舰炮机械零位的有限距离标校方法研究*

秦东兴

(海军装备部装备采购中心 北京 100093)



舰炮机械零位的有限距离标校方法研究*

秦东兴

(海军装备部装备采购中心 北京 100093)

为了放松舰炮机械零位标校的应用条件要求,建立基于有限距离标校点的舰炮机械零位标校模型,并在分析其精度和优缺点的基础上,分析标校点选择的基本要求,给标校实施步骤。该方法可以克服星体校对方法受天气影响、有地理位置限制、须在夜间进行等缺点,能够满足舰炮在雾、雨季节的标校要求,对经常及时标校舰炮机械零位,保持舰炮精度具有重要现实意义。

舰炮; 机械零位; 舷角; 高低角

Class Number E92

1 引言

为提高舰炮射击精度,需经常标校其机械零位[1]。目前,最常用的标校方法是星体校对法[2]。但是,受天气、地理位置等条件限制,该方法有时很难找到合适的星体,在雾、雨季星体校对更是无法进行[3]。用已知有限距离内的标校代替星体对舰炮进行机械零位标校可克服上述缺点,实现舰炮机械零位的经常与及时校对。

2 有限距离标校模型

星体校对利用配置在观测器材部位的校靶镜与舰炮身管轴线同时瞄准无限远处的相同星体时仍可将两轴视为平行的原理来检查与标校舰炮机械零位[4]。显然,当用有限距离标校点代替无限远星体进行舰炮机械零位标校时,由于标校点距离非无限远且校靶镜与舰炮配置位置不同(即存在观炮间隔),会导致观校线(校靶镜与标校点之间的连线)和炮校线(舰炮俯仰回转中心与标校点之间的连线)之间存在非零夹角[5]。此时,若以有限距离标校点取代无限远星体进行机械零位标校,就必须对校靶镜测得的标校点舷角(用qc)和高低角(εc)进行观炮间隔修正,以修正后的舷角(qcx)和高低角(εcx)为基准来检测标校舰炮机械零位。

数学模型推导如下:

1) 以校靶镜旋回俯仰中心O为原点,建立舰艇直角坐标系(O-XYH),如图1。将校靶镜光轴瞄准标校点时测得的标校点坐标由球坐标(Dc,qc,εc)变为直角坐标(Xc,Yc,Hc)。

(1)

式中:Dc为标校点距离,可由激光测距仪测得;qc、εc为校靶镜的观测舷角和高低角,当校靶镜瞄准标校点时,可从舷角和高低角发送器分划盘上读取[6]。

图1 舰炮机械零有限距离标校原理

2) 将坐标原点由校靶镜旋回俯仰中心O移至舰炮旋回俯仰中心O′,进行观炮间隔修正[7],求出修正后的直角坐标(Xcx,Ycx,Hcx)。

(2)

式中:Xcp为校靶镜与舰炮间横向距离,即观炮间隔在舰艇直角坐标系的X轴上的投影;Ycp为校靶镜与舰炮间纵向距离,即观炮间隔在舰艇直角坐标系的Y轴上的投影;Hcp为校靶镜与舰炮间高差,即观炮间隔在舰艇直角坐标系H轴上的投影;Xcp、Ycp、Hcp可从舰炮安装资料中查得。

3) 将直角坐标(Xcx,Ycx,Hcx)变球坐标,求观炮间隔修正后的基准舷角(qcx)和高低角(εcx)。

(3)

4) 求取舰炮舷角和高低角机械零位误差Δq和Δε。

(4)

式中:qp、εp为舰炮舷角、高低角,炮管轴线瞄准标校点时,可以舰炮瞄准角受讯仪分划盘上读出;Δθ为舰炮基座平面在标校点舷角qp方向上与舰艇基准平面的夹角,可从舰炮基座平面水平度误差曲线上量得[8～9]。

3 有限距离标校模型误差分析

按式(3)将基准舷角qcx分别对Dc、qc、εc求偏导,则标校点观测距离误差ΔDc、舷角误差Δqc、高低角误差Δεc引起的基准舷角误差增量δqcx为

(5)

同理标校点观测距离误差ΔDc、舷角误差Δqc、高低角误差Δεc引起的基准高低角误差增量δεcx为

(6)

为分析方便,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分别取3000m、3500m和4000m;εc分别取0°～10°、0°～20°、0°～30°、0°～40°、0°～50°。按式(5)和式(6)计算出基准舷角和高低角误差增量(δqcx、δεcx)在给定的取值范围内各最大值(δqcxMax、δεcxMax)和最小值(δqcxMin、δεcxMin),并列为表1。

表1 基准舷角和高低角误差增量的最大(小)值

从表1中可看出:

1) 基准舷角和高低角误差增量最大(小)值,在其它变量取值范围不变情况下,随观测高低角εc的增加而增加(减小)。

2) 基准舷角和高低角误差增量最大(小)值,在其它变量取值范围不变情况下,随标校点距离Dc的增加而减小(增加)。

3) 误差增量最大值和最小值大小相等符号相反。

4) 在Dc≥3500m、εc≤50°(833密位)时,基准舷角误差增量绝对值|Δqcx|≤0.14449密位,基准高低角误差增量绝对值|δεcx|≤0.01946密位。也就是,在校靶镜光轴瞄准标校点时测得的标校点舷角qc和高低角εc有±1密位、标校点距离Dc有±15m误差时,按式(3)计算出的基准舷角qcx和基准高低角εcx误差绝对值最大不超过1.14449和1.01946密位。误差增量仅为14%和2%,对机械零位检测校对精度±1密位来说,可以忽略。

5) 基准舷角、高低角误差增量Δqcx、δεcx随标校点观测舷角qc变化不大。最大和最小舷角误差增量出现在qc=±104°左右;最大和最小高低角误差增量出现在qc=εc左右。

6) 表1是按舰炮配置在舰尾部计算的,若舰炮配置在舰首部,一般情况下,其观炮纵向间隔和高差均小于舰尾配置。所以同等条件下,一般舰首配置的舰炮的基准舷角和高低角误差增量小于舰尾配置的舰炮。

4 有限距离标校的基本方法步骤

1) 选择标校点,并确定好瞄准点。选择的标校点应具备下列条件:

· 标校点距离Dc应大于3500m;

· 标校点高低角εc应小于50°(833密位);

· 标校点应有明显的棱角或突出部位,以便选择瞄准点,进行精确瞄准;

· 同时检查校对多座舰炮时,标校点舷角qc应在各舰炮的公共射界内。

2) 用激光测距仪测出选定标校点距离Dc,要求测距误差不超过±15m。

舰炮身管轴线瞄标校点,可使用专用校对仪器,如星体校对仪、瞄星仪、校对望远镜等;对于大口径舰炮,也可使用炮口装十字线、同时在炮尾装底火处钻有小孔的专用药筒或卸掉炮闩撞针等传统方法。

6) 舰炮舷角、高低角机械零位误差的规正:

以手方式转动舰炮,将舰炮方向瞄准角受信仪分划盘精确装定为Δq,将高低瞄准角受信仪分划盘精确装定为Δε,注意Δq和Δε的正负,然后保持舰炮不动,松开方向瞄准角受信仪和高低瞄准角受讯仪分划盘固定螺钉,将分划调整到零后固定[10]。

7) 舰炮机械零位调整后,必须按上述方法重新检查调整精度。若超差,应重新规正,直至满足要求为止。

5 有限距离标校优缺点及注意事项

5.1 与星体校对相比的优点

1) 可在白天进行,便于操作。

2) 由于标校点距离较近,大于3500m即可,对能见度要求比星体校对低。

3) 在忽略舰艇微弱摇摆情况下,标校点相对舰艇不动,对标校点的瞄准不受地球自转的影响。

5.2 与星体校对相比的缺点

1) 校对精度比星体校对低。

2) 需对校靶镜观测的标校点舷角和高低角进行观炮间隔修正,要有计算机或计算器配合进行辅助计算。

3) 校靶镜观测的舷角和高低角误差及标校点距离误差对舷角和高低角校对精度均有影响。

5.3 有限距离标校注意事项

1) 按要求选择固定标校点,Dc>3500m,εc<50°,标校点距离应由激光测距仪测得,误差不超过±15m;

2) 校靶镜和舰炮身管轴线应瞄准标校点上同一瞄准点。

3) 无论校对舷角还是高低角,校靶镜在方向和高低上均应精确瞄准标校点。

4) 各舰炮的观炮间隔不同时,对基准舷角和高低角的计算应分别进行。

6 结语

本文根据舰炮武器系统机械零位在港全天候校正需要,提出了一种利用岸上固定靶标标校系统零位误差的方法。该方法对于提高舰炮武器系统射击技术准备的水平具有重要意义。后续研究将集中于动态靶标条件下的系统精度检查技术与方法,以解决远洋长时间巡航条件下的舰炮动态标校问题。

[1] 汪德虎.舰炮火控原理[M].北京:国防工业出版社,2008.

[2] 王继堂,王基组.舰炮武器系统及战斗使用[M].北京:海潮出版社,1999.

[3] 王基组.舰用光电观测器材原理[M].北京:海潮出版社,2001.

[4] 程树昌.双130毫米舰炮指挥仪[D].大连:海军大连舰艇学院,2000.

[5] 王齐元,刘仁培.舰炮火控系统基础知识[D].大连:海军大连舰艇学院,1997.

[6] 汪德虎.舰炮射击原理[D].北京:海军司令部,2012.

[7] 海军大连舰艇学院.ZPJ-1A型舰炮火控系统[D].北京:海军司令部,1996.

[8] 程树昌,董天中.舰炮炮基平台倾斜修正模型与算法研究[J].海军大连舰艇学院学报,2012,52(4):45-65.

[9] 由大德.火控理论基础[J].大连:海军大连舰艇学院,2005.

[10] 裘为权,王士杰.舰载舰炮联调原理和方法[R].北京:海军装备修理部,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

秦东兴,男,硕士研究生,工程师,研究方向:舰炮武器装备系统。

E92

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.029