艦炮機械零位的有限距離標校方法研究*

秦東興

(海軍裝備部裝備采購中心 北京 100093)

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艦炮機械零位的有限距離標校方法研究*

秦東興

(海軍裝備部裝備采購中心 北京 100093)

為了放松艦炮機械零位標校的應用條件要求,建立基于有限距離標校點的艦炮機械零位標校模型,并在分析其精度和優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上,分析標校點選擇的基本要求,給標校實施步驟。該方法可以克服星體校對方法受天氣影響、有地理位置限制、須在夜間進行等缺點,能夠滿足艦炮在霧、雨季節(jié)的標校要求,對經(jīng)常及時標校艦炮機械零位,保持艦炮精度具有重要現(xiàn)實意義。

艦炮; 機械零位; 舷角; 高低角

Class Number E92

1 引言

為提高艦炮射擊精度,需經(jīng)常標校其機械零位[1]。目前,最常用的標校方法是星體校對法[2]。但是,受天氣、地理位置等條件限制,該方法有時很難找到合適的星體,在霧、雨季星體校對更是無法進行[3]。用已知有限距離內(nèi)的標校代替星體對艦炮進行機械零位標?？煽朔鲜鋈秉c,實現(xiàn)艦炮機械零位的經(jīng)常與及時校對。

2 有限距離標校模型

星體校對利用配置在觀測器材部位的校靶鏡與艦炮身管軸線同時瞄準無限遠處的相同星體時仍可將兩軸視為平行的原理來檢查與標校艦炮機械零位[4]。顯然,當用有限距離標校點代替無限遠星體進行艦炮機械零位標校時,由于標校點距離非無限遠且校靶鏡與艦炮配置位置不同(即存在觀炮間隔),會導致觀校線(校靶鏡與標校點之間的連線)和炮校線(艦炮俯仰回轉(zhuǎn)中心與標校點之間的連線)之間存在非零夾角[5]。此時,若以有限距離標校點取代無限遠星體進行機械零位標校,就必須對校靶鏡測得的標校點舷角(用qc)和高低角(εc)進行觀炮間隔修正,以修正后的舷角(qcx)和高低角(εcx)為基準來檢測標校艦炮機械零位。

數(shù)學模型推導如下:

1) 以校靶鏡旋回俯仰中心O為原點,建立艦艇直角坐標系(O-XYH),如圖1。將校靶鏡光軸瞄準標校點時測得的標校點坐標由球坐標(Dc,qc,εc)變?yōu)橹苯亲鴺?Xc,Yc,Hc)。

(1)

式中:Dc為標校點距離,可由激光測距儀測得;qc、εc為校靶鏡的觀測舷角和高低角,當校靶鏡瞄準標校點時,可從舷角和高低角發(fā)送器分劃盤上讀取[6]。

圖1 艦炮機械零有限距離標校原理

2) 將坐標原點由校靶鏡旋回俯仰中心O移至艦炮旋回俯仰中心O′,進行觀炮間隔修正[7],求出修正后的直角坐標(Xcx,Ycx,Hcx)。

(2)

式中:Xcp為校靶鏡與艦炮間橫向距離,即觀炮間隔在艦艇直角坐標系的X軸上的投影;Ycp為校靶鏡與艦炮間縱向距離,即觀炮間隔在艦艇直角坐標系的Y軸上的投影;Hcp為校靶鏡與艦炮間高差,即觀炮間隔在艦艇直角坐標系H軸上的投影;Xcp、Ycp、Hcp可從艦炮安裝資料中查得。

3) 將直角坐標(Xcx,Ycx,Hcx)變球坐標,求觀炮間隔修正后的基準舷角(qcx)和高低角(εcx)。

(3)

4) 求取艦炮舷角和高低角機械零位誤差Δq和Δε。

(4)

式中:qp、εp為艦炮舷角、高低角,炮管軸線瞄準標校點時,可以艦炮瞄準角受訊儀分劃盤上讀出;Δθ為艦炮基座平面在標校點舷角qp方向上與艦艇基準平面的夾角,可從艦炮基座平面水平度誤差曲線上量得[8～9]。

