eng
Выпуск #6/2015
А. Медведев, А. Гринкевич, С.Князева
Миниатюризация головных частей прицельных комплексов объектов БТВТ
Миниатюризация головных частей прицельных комплексов объектов БТВТ
Просмотры: 2780
Рассмотрены идеологические подходы к конструкциям головных частей прицелов для бронетанковой техники, позволяющие в известной степени согласовать эффективность функционирования объектов БТВТ в боевых условиях и их безопасность, а также обеспечивающие внешнюю защищенность оптических узлов, размещаемых на наружной стороне брони.
Оптико-электронные приборы – наиболее уязвимые элементы объектов бронетанковой техники как при ведении боевых действий, так и при непосредственном огневом контакте с противником. При этом очевидно, что самые ненадежные компоненты оптических и оптико-электронных систем – это стеклянные окна их головных частей, выступающие над броневой защитой машины. Разбитые приборы наблюдения – это безусловная потеря видимости экипажем окружающей обстановки, невозможность ориентации и ведения прицельного огня. Бывали случаи, когда механикам, чтобы вывести машины из зоны боевых действий, приходилось высовываться под пули, так как разбитые приборы наблюдения не давали возможности контролировать дорогу.
Характер поражения танков, принимавших участие в военных конфликтах, показывает, что для выведения машины из строя не всегда необходимо ее полное уничтожение, достаточно вывести из строя оптические приборы наблюдения (прицелы) с целью "ослепления" экипажа (рис.1).
Практически все вооруженные конфликты последних лет показали возросшую роль снайперского огня как способа борьбы с бронетехникой. Известная снайперская винтовка Драгунова СВД со снайперским патроном позволяет поражать одной пулей следующие цели (для лучших стрелков, лежа с упора):
• голова – 400 метров;
• головная фигура – 500 метров;
• поясная фигура и бегущая фигура – 800 метров.
Главной сложностью при стрельбе на большие дальности являются ошибки подготовки исходных данных для стрельбы, и это утверждение справедливо для всех снайперских винтовок.
Тем не менее, для специально подготовленных стрелков отклонение рассеивания пуль на дальности 600 метров достигает следующих значений: срединная ошибка по высоте – 9,4 см, срединная ошибка в боковом направлении (при скорости бокового ветра 1,5 м/с) – 8,8 см.
Сопоставление этих цифр с размерами головок оптических и оптико-электронных приборов боевых машин наглядно демонстрирует эффективность применения снайперского огня против бронемашин, оснащенных приборами наблюдения и прицеливания с вынесенными на броню головными частями, а появление мощных снайперских винтовок гарантирует поражение танковой оптики на больших дистанциях – порядка 2000 м.
Проектировщики бронетанковой техники во всем мире стремятся оптимизировать все составляющие боевой эффективности машин, но именно советская танковая школа характеризовалась разумной минимизацией головок прицелов и приборов наблюдения. Развитие оптико-электронных прицелов современных зарубежных танков идет по несколько иному пути – предельно высокие значения дальности видения обеспечиваются непомерным ростом входных окон и, как следствие, головных частей прицелов.
Это породило противоречия между направлениями совершенствования танковой оптики и общими тенденциями развития современного снайперского оружия и мастерством самих снайперов. Достаточно взглянуть на размеры головных частей оптических прицелов, например современного танка "Леклерк", и сопоставить их с вышеприведенными параметрами стрельб по рассеиванию пуль или кучности (рис.2).
Рассмотрим особенности проектирования визирных устройств современных танковых оптико-электронных приборов и конструкторские пути противодействия непомерному "росту" их головных частей. Для обеспечения изменения вертикальных углов качания линии визирования, перед входным зрачком оптических приборов в военной технике традиционно устанавливаются зеркальные или призменные компоненты.
При небольшом диапазоне изменения вертикальных углов, что характерно для прицелов танковых пушек, как правило применяются головные зеркала, конструктивно связанные с пушкой рычажными механизмами. Обеспечение большой дальности видения ночью достигается различными путями. Наиболее очевидным является увеличение чувствительности фотоприемников, но не менее эффективно и увеличение диаметра входного зрачка ночных прицелов, который неудержимо возрастал от поколения к поколению боевых машин.
