СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И НАВЕДЕНИЯ КРЫЛАТЫХ РАКЕТ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОТИВОДЕЙСТВИЯ ИМ

Материалы по ракете Фау-2

1. Ракета Фау-2 подробнее
2. Устройство ракеты Фау-2 подробнее
3. Боевой отсек ракеты Фау-2 подробнее
4. Топливный и хвостовой отсеки ракеты Фау-2 подробнее
5. Система управления ракеты Фау-2
6. Список пусков ракет Фау-2 подробнее
7. Список немецких ракет Фау-2 по номерам подробнее
8. Таблица испытаний (versuch) немецких баллистических ракет Фау-2 подробнее

Система управления ракетой Фау-2 состоит из трех основных приборов: гирогоризонта, гировертиканта и интегратора осевых перегрузок. Исполнительными органами являются рулевые машинки и газовые рули.

Блок-схема системы управления ракетой Фау-2

Гирогоризонт

Гирогоризонт предназначен для стабилизации ракеты по углу тангажа. Он же задает ракете программу изменения угла тангажа. Гироскоп этого прибора помещен в кардановом подвесе так, что ось ротора горизонтальна и лежит в плоскости стрельбы. Ротор гироскопа является якорем электродвигателя и раскручивается за несколько минут до старта.

После старта, если ось отклонится от вертикали, ось гироскопа останется неподвижной и на потенциометре возникнет сигнал рассогласования, который после преобразования и усиления воздействует на рулевую машину. которая отклонит рули и вернет ракету в первоначальное положение. Сразу же после старта включается програмный механизм, который состоит из шагового электродвигателя, эксцентрика (который, собственно, и задает программу), ленты и шкива. Шаговый двигатель поворачивает эксцентрик, профиль которого соответствует заданной программе изменения тангажа, а он, в свою очередь, поворачивает потенциометр. В результате поворота потенциометра возникает сигнал рассогласования, который воздействует на рули ракеты и поворачивает ракету на заданный угол. Так обеспечивается достижение заданного угла бросания.

Гировертикант

Гировертикант обеспечивает стабилизацию по курсу и крену. Ось ротора расположена перпендикулярно плоскости стрельбы. Поэтому гироскоп оказывается нечувствительным к изменению угла тангажа ракеты. но реагирует на повороты и курсовые отклонения. Сигналы с гировертиканта снимаются с двух потенциометров, которые воздействуют на рули 1 и 2. Перед стартом ракета выставляется так, чтобы плоскость рулей 1 и 2 совпадала с плоскостью стрельбы.

Кроме этих двух приборов, на некоторых ракетах Фау-2 устанавливалась система боковойь радиокоррекции положения плоскости стрельбы. Система боковой радиокоррекции удерживает ракету в равносигнальной зоне, что уменьшает вероятность бокового сноса ракеты. Эта система применялась не всегда, главным образом из-за усложнения всей системы и подверженности радиопомехам.

Особенности инерциально-спутниковых систем

Это перспективный класс интегрированных навигационных систем, которые объединяют преимущества спутниковых источников сигнала и рассматриваемых инерциальных моделей. В отличие от популярных спутниковых систем такие комплексы позволяют дополнительно использовать данные об угловой ориентации и формировать независимые алгоритмы определения местоположения в условиях отсутствующих навигационных сигналов. Получение дополнительных сведений геолокации позволяет технически упрощать модели чувствительных элементов, отказываясь от дорогостоящего оборудования. К достоинствам инерциально-спутниковой навигационной системы относят малый вес, небольшие размеры и упрощенные схемы обработки данных. С другой стороны, нестабильность работы микроэлектромеханических гироскопов обуславливает накопление ошибок в определении данных.

Интегратор осевых перегрузок

Интегратор осевых перегрузок — третий прибор в системе управления. В ракете Фау-2 прменялись интеграторы двух типов — гироскопический и электролитический.