3 有限距離標校模型誤差分析

按式(3)將基準舷角qcx分別對Dc、qc、εc求偏導,則標校點觀測距離誤差ΔDc、舷角誤差Δqc、高低角誤差Δεc引起的基準舷角誤差增量δqcx為

(5)

同理標校點觀測距離誤差ΔDc、舷角誤差Δqc、高低角誤差Δεc引起的基準高低角誤差增量δεcx為

(6)

為分析方便,取Xcp=0m、Ycp=60.1m、Hcp=11.2m、ΔDc=-15m～15m、Δqc=-1～1密位、Δεc=-1～1密位;qc取0～±180°。Dc分別取3000m、3500m和4000m;εc分別取0°～10°、0°～20°、0°～30°、0°～40°、0°～50°。按式(5)和式(6)計算出基準舷角和高低角誤差增量(δqcx、δεcx)在給定的取值范圍內(nèi)各最大值(δqcxMax、δεcxMax)和最小值(δqcxMin、δεcxMin),并列為表1。

表1 基準舷角和高低角誤差增量的最大(小)值

從表1中可看出:

1) 基準舷角和高低角誤差增量最大(小)值,在其它變量取值范圍不變情況下,隨觀測高低角εc的增加而增加(減小)。

2) 基準舷角和高低角誤差增量最大(小)值,在其它變量取值范圍不變情況下,隨標校點距離Dc的增加而減小(增加)。

3) 誤差增量最大值和最小值大小相等符號相反。

4) 在Dc≥3500m、εc≤50°(833密位)時,基準舷角誤差增量絕對值|Δqcx|≤0.14449密位,基準高低角誤差增量絕對值|δεcx|≤0.01946密位。也就是,在校靶鏡光軸瞄準標校點時測得的標校點舷角qc和高低角εc有±1密位、標校點距離Dc有±15m誤差時,按式(3)計算出的基準舷角qcx和基準高低角εcx誤差絕對值最大不超過1.14449和1.01946密位。誤差增量僅為14%和2%,對機械零位檢測校對精度±1密位來說,可以忽略。

5) 基準舷角、高低角誤差增量Δqcx、δεcx隨標校點觀測舷角qc變化不大。最大和最小舷角誤差增量出現(xiàn)在qc=±104°左右;最大和最小高低角誤差增量出現(xiàn)在qc=εc左右。

6) 表1是按艦炮配置在艦尾部計算的,若艦炮配置在艦首部,一般情況下,其觀炮縱向間隔和高差均小于艦尾配置。所以同等條件下,一般艦首配置的艦炮的基準舷角和高低角誤差增量小于艦尾配置的艦炮。

4 有限距離標校的基本方法步驟

1) 選擇標校點,并確定好瞄準點。選擇的標校點應具備下列條件:

· 標校點距離Dc應大于3500m;

· 標校點高低角εc應小于50°(833密位);

· 標校點應有明顯的棱角或突出部位,以便選擇瞄準點,進行精確瞄準;

· 同時檢查校對多座艦炮時,標校點舷角qc應在各艦炮的公共射界內(nèi)。

2) 用激光測距儀測出選定標校點距離Dc,要求測距誤差不超過±15m。

艦炮身管軸線瞄標校點,可使用專用校對儀器,如星體校對儀、瞄星儀、校對望遠鏡等;對于大口徑艦炮,也可使用炮口裝十字線、同時在炮尾裝底火處鉆有小孔的專用藥筒或卸掉炮閂撞針等傳統(tǒng)方法。

6) 艦炮舷角、高低角機械零位誤差的規(guī)正:

以手方式轉(zhuǎn)動艦炮,將艦炮方向瞄準角受信儀分劃盤精確裝定為Δq,將高低瞄準角受信儀分劃盤精確裝定為Δε,注意Δq和Δε的正負,然后保持艦炮不動,松開方向瞄準角受信儀和高低瞄準角受訊儀分劃盤固定螺釘,將分劃調(diào)整到零后固定[10]。

