Принцип дії систем самонаведення
Самонаведення ракети на ціль - це такий метод управління, при якому сигнал управління виробляється на ракеті в результаті використання енергії, випромінюваної метою або відбитої від неї [1, 4, 5, 6].
На борту ракети встановлюється спеціальна апаратура управління, за допомогою якої ракета сама (звідси і назва - самонаведення) визначає своє положення щодо мети і автоматично наводиться на неї.
Однак спочатку мета необхідно виявити з яких-небудь характерних властивостей, відокремивши її від навколишніх предметів або, як кажуть, від навколишнього фону. До таких властивостей може бути віднесена насамперед здатність мети випромінювати або відображати електромагнітні коливання (радіохвилі, видимі світлові і невидимі інфрачервоні промені) інакше, ніж навколишній її простір. Крім того, мета видає характерні шуми, які також можуть бути використані для самонаведення ракет.
Залежно від виду енергії, випромінюваної або відображеної метою, іноземні фахівці поділяють самонавідні системи на радіотехнічні, оптичні, інфрачервоні (теплові), акустичні і гідроакустичні. При управлінні ракетою по методу самонаведення на її борту встановлюється пристрій, автоматично і безперервно вимірює координати ракети щодо мети і що називається координатором мети. Найчастіше координатор вимірює кутові відхилення мети від поздовжньої осі ракети (кути неузгодженості), а в деяких випадках - дальність до цілі, швидкість зміни дальності і кутову швидкість повороту лінії ракета - мета. З виходу координатора знімається сигнал помилки у вигляді напружень чи струмів, що залежать від кутів неузгодженості.
Направлення на ціль (рис. 1) можна визначити або кутом неузгодженості ф і кутом фазирования Ф, або кутами неузгодженості фу і Фz.
Координатори зазвичай визначають кути неузгодженості фу і Фz. причому кут фу називається кутом неузгодженості в поздовжній площині, а кут Фz - кутом неузгодженості в поперечній площині.
Відповідно з виходу координатора знімають два напруги: напруга Uy. пропорційне кутку неузгодженості фу. і напруга Uz. пропорційне кутку неузгодженості Фz. Математично цю залежність напружень від кутів неузгодженості можна записати так:
Коефіцієнти пропорційності К1 і К2 зазвичай однакові. Сигнали помилки Uy і Uz використовуються для формування команд управління відповідними кермом.
Координатор мети - основний вимірювач в системі самонаведення - в найпростішому випадку (при методі прямого наведення) може встановлюватися так, що його вісь збігається з віссю ракети. Тоді для управління в поздовжній площині використовується канал тангажа (висоти), а для управління в поперечній площині - канал курсу. Сигнал Uy викликає відхилення керма висоти, а сигнал Uz - відхилення керма напряму.
Для підвищення точності наведення до складу системи самонаведення, крім основного вимірювача, можуть входити і інші, допоміжні вимірювачі: позиційні, швидкісні і ускорительно-швидкісні гіроскопи, датчики прискорень (акселерометри), датчики кутів атаки і деякі інші.
Допоміжні вимірювачі підвищують точність наведення самонавідних ракет. Зазвичай допоміжні вимірювачі реагують не на зміну положення цілі, а на зміну положення ракети, з якої вони і пов'язані. Вони лише уточнюють величину команди, що видається основним вимірником - координатором, яка визначає роботу всієї системи самонаведення. Роль координатора при використанні найпростішого методу самонаведення (методу прямого наведення) ілюструється блок-схемою (рис. 2).
Координатор И1, жорстко закріплений в головній частині ракети, безперервно приймає сигнали від мети і перетворює їх у відповідні електричні напруги. Якщо вісь ракети, з якої в даному випадку збігається вісь координатора, точно спрямована на ціль, т. Е. Кут неузгодженості ф = 0, то на виході координатора напруги також дорівнюють нулю. Якщо ж вісь ракети відхилена від напрямку на ціль, то між віссю ракети і лінією ракета - мета утворюється кут неузгодженості. У відповідності до кута неузгодженості на виході координатора з'являться два напруги Uy і Uz. пропорційні кутах неузгодженості в поздовжньої фу і поперечної Фz площинах. Величина напружень характеризує величину відхилення осі ракети від напряму на ціль.
Допоміжні вимірювачі И2 також безперервно видають коригувальні напруги U'y і U'z.
Вже згадана система самонаведення має канал поздовжнього керування (тангажу або висоти) і канал поперечного управління (курсу). Обидва канали, хоча вони ri мають різне призначення, в більшості систем виконуються однаково.
Сигнали з основного (І1) і додаткового (И2) вимірників надходять на підсумовують каскади обох каналів управління. Напруги Uy і U'y надходять на суммирующий каскад (СК1) каналу тангажа, а напруги Uz і U'z - на суммирующий каскад (СК2) каналу курсу. У підсумкових каскадах кожного каналу ці напруги сумуються і після посилення в підсилювачах (У1 і У2) підводяться до приводів рулів висоти і напряму. Приводи відхиляють керма. Рулі, відхиляючись, створюють аеродинамічні сили і моменти, які коригують напрямок польоту ракети.
Зміна положення ракети щодо мети призводить до зміни значення сигналу в координатора. Нового значення сигналу координатора будуть відповідати інші кути відхилення рулів. Таким чином здійснюється безперервне коригування польоту ракети з допомогою сигналів, видаваних координатором і додатковими вимірювачами. У свою чергу величина сигналу залежить від положення цілі щодо ракети і від характеру зміни параметрів її руху (курс, тангажу, швидкість повороту, швидкість, прискорення і інші дані про рух) [1, 4, 6].
При наведенні по іншим методам (наприклад, стрілянина в попередженні точку) використовується більш складна апаратура. Для вирішення завдання зустрічі ракети з метою вдаються до допомоги спеціальних лічильно-обчислювальних приладів. Однак основним вимірником в системах самонаведення різних типів залишається координатор.
Система самонаведення відрізняється від системи телеуправління повної автономністю. Крім того, вона забезпечує більшу точність наведення, ніж автономна і телекерована системи. Однак система самонаведення має невелику дальність дії, що вважається істотним її недоліком. Особливість системи самонаведення в тому, що абсолютні помилки у визначенні взаємного положення ракети і поділи зменшуються зі зменшенням відстані між ракетою і метою. Відзначають, що система самонаведення може застосовуватися в якості основної на зенітних, протитанкових і авіаційні ракети і в якості додаткової на літаках-снарядах і антиракет.