При таком подходе головки прицелов, оснащенных головным зеркалом и защитным стеклом, стали достигать весьма значительных размеров. Качающееся зеркало для изменения положения линии визирования – самый распространенный элемент головок прицелов боевых машин. Важным фактором его повсеместного использования является простота конструктивного исполнения головки. Но достигаемые с его помощью углы возвышения не очень велики – не превышают +30°. Попытки использовать головное зеркало для более высоких углов всегда заканчивались "монстроподобными" размерами головок, ведь при увеличении углов возвышения габаритный размер головного зеркала возрастает из-за очевидности геометрических соотношений, и визирование в зенит становится принципиально невозможным.
Однако целый ряд конкретных ситуаций, возникающих в условиях боевого применения объектов бронетанковой техники, подтверждают, что возможность визирования на больших углах возвышения для основного вооружения становится жизненно необходимым условием выживания. Например, в горах и в условиях узких городских улиц с высокими зданиями углы места цели могут быть значительными, а при борьбе с воздушными целями лучше всего иметь возможность обслуживать всю верхнюю полусферу.
При большом диапазоне изменения вертикальных углов качания линии визирования, вплоть до зенита, что характерно для прицелов автоматических пушек боевых машин, перед входным зрачком оптического прибора целесообразно устанавливать призму-куб, позволяющую избежать значительного увеличения габаритов при больших углах возвышения. Механизм работы призмы-куба и особенности ее применения достаточно широко освещены в специальной литературе [1]. Вращением призмы-куба в вертикальной плоскости обеспечивается визирование практически в любых пределах, которые позволяют корпус боевой машины и механические элементы оптического прибора.
Однако при оснащении приборов светосильными объективами с большим размером входного зрачка, который требуется для ночных каналов с ЭОП, а также для телевизионных и тепловизионных каналов, размеры призмы-куба также становятся чрезмерно большими. Соответственно возрастают и ее массовые характеристики, что усложняет применение устройств стабилизации и создает проблемы при обеспечении устойчивости к ударным нагрузкам. Причем размеры призмы-куба возрастают настолько, что для тепловизионного канала изготовление ее из материалов, прозрачных в ИК-области спектра, становится невозможным из-за отсутствия заготовок соответствующих размеров. Наиболее приемлемое решение компактной головной части прицела было найдено в результате исследования и анализа весьма оригинальной разработки Ленинградского института точной механики и оптики. В 1976 году специалистами ЛИТМО совместно с сотрудниками ГОИ был разработан прибор для механика-водителя танка ТНФ-1 [2].
В нем для формирования большого выходного зрачка использовался элемент Френеля, а головная часть была решена в виде последовательно установленных прямоугольной призмы АР-90 и оригинального призменного блока из призм-кубов, которые не только производили полное оборачивание изображения и излом оптической оси в вертикальной плоскости, но и обеспечивали обзор по горизонту за счет разворота призменного блока в вертикальной плоскости.
Следует акцентировать внимание на том, что при использовании блока призм-кубов перед выходным зрачком оптического прибора появляется возможность различного пространственного местоположения отдельных призм, составляющих блок. В каком бы месте перед входным зрачком ни находились отдельные призмы блока, это не влияет на построение изображения объективом. Единственное, что необходимо соблюдать – это одинаковость углового расположения граней призм-кубов, из которых состоит блок, для исключения двоения изображения.
Анализ конструкции ТНФ-1 привел к окончательному варианту решения головного отражателя для любого типа головки танкового прибора-прицела (рис.3). Он представляет собой мультипризменный отражающе-преломляющий элемент, состоящий из трех призм-кубов, расположенных в едином блоке. Из-за уменьшения общего объема стекла вес всего блока в три раза меньше веса одиночной призмы-куба с катетом, равным размеру входного зрачка объектива. Ось качания блока призм-кубов расположена в геометрическом центре блока, а механизм работы такого мультипризменного блока аналогичен работе одиночной призмы-куба.
При этом очевидно, что из-за существенного сокращения оптического пути излучения внутри призм светопропускание в таком блоке значительно меньше, чем в варианте с одной большой призмой-кубом. Выглядит такая головка несколько необычно – ведь отражающе-преломляющий элемент в виде блока призм установлен как бы с наклоном "наоборот" относительно положения классического зеркала в обычной головке с отражающим зеркалом. Кроме того с увеличением угла качания вертикальный размер головки не увеличивается а, наоборот, уменьшается.
