Средства навигации

Средства навигации

Инерциальные системы являются идеальным средством навигации для военных самолетов. Они абсолютно автономны и защищены от помех, определяют все основные навигационные параметры, необходимые для управления полетом и выполнения боевых задач (кроме воздушной скорости), посредством измерения и интегрирования ускорений, возникающих при движении летательного аппарата.
Эти уникальные особенности инерциальных систем определили их важные роль и место в составе бортового оборудования военных самолетов различного назначения.

Создание образцов

Первые практические опытно-конструкторские работы по созданию опытных образцов авиационных инерциальных систем и курсовертикалей (систем определения курса и вертикали места) были развернуты в Раменском приборостроительном КБ (ныне Федеральный научно-производственный центр «РПКБ») в конце 50-х — начале 60-х годов прошлого века.

Исходной основой для этих работ послужили материалы теоретических и экспериментальных исследований многих отечественных ученых и инженеров по теории инерциальных систем ориентации и навигации, а также изобретения 1940-х годов и созданная на их базе гировертикаль с интегральной коррекцией.

В этих исследованиях было показано, что на основе использования информации от определенным образом взаимно расположенных инерциальных датчиков — гироскопов и акселерометров, объединенных в трехосный пространственный гиростабилизатор, принципиально возможно после ввода начальных условий осуществить определение пространственной ориентации, путевой скорости и координат местоположения самолета независимо от характера его движения путем измерения и интегрирования ускорений с последующим формированием сигналов управления положением гиростабилизатора. Такая «невозмущаемая» система была названа автономной навигационной инерциальной системой (АНИС) или инерциальной навигационной системой.

После проведения ряда поисковых научно-исследовательских работ, выполненных специалистами РПКБ совместно с учеными МВТУ им. Н. Э. Баумана, МАИ, ВВИА им. Н. Е. Жуковского, НИСО, филиала ЛИИ, МИЭА и др., всестороннего исследования всех основных инструментальных и методических погрешностей ИНС были выбраны наиболее подходящие для тогдашнего уровня развития инерциальных измерительных и вычислительных устройств принципиальная схема и структурная блок-схема такой системы, принятые к реализации.

Первые инерциальные системы

Первые две инерциальные системы РПКБ — АНИС-2 и АНИС-7 были разработаны для беспилотных летательных аппаратов, прошли лабораторные и летные испытания на летающей лаборатории, но на военных самолетах не использовались и в серийное производство не пошли. Эти системы определяли и выдавали бортовым потребителям в аналоговом виде углы маневра (крен, тангаж и курс ЛА), путевую скорость и координаты местоположения ЛА в простейшей — ортодромической системе координат на земной сфере с помощью собственного аналогового вычислительного устройства на электромеханических интеграторах (ИЭ-1) и точных и многооборотных линейных и функциональных потенциометрах.

Время работы АНИС-2 и АНИС-7 с заданной точностью составляло 20-40 мин. Гироплатформы ГЦ-2 и ГЦ-7 были созданы на основе стабилизирующих гироблоков оригинальной конструкции («силовая стабилизация с отработкой»), позволяющей использовать асинхронные гиромоторы и обеспечивать требуемую точность управления ГЦ за счет относительно высоких точностных характеристик ИЭ-1.

Инерциальная система самолета

Первой автономной навигационной инерциальной системой (по сути — инерциальной курсовертикалью), разработанной для отечественной авиации, была АНИС-8. Эта система прошла все виды испытаний, была внедрена в серийное производство и эксплуатацию, устанавливалась на сверхзвуковой многоцелевой ударный самолет МиГ-25Р (РБ) и обеспечивала совместно с первой отечественной авиационной БЦВМ решение задач точной навигации, автоматизированной разведки и навигационного бомбометания.

Погрешности и некоторые параметры АНИС-8 составляли:

  • а < 8 угл. мин за все время работы по углам крена и тангажа;
  • с < 30 угл. мин за 1 ч работы по курсу;
  • а < 12 м/с по составляющим скорости за 20 мин полета;
  • о < 4,5 км по координатам за 20 мин полета;
  • допустимые углы маневра у < ±60°, V < 90°, *Р < 360°;
  • допустимые перегрузки пх < 2, яг < 1, пу < 5;
  • время предполетной подготовки Tгот < 35 мин;
  • масса системы 82 кг.

АНИС-8

АНИС-8 автоматически и автономно выполняет режим начальной выставки (настройки) в плоскость горизонта, выставку по курсу (или определение начального положения гироплатформы в азимуте) с помощью дополнительных средств (специального выставочного устройства или теодолита), а в рабочий режим переводится летчиком вручную.

Система выполнена в блочной конструкции, все блоки полностью взаимозаменяемы без подрегулировок. Указанная точность достигнута за счет использования самого эффективного в то время метода организации встречного реверсного вращения подшипников подвеса гироскопов с определенными, эмпирически подобранными параметрами, а также применения наиболее точных базовых элементов того времени.

Существенное снижение массогабаритных характеристик системы обеспечило применение безредукторной силовой стабилизации гироплатформы ГЦ-9, осуществленной впервые в отечественном гироприборостроении, а также прямой прецессионной интегральной коррекции гироблоков ГБ-9 гироплатформы по вертикали с помощью специально разработанного прецизионного датчика момента и синхронного гироскопа ГМС-4.

АНИС-8 определяет и выдает всем потребителям на самолете (прицельным системам, системам управления, разведки и др.) сигналы составляющих абсолютной скорости движения в инерциальном пространстве — крена, тангажа и курса в аналоговом виде (с СКТ, потенциометров, БСКТ).

Исследования

Это и отличает инерциальную курсовертикаль (ИКВ) от ИНС (АНИС), в которых с учетом вычисляемой в ВУ ИНС (БЦВМ) переносной скорости от вращения Земли из сигналов составляющих абсолютной скорости, используемых для осуществления интегральной коррекции гироплатформы с акселерометрами, формируются составляющие путевой скорости полета, а после интегрирования — данные о местоположении ЛА в выбранной системе координат на Земле.

Теоретический анализ и практика применения АНИС-8 показали, что основные инструментальные погрешности определения ИНС углов маневра, скорости и координат самолета являются длиннопериодическими функциями времени с составляющими, имеющими период Шулера (84,4 мин) и кратными суткам (24 ч).

Проведенные специальные исследования позволили установить, что это свойство ИНС делает их идеальным «партнером» различных радионавигационных и радиолокационных систем, таких как ДИСС, РСБН, РСДН. Было определено теоретически и подтверждено экспериментально, что, формируя сигналы разностей показаний ИНС и этих систем и пропуская эти сигналы через специально подобранные фильтры низких частот, можно осуществлять высокоэффективную комплексную коррекцию как ИНС, так и радиосистем и существенно повысить точность и надежность навигации и управления полетом самолета.

Этот принцип впервые был реализован в комплексной инерциальной навигационной системе «Пеленг» (и ее последующих модификациях «Пеленг-С», «Пеленг-Д», «