе EGTDSS.
Приводы наведения системы стабилизации фирмы «BAE Systems» (Великобритания) танка Challenger 2 выполнены на базе коллекторных двигателей постоянного тока и полупроводниковых конверторов напряжения и усилителей мощности. Ранее на танке Challenger устанавливался электромашинный привод.
Стабилизатор вооружения танка Leclerc (башня массой 19 т) фирмы «Matra Défense Equipements & Systèmes» (Франция) содержит повышающий конвертор напряжения, усилитель мощности и аккумулятор (конден-
саторный накопитель), энергия которого используется для увеличения быстродействия приводов при перебросах орудия на большие углы, а также для наведения пушки на цель при неработающем двигателе танка [11].
Подразделениями фирмы «Textron» (США) к 2001г. были разработаны и успешно испытаны опытные образцы электромеханических приводов для танка М1А1. Разработанная для вооружения калибром 20...155 мм электромеханическая система стабилизации и наведения (Ebctro-mechanical weapon turret drive and stabilization system) содержит конвертор напряжения бортсети 28 В для электродвигателей с рабочим напряжением 270 В и диапазоном мощностей 1.25.10 кВт, электропривод с выбранным люфтом на базе бесколлекторного двигателя, способного давать наводоч-ную скорость до 20 °/с, ускорением до 21°/с2, точностью стабилизации в горизонтальной плоскости 0,75 мрад [12].
Таким образом, в современных электрических приводах СТВ зарубежных танков используются как коллекторные, так и бесколлекторные двигатели. Проявляется тенденция использования звена повышенного напряжения, в отдельных случаях с дополнительным аккумулятором.
В настоящее время зарубежными разработчиками предлагается модернизация СТВ существующей бронетанковой техники, произведенной в большом количестве в СССР или по лицензии в зарубежных странах.
Разработанные фирмой «HR Textron» (США) электрогидравлические (с гидроаккумулятором) СТВ Weapon/Turret Stabilisation Systems (WTSS) предлагаются для модернизации танков Т-55 и Т-72 [8] (см. таблицу). Фирма Elbit (Израиль) предлагает для модернизации танков Т-72 модульную систему наведения стабилизации пушки и башни (Electric Gun and Turret Drive Stabilisation system - ETGS), на базе разработанной для танка Mercava Mk3. ETGS выпускается как с коллекторными двигателями постоянного тока, так и бесщеточными двигателями, на напряжение питания 24, 115 и 270 В, содержит в своем составе полупроводниковые усилители мощности [8].
Европейским концерном «EADS» предлагается полностью электрическая система наведения и стабилизации основного вооружения EPS-72 (см. таблицу), построенная на принципах, опробованных в СТВ танка Leclerc. Система EPS-72 внедрена, например, на танке РТ-91М "Twardy" (Польша), созданном на базе Т-72 [13].
В стабилизаторе EPS-72 (рис. 1) применен дополнительный аккумулятор повышенного напряжения (270 В), который запасает рекуперативную энергию привода и расходует её в момент пиковых нагрузок. По оценкам разработчиков, до 60 % энергии аккумулятор получает в виде возвращаемой кинетической энергии башни с пушкой. Таким образом, пиковая кратковременная мощность повышающего преобразователя может быть значительно снижена по сравнению с потребляемой без аккумуляторов. Вместе с тем, для получения заявленной точности стабилизации
БР8-72 необходима замена редуктора привода ГН, включая погон, на более точный и жесткий.
Рис. 1. Привод горизонтального наведения стабилизатора ЕР8-72
ОАО «ВНИИ «Сигнал» в ходе ОКР «С-88» и ОКР «Бурлак» решена задача внедрения в плоскости горизонтального наведения СТВ (рис. 2) быстродействующего электромеханического привода с полупроводниковым усилителем мощности (статическим преобразователем) взамен устаревших электромашинных и электрогидравлических приводов стабилизаторов типа 2Э42, 2Э26, 2Э28. В настоящее время ОАО «ВНИИ «Сигнал» разрабатывает двухплоскостной электрический стабилизатор на базе вентильного привода, не уступающий по основным техническим характеристикам -точности стабилизации и максимальной угловой скорости - современным зарубежным СТВ.