Итак, любая визирная система, использующая вместо зеркала рассмотренный мультипризменный отражающе-преломляющий элемент, обеспечивает любые углы качания, вплоть до 90°. При этом система работает с большими размерами входного зрачка, а вертикальный размер такой головки является более чем в ~1,5 раза меньшим в сравнении с зеркальным вариантом. Также уменьшается и вес оптики по сравнению с единой призмой в варианте ее изготовления из материалов, прозрачных в видимом и в ИК-диапазонах спектра.
В современных реалиях приборное оснащение объектов бронетанковой техники неуклонно стремится к многоспектральным многоканальным системам, работающим на определенных частотах во всех диапазонах электромагнитного спектра: видимом и ближнем ИК-, среднем ИК- и дальнем ИК-диапазонах, и объединяющим в себе все достоинства различных приборов наблюдения. Но минимизация головных частей таких оптико-электронных приборов становится весьма проблематичной задачей. Отдельные каналы, выходящие на единый головной отражатель, делают его размеры непомерно большими.
Именно применение одноканальных мультиспектральных систем, получивших в настоящее время мощный импульс развития, в совокупности с рассмотренным мультипризменным головным отражающим блоком, с успехом решает такую задачу. Примером подобного симбиоза может служить оптико-электронный наземно-зенитный прибор-прицел для необитаемых отделений боевых машин. Прибор содержит единую головку и состоит из двух трактов: широкопольного телевизионного с головной призмой-кубиком и гиперспектрального узкопольного с головным мультипризменным блоком (см. таблицу).
Головка имеет небольшие размеры – не более 150 мм по высоте и обеспечивает любые углы качания визирной линии прицела по вертикали, гарантируя работу обеих приборных трактов в горных условиях и в условиях города без ограничений по углам возвышения оружия. Широкопольный тракт содержит широкоугольную дневно-ночную телевизионную систему с полем зрения 30 Ч 40° (диагональ 50°) для работы по наземно-зенитным целям (рис.4). Применение варифокального объектива позволяет оперативно менять поле зрения под конкретную решаемую задачу. Гиперспектральный тракт (рис.5) выполнен с использованием единого входного зрачка диаметром 90 мм и содержит 4 узкопольных оптико-электронных канала. Параметры каналов приведены в таблице.
Рассмотренный идеологический подход к конструкциям головных частей прицелов для бронетанковой техники позволяет в известной степени согласовывать эффективность функционирования объектов БТВТ в боевых условиях и их безопасность, а также обеспечивает внешнюю защищенность оптических узлов, размещаемых на наружной стороне брони.
Литература
1. Панов В.А., Кругер М.Я. и др. Справочник конструктора оптико-механических приборов. – Л.: Изд-во "Машиностроение",1980.
2. Медведев А.В., Гринкевич А.В., Князева С.Н. Практика конструктора оптико-электронной техники и техники ночного видения. – Ярославль: ОАО "Ростовский оптико-механический завод", ОАО "Ярославский полиграфкомбинат", 2013.
Характер поражения танков, принимавших участие в военных конфликтах, показывает, что для выведения машины из строя не всегда необходимо ее полное уничтожение, достаточно вывести из строя оптические приборы наблюдения (прицелы) с целью "ослепления" экипажа (рис.1).
Практически все вооруженные конфликты последних лет показали возросшую роль снайперского огня как способа борьбы с бронетехникой. Известная снайперская винтовка Драгунова СВД со снайперским патроном позволяет поражать одной пулей следующие цели (для лучших стрелков, лежа с упора):
• голова – 400 метров;
• головная фигура – 500 метров;
• поясная фигура и бегущая фигура – 800 метров.
Главной сложностью при стрельбе на большие дальности являются ошибки подготовки исходных данных для стрельбы, и это утверждение справедливо для всех снайперских винтовок.
Тем не менее, для специально подготовленных стрелков отклонение рассеивания пуль на дальности 600 метров достигает следующих значений: срединная ошибка по высоте – 9,4 см, срединная ошибка в боковом направлении (при скорости бокового ветра 1,5 м/с) – 8,8 см.
Сопоставление этих цифр с размерами головок оптических и оптико-электронных приборов боевых машин наглядно демонстрирует эффективность применения снайперского огня против бронемашин, оснащенных приборами наблюдения и прицеливания с вынесенными на броню головными частями, а появление мощных снайперских винтовок гарантирует поражение танковой оптики на больших дистанциях – порядка 2000 м.