Гироскопический интегратор осевых перегрузок

Гироскопический интегратор осевых перегрузок состоит из гироскопа, ротор которого подвешен в специальной скобе. Перед стартом ось ротора выставляется перпендикулярно продольной оси ракеты. В момент старта скоба освобождается и на неё начинает действовать момент, который возникает от действия силы тяжести и ускорения ракеты. Под действием этого момента гироскоп начинает прецессировать (вращаться) вокруг вертикальной оси. Количество оборотов внешней скобы интегратора пропорционально набранной ракетой скорости. После заданного числа оборотов внешней скобы кулачок на диске дает сигнал на перевод двигателя на восьмитонную тягу. Это позволяет точнее зафиксировать момент отключения двигателя после набора заданной скорости и избежать гидравлических ударов в топливной системе ракеты. После того как необходимая скорость будет достигнута, второй кулачок даст сигнал на остановку двигателя. Данный тип интегратора позволял наводить ракету с погрешностью 4 км на дальности 300 км.

Электролитический интегратор осевых перегрузок

Электролитический интегратор осевых перегрузок применяли в более поздних сериях ракеты Фау-2.

Электролитический интегратор осевых перегрузок состоял из двух основных частей:

1. устройство для получения постоянного тока пропорционально ускорению;
2. электролитический элемент для интегрирования полученного таким образом тока.

Первое устройство состояло из магнитоэлектрического прибора с постоянным магнитом и маятником, прикрепленным к катушке. Этот маятник устанавливают так, чтобы он качался под прямыми улами к оси ракеты, и в этом положении его удерживал против силы ускорения крутящийся противодействующий момент, создаваемый катушкой.

Сила тока в катушке точно регулировалась и была пропорциональна ускорению; для интегрирования тока был применен электролитический элемент с двумя серебрянными электродами, один из которых был покрыт толстым слоем хлористого серебра. Этот электролитический элемент подготавливали к эксплуотации путем сообщения покрытому электроду отрицательного заряда и пропускания через него тока, соответствующего единице ускорния, в течение известного промежутка времени, что вызывало переход некоторого количества хлористого серебра на непокрытый электрод. Затем полюса переключали, и элемент был готов к действию.

Во время полёта недавно осаженное серебро переходило обратно на электрод с толстым покрытием, причем завершение этой операции отмечалось возрастанием электро-движущей силы порядка 1 В, что приводило в действие механизм, прекращающий подачу топлива. Отклонение от цели при применении электролитического элемента считали равным 1,6-2 км.

Следует отметить, что разработанная немецкими специалистами принципиальная схема системы управления долгое время сохранялась неизменной на всех советских и американских ракетах, в том числе и на первой в мире межконтинентальной баллистической ракете Р-7.

Компоненты системы

Обязательными элементами любой инерциальной системы являются блоки чувствительных устройств измерения и вычислительные приборы. Первую категорию элементов представляют гироскопы и акселерометры, а вторую – компьютерная техника, реализующая определенные алгоритмы расчетов. Точность метода в значительной степени зависит от характеристик чувствительных устройств. К примеру, достоверные данные позволяют получить инерциальные навигационные системы только с гироскопами прецизионного типа в связке с акселерометрами. Но в этом случае у технического оснащения отмечается серьезный недостаток в виде высокой сложности электромеханической начинки, не говоря о крупных размерах оборудования.

Радиотехнические устройства управления ракеты Фау-2

Первоначально для определения скорости ракеты предполагали использовать радиотехническое устройстсво, основанное на эффекте Доплера. Но от него отказались из-за слабой помехоустойчивости.

Опыты с управляемыми по радио ракетами велись в Германии с 1933 года. К 1939 году были разработаны радиотелеметрические средства для дистанционного управления, а в 1941 году – впервые применены на ракете Фау-2.

Радиоуправление было необходимо для измерения скорости ракеты, для передачи команд выключения ракетного двигателя, для определения места падения ракеты и для управления полётом ракеты по курсу. Для каждой функции радиоуправления предназначалась отдельная радиолиния (радиотропа), причём все они разрабатывались отдельными частями. Поэтому аппаратура была громоздкой и дорогой.