Рис. 2. Приборный состав стабилизатора 2Э58У (плоскость ГН)
Выводы
1. Одной из тенденций развития систем управления огнем современных танков является создание более эффективного стабилизатора вооружения с высокими точностными параметрами.
2. Повышение защищенности танка, увеличение бронирования башни, калибра основного вооружения приводит к увеличению мощности силовых приводов современных танков. Последнему способствует также стремление сократить время наведения на цель.
3. Программы модернизации современных зарубежных танков включают в себя замену электромашинного и электрогидравлического приводов на приводы с полупроводниковым усилителем мощности с коллекторным или бесколлекторным двигателем. Наиболее перспективными для применения в СТВ являются электроприводы со звеном повышенного напряжения.
Список литературы
1. Никольский М.В., Растопшин М.М. Танки «Леопард» (ФРГ). М.: Виктория, 1998. 48 с.
2. Стабилизаторы танкового вооружения 2Э28М (2Э28М-2). Техническое описание / Министерство обороны СССР. М.: Воениздат, 1979. 140 с.
3. Ogorkievich R.M. Technology of tanks. Jane's Information Group, 1991. 424 p.
4. Устьянцев С.В., Колмаков Д.Г. Боевые машины Уралвагонзавода. Танк Т-72. М.: Медиа-Принт, 2004. 198 с.
5. Пути и перспективы совершенствования стабилизаторов танкового вооружения / В.В.Козырев [и др.] // Оборонная техника. 2005. № 2-3. С.65-71.
6. www.army-technology.com/contractors/turrets/esw/, www.esw-wedel.de
7. Samuel M. Katz. Merkava Main Battle Tank 1977-1996. Osprey.1997.
49 p.
8. Jane's Armour and Artillery Upgrades, 2001-2002.
9. Ключев В.И. Ограничение динамических нагрузок электропривода. М.: Энергия, 1971. 320 с.
10. Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода: учебник для вузов. СПб.: Энергоатомиздат, 1994. 496 с.
11. Jane's Armour and Artillery, 2002.
12. www.systems.textron.com.
13. Встреча с представителями компании «РОСОБОРОНЭКСПОР»: материалы презентации фирмы «EADS». 2006. 67 с.
14. Танк Т-80Б. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Книга первая. М.: Воениздат, 1984. 52 с.
15. Хлопотов А. Танк Т-72БА: Посредственная модернизация или модернизация по средствам? // Техника и вооружение. 2009. № 10. С.17-31.
16. Литвиненко В. Системы управления огнем танков (состояние и перспективы развития) // Зарубежное военное обозрение. 1990. №4. С.28-32.
17. Спасибухов Ю. М1 АБРАМС - основной боевой танк США. М.: Техника-Молодежи, 2000. 64 с.
A.D. Eliseev
DEVELOPMENT MAIN TRENDS OF MODERN TANK WEAPONS STABILIZERS Development main trends of modern tank weapons stabilizers are considered. It is shown that the tank firepower and immunity increase is due to the implementation of electrical drives equipped with solid-state power amplifiers with overvoltage section in weapons stabilizers.
Key words: weapons stabilizers, electrical drive, transforming technology, tank fire control systems.
Получено 17.10.12
УДК 004.896
Д.А. Варабин, инженер-исследователь, (49232)9-03-16, [email protected] (Россия, Ковров, ОАО «ВНИИ «Сигнал»)
ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС С ВОЗМОЖНОСТЬЮ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕЖИМА ДВИЖЕНИЯ
Предложен вариант программно-аппаратного робототехнического комплекса, способного двигаться как в ручном, так и в автоматическом режиме. Представлена концепция построения робототехнического комплекса, обобщенная структурная схема предлагаемого решения и его преимущества.
Ключевые слова: робототехническая платформа, программно-аппаратный комплекс, автомобиль-робот.
Цель - создание универсальной робототехнической платформы (программно-аппаратного комплекса), способной двигаться в ручном и автоматическом режимах. Задачи:
- исследование существующих решений;
- разработка концепции универсальной робототехнической платформы;
- создание структурной схемы предлагаемого решения. Существующие решения:
беспилотные автомобили от мировых фирм:
- TTS Pikes Peak - спорткар-робот фирмы «Ауди» (Германия);
- автомобиль-робот, разрабатываемый «Гугл» (США);