Проектировщики бронетанковой техники во всем мире стремятся оптимизировать все составляющие боевой эффективности машин, но именно советская танковая школа характеризовалась разумной минимизацией головок прицелов и приборов наблюдения. Развитие оптико-электронных прицелов современных зарубежных танков идет по несколько иному пути – предельно высокие значения дальности видения обеспечиваются непомерным ростом входных окон и, как следствие, головных частей прицелов.
Это породило противоречия между направлениями совершенствования танковой оптики и общими тенденциями развития современного снайперского оружия и мастерством самих снайперов. Достаточно взглянуть на размеры головных частей оптических прицелов, например современного танка "Леклерк", и сопоставить их с вышеприведенными параметрами стрельб по рассеиванию пуль или кучности (рис.2).
Рассмотрим особенности проектирования визирных устройств современных танковых оптико-электронных приборов и конструкторские пути противодействия непомерному "росту" их головных частей. Для обеспечения изменения вертикальных углов качания линии визирования, перед входным зрачком оптических приборов в военной технике традиционно устанавливаются зеркальные или призменные компоненты.
При небольшом диапазоне изменения вертикальных углов, что характерно для прицелов танковых пушек, как правило применяются головные зеркала, конструктивно связанные с пушкой рычажными механизмами. Обеспечение большой дальности видения ночью достигается различными путями. Наиболее очевидным является увеличение чувствительности фотоприемников, но не менее эффективно и увеличение диаметра входного зрачка ночных прицелов, который неудержимо возрастал от поколения к поколению боевых машин.
При таком подходе головки прицелов, оснащенных головным зеркалом и защитным стеклом, стали достигать весьма значительных размеров. Качающееся зеркало для изменения положения линии визирования – самый распространенный элемент головок прицелов боевых машин. Важным фактором его повсеместного использования является простота конструктивного исполнения головки. Но достигаемые с его помощью углы возвышения не очень велики – не превышают +30°. Попытки использовать головное зеркало для более высоких углов всегда заканчивались "монстроподобными" размерами головок, ведь при увеличении углов возвышения габаритный размер головного зеркала возрастает из-за очевидности геометрических соотношений, и визирование в зенит становится принципиально невозможным.
Однако целый ряд конкретных ситуаций, возникающих в условиях боевого применения объектов бронетанковой техники, подтверждают, что возможность визирования на больших углах возвышения для основного вооружения становится жизненно необходимым условием выживания. Например, в горах и в условиях узких городских улиц с высокими зданиями углы места цели могут быть значительными, а при борьбе с воздушными целями лучше всего иметь возможность обслуживать всю верхнюю полусферу.
При большом диапазоне изменения вертикальных углов качания линии визирования, вплоть до зенита, что характерно для прицелов автоматических пушек боевых машин, перед входным зрачком оптического прибора целесообразно устанавливать призму-куб, позволяющую избежать значительного увеличения габаритов при больших углах возвышения. Механизм работы призмы-куба и особенности ее применения достаточно широко освещены в специальной литературе [1]. Вращением призмы-куба в вертикальной плоскости обеспечивается визирование практически в любых пределах, которые позволяют корпус боевой машины и механические элементы оптического прибора.
Однако при оснащении приборов светосильными объективами с большим размером входного зрачка, который требуется для ночных каналов с ЭОП, а также для телевизионных и тепловизионных каналов, размеры призмы-куба также становятся чрезмерно большими. Соответственно возрастают и ее массовые характеристики, что усложняет применение устройств стабилизации и создает проблемы при обеспечении устойчивости к ударным нагрузкам. Причем размеры призмы-куба возрастают настолько, что для тепловизионного канала изготовление ее из материалов, прозрачных в ИК-области спектра, становится невозможным из-за отсутствия заготовок соответствующих размеров. Наиболее приемлемое решение компактной головной части прицела было найдено в результате исследования и анализа весьма оригинальной разработки Ленинградского института точной механики и оптики. В 1976 году специалистами ЛИТМО совместно с сотрудниками ГОИ был разработан прибор для механика-водителя танка ТНФ-1 [2].
В нем для формирования большого выходного зрачка использовался элемент Френеля, а головная часть была решена в виде последовательно установленных прямоугольной призмы АР-90 и оригинального призменного блока из призм-кубов, которые не только производили полное оборачивание изображения и излом оптической оси в вертикальной плоскости, но и обеспечивали обзор по горизонту за счет разворота призменного блока в вертикальной плоскости.
Следует акцентировать внимание на том, что при использовании блока призм-кубов перед выходным зрачком оптического прибора появляется возможность различного пространственного местоположения отдельных призм, составляющих блок. В каком бы месте перед входным зрачком ни находились отдельные призмы блока, это не влияет на построение изображения объективом. Единственное, что необходимо соблюдать – это одинаковость углового расположения граней призм-кубов, из которых состоит блок, для исключения двоения изображения.
Анализ конструкции ТНФ-1 привел к окончательному варианту решения головного отражателя для любого типа головки танкового прибора-прицела (рис.3). Он представляет собой мультипризменный отражающе-преломляющий элемент, состоящий из трех призм-кубов, расположенных в едином блоке. Из-за уменьшения общего объема стекла вес всего блока в три раза меньше веса одиночной призмы-куба с катетом, равным размеру входного зрачка объектива. Ось качания блока призм-кубов расположена в геометрическом центре блока, а механизм работы такого мультипризменного блока аналогичен работе одиночной призмы-куба.
При этом очевидно, что из-за существенного сокращения оптического пути излучения внутри призм светопропускание в таком блоке значительно меньше, чем в варианте с одной большой призмой-кубом. Выглядит такая головка несколько необычно – ведь отражающе-преломляющий элемент в виде блока призм установлен как бы с наклоном "наоборот" относительно положения классического зеркала в обычной головке с отражающим зеркалом. Кроме того с увеличением угла качания вертикальный размер головки не увеличивается а, наоборот, уменьшается.
Итак, любая визирная система, использующая вместо зеркала рассмотренный мультипризменный отражающе-преломляющий элемент, обеспечивает любые углы качания, вплоть до 90°. При этом система работает с большими размерами входного зрачка, а вертикальный размер такой головки является более чем в ~1,5 раза меньшим в сравнении с зеркальным вариантом. Также уменьшается и вес оптики по сравнению с единой призмой в варианте ее изготовления из материалов, прозрачных в видимом и в ИК-диапазонах спектра.
В современных реалиях приборное оснащение объектов бронетанковой техники неуклонно стремится к многоспектральным многоканальным системам, работающим на определенных частотах во всех диапазонах электромагнитного спектра: видимом и ближнем ИК-, среднем ИК- и дальнем ИК-диапазонах, и объединяющим в себе все достоинства различных приборов наблюдения. Но минимизация головных частей таких оптико-электронных приборов становится весьма проблематичной задачей. Отдельные каналы, выходящие на единый головной отражатель, делают его размеры непомерно большими.
Именно применение одноканальных мультиспектральных систем, получивших в настоящее время мощный импульс развития, в совокупности с рассмотренным мультипризменным головным отражающим блоком, с успехом решает такую задачу. Примером подобного симбиоза может служить оптико-электронный наземно-зенитный прибор-прицел для необитаемых отделений боевых машин. Прибор содержит единую головку и состоит из двух трактов: широкопольного телевизионного с головной призмой-кубиком и гиперспектрального узкопольного с головным мультипризменным блоком (см. таблицу).
Головка имеет небольшие размеры – не более 150 мм по высоте и обеспечивает любые углы качания визирной линии прицела по вертикали, гарантируя работу обеих приборных трактов в горных условиях и в условиях города без ограничений по углам возвышения оружия. Широкопольный тракт содержит широкоугольную дневно-ночную телевизионную систему с полем зрения 30 Ч 40° (диагональ 50°) для работы по наземно-зенитным целям (рис.4). Применение варифокального объектива позволяет оперативно менять поле зрения под конкретную решаемую задачу. Гиперспектральный тракт (рис.5) выполнен с использованием единого входного зрачка диаметром 90 мм и содержит 4 узкопольных оптико-электронных канала. Параметры каналов приведены в таблице.
Рассмотренный идеологический подход к конструкциям головных частей прицелов для бронетанковой техники позволяет в известной степени согласовывать эффективность функционирования объектов БТВТ в боевых условиях и их безопасность, а также обеспечивает внешнюю защищенность оптических узлов, размещаемых на наружной стороне брони.
Литература
1. Панов В.А., Кругер М.Я. и др. Справочник конструктора оптико-механических приборов. – Л.: Изд-во "Машиностроение",1980.
2. Медведев А.В., Гринкевич А.В., Князева С.Н. Практика конструктора оптико-электронной техники и техники ночного видения. – Ярославль: ОАО "Ростовский оптико-механический завод", ОАО "Ярославский полиграфкомбинат", 2013.
Отзывы читателей