С 1944 года на ракетах Фау-2 стали применять аппаратуру, разработанную комплексным методом: путём объединения радиотроп, ранее предназначенных для раздельных функций. Были созданы новые комплексные системы: «Гавайя 2», «Циркель», «Эватор». В первых модификациях радиоуправления ракеты Фау-2 применялась аппаратура, работающая на волнах ультракоротковолнового диапазона. Такая аппаратура была очень подвержена помехам, тем более, что долгое время не предпринимались специальные меры по повышению помехоустойчивости. В то время немецкие специалисты предполагали, что при ведении групповой стрельбы ракетами, радиоуправление которых работает на различных длинах волн, создать помехи и перехватить ракеты очень мало вероятно.

В первых системах радиотелеметрического управления использовался метод равносигнальной зоны. Те есть ракета должна двигаться по строго определённому пути, задаваемому радиоустройством. В случае отклонения от этого пути приёмное устройство на ракете принимает соответствующий сигнал, перерабатывает его в приёмнике и в смесительном устройстве «Мишгерет», откуда поступает к рулевым машинкам, которые с помощью газовых рулей возвращают ракету в нужное положениена заданной траектории полёта.

Равносигнальная зона задаётся работой радионавигационной линии «Гавайя 1 В – Виктория». Наземный передатчик «Гавайя 1В» работал на УКВ в диапазоне 5,8 — 6,8 м. Диаграмма излучения направлялась с некоторым смещением от «оси» траектории полёта (0,7 градуса) в обе стороны попеременно (50 раз в секунду). Передающее устройство «Гавайя 1В» питало две антенны, отстоящие на расстоянии 35 длин волн (300 м) одна от другой.

Ось равносигнальной зоны не должна была быть сдвинута больше, чем на 0,005 градуса. Источник переменного тока N= 15 кВт питал передатчик «Хазе», который давал равносигнальную зону. Затем энергия высокой частоты проводилась через устройство «Кабине», где измерялась мощность и коэффициент бегучести, к фазовому манипуляционному устройству «Пфад» и к антенне. На борту ракеты для приёма равносигнальной зоны имелся приёмник «Виктория» и преобразователи «Мишгерет» («Das Mischgerät» — нем. — электронное аналоговое вычислительное устройство) и др.

Для выключения двигателя ракеты и для измерения скорости на земле размещались передатчик «Неаполь» и приёмное устройство «Салерис». На борту ракеты, соответственно, помещались передатчики «Палермо» или «Хазе», модулятор «Хейде», служащий для выработки команды отсечки горючего, прибор маскировки «Хазум» и приёмопередатчик «Ортлер» («Das Ortler-Gerät» — нем. — специальный приемопередатчик для дублирования частот радиоуправления ракетой) — для измерения скорости.

Антенна передатчика «Хазе» давала узкую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и широкий раствор – в вертикальной. Это позволяло противнику обнаружить работу «Хазе» и создать помехи. Поэтому немецкие специалисты спроектировали и создали установку «Гавайя -2», у которой вместо создания равносигнальной зоны в плоскости по направлению полёта ракеты создавался ведущий луч, тоже представляющий собой равносигнальную зону. Обнаружить такой луч было очень трудно. В системе «Гавайя-2» равносигнальная зона создавалась более короткими волнами, сначала 50 см, а затем 20 см. Для получения узкого ведущего луча в параболическом зеркале антенного устройства измеряющий диполь помещался вне оси рефлектора. При вращении диполя вокруг оси рефлектора формировалась конусообразная диаграмма излучения с равносигнальной зоной, совпадающей с оптической осью рефлектора.

Считалось достаточной точностью попадание ракеты с радиотеле-механическим управлением при дальности 250 км равным ± 300 м по азимуту. Но обычно такая точность попаданий ракетой Фау-2 не достигалась.

Автор: Игорь Макаров.