7) 艦炮機械零位調(diào)整后,必須按上述方法重新檢查調(diào)整精度。若超差,應重新規(guī)正,直至滿足要求為止。

5 有限距離標校優(yōu)缺點及注意事項

5.1 與星體校對相比的優(yōu)點

1) 可在白天進行,便于操作。

2) 由于標校點距離較近,大于3500m即可,對能見度要求比星體校對低。

3) 在忽略艦艇微弱搖擺情況下,標校點相對艦艇不動,對標校點的瞄準不受地球自轉(zhuǎn)的影響。

5.2 與星體校對相比的缺點

1) 校對精度比星體校對低。

2) 需對校靶鏡觀測的標校點舷角和高低角進行觀炮間隔修正,要有計算機或計算器配合進行輔助計算。

3) 校靶鏡觀測的舷角和高低角誤差及標校點距離誤差對舷角和高低角校對精度均有影響。

5.3 有限距離標校注意事項

1) 按要求選擇固定標校點,Dc>3500m,εc<50°,標校點距離應由激光測距儀測得,誤差不超過±15m;

2) 校靶鏡和艦炮身管軸線應瞄準標校點上同一瞄準點。

3) 無論校對舷角還是高低角,校靶鏡在方向和高低上均應精確瞄準標校點。

4) 各艦炮的觀炮間隔不同時,對基準舷角和高低角的計算應分別進行。

6 結(jié)語

本文根據(jù)艦炮武器系統(tǒng)機械零位在港全天候校正需要,提出了一種利用岸上固定靶標標校系統(tǒng)零位誤差的方法。該方法對于提高艦炮武器系統(tǒng)射擊技術(shù)準備的水平具有重要意義。后續(xù)研究將集中于動態(tài)靶標條件下的系統(tǒng)精度檢查技術(shù)與方法,以解決遠洋長時間巡航條件下的艦炮動態(tài)標校問題。

[1] 汪德虎.艦炮火控原理[M].北京:國防工業(yè)出版社,2008.

[2] 王繼堂,王基組.艦炮武器系統(tǒng)及戰(zhàn)斗使用[M].北京:海潮出版社,1999.

[3] 王基組.艦用光電觀測器材原理[M].北京:海潮出版社,2001.

[4] 程樹昌.雙130毫米艦炮指揮儀[D].大連:海軍大連艦艇學院,2000.

[5] 王齊元,劉仁培.艦炮火控系統(tǒng)基礎(chǔ)知識[D].大連:海軍大連艦艇學院,1997.

[6] 汪德虎.艦炮射擊原理[D].北京:海軍司令部,2012.

[7] 海軍大連艦艇學院.ZPJ-1A型艦炮火控系統(tǒng)[D].北京:海軍司令部,1996.

[8] 程樹昌,董天中.艦炮炮基平臺傾斜修正模型與算法研究[J].海軍大連艦艇學院學報,2012,52(4):45-65.

[9] 由大德.火控理論基礎(chǔ)[J].大連:海軍大連艦艇學院,2005.

[10] 裘為權(quán),王士杰.艦載艦炮聯(lián)調(diào)原理和方法[R].北京:海軍裝備修理部,1996.

Finite Distance Collating Method of Ship-borne Gun Mechanical Zero Mark

QIN Dongxing

(Equipment Acquisition Center, Naval Equipment Department, Beijing 100071)

To make it easier to collate mechanical zero marks of ship-borne gun, the model of collating mechanical zero mark is built by means of collating points within finite distance for the ship-borne gun. Based on the analysis of its collating precision and merit-demerits, the basic request of selecting collating points and the procedure of collating mechanical zero mark are given separately. The presented approach can overcome some demerits of star-collating approach such as standing the weather affection, the constraint of location, only used in the night, and so on. It especially suits for the occasion of fog and rain. It can realize collate mechanical zero mark for the weapon system at every turn and in time. It has an important meaning for the precision maintenance of weapon system and battle effectiveness improvement of army.

ship-borne gun, mechanical zero mark, bearing angle, elevation angle

2014年12月20日,

2015年1月30日

秦東興,男,碩士研究生,工程師,研究方向:艦炮武器裝備系統(tǒng)。

E92

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.029