Часть 5.

Часть 1. Часть 2. Часть 3. Часть 4.
Дополнительно была использована формула для определения радиуса поворота ракеты-носителя.

Второй этап траэктории ракета-носитель полсе отделения отнее гнесущих поверхностей преодолевает с помощью тормозного парашюта.

Определение в первой группе формул и второй совпадают а именно : х — ордината точки , у — абсцисса точки , Vx — проекция скорости на ось х , Vy — проекция скорости на ось у, Ме — момент внешних сил , действующих на тело , и — момент инерции тела ( ракеты- носителя) , Ɛ — угловое ускорение ракеты -носителя , Ха — аэродинамический лобовое сопротивление , Уа — аэродинамическая подъемная сила , Ɵ — угол тангажа летательного аппарата , Сха — коэффициент аэродинамического сопротивления ракеты -носителя , Суа — коэффициент подъемной силы крылья ракеты -носителя , ω — угловая скорость тела , m — масса тела ( ракеты- носителя) , g — ускорение земного притяжения ( 9,81 м/с2) , ρ — плотность воздуха , Sp — площадь раскрытого тормозного парашюта , Sm — площадь миделевого сечения рактеты -носителя , Sv — площадь крыла рает -носителя , r — радиус маневра равет -носителя , ny — нормальное перегрузки ракеты -носителя .

Радиотелеметрия ракеты Фау-2

К необходимости создания и использования радиотелнметрии немецкие конструкторы пришли не сразу. Испытания специально разработанного экспериментального прототипа ракеты Фау-2, известного как ракета А-3, были начаты в 1937 году без использования радиотелеметрии. Причины аварий пытались выяснить по найденным на земле фрагментам ракет. Позднее немецкие инженеры придумали получать информацию о состоянии ракеты в полёте, по записям спасаемых одноканальных регистраторов контролируемых данных на узкую бумажную ленту самописца.

Для обеспечения исследований по баллистике и точности стрельбы ракет Фау-2 потребовалась разработка специальной бортовой и наземной радиоаппаратуры. С этой целью была создана 4-х канальная телеметрическая система «Мессина-1». С помощью «Мессина-1» на ленте наземного приемного аппарата записывались следующие показатели ракеты в полете: отклонение газовых рулей, давление в камере сгорания, давление подачи кислорода и спирта, давление пара на входе в турбину, время включения двигателя. Но эта система была столь ненадёжной, что Вернер фон Браун однажды заявил, что было бы эффективнее следить за ракетой в бинокль.

Данная система обладала следующими параметрами:

• включала четыре измерительных канала
• имела частотное разделение каналов
• обладала частотой опроса одного канала — 2 кГц
• регистрировалась наземной аппаратурой на фотоленте

(Поленов Д. Ю. Эволюция телеметрии в ракетной технике // Молодой ученый. — 2014. — №6. — С. 216-218.)
Наверх

Способы определения ориентации платформенных систем

Не утрачивают актуальность и системы, работающие с платформами для определения исходных данных о динамике объекта. На данный момент успешно эксплуатируются следующие виды платформенных инерциальных моделей навигации:

• Геометрическая система. Стандартная модель с двумя платформами, которая была описана выше. Такие системы отличаются высокой точностью, однако имеют ограничения в обслуживании высокоманевренных аппаратов, работающих в космическом пространстве.
• Аналитическая система. Также задействует акселерометры и гироскопы, которые находятся в неподвижном состоянии относительно звезд. К преимуществам таких систем относят способность эффективно обслуживать маневренные объекты наподобие ракет, вертолетов и истребителей. Но даже по сравнению с бесплатформенной инерциальной навигационной системой аналитические комплексы демонстрируют низкую точность определения параметров динамики объекта.
• Полуаналитическая система. Обеспечивается одной платформой, непрерывно стабилизирующейся в пространстве местного горизонта. На этой базе размещается гироскоп и акселерометр, а вычисления организуются вне рабочей платформы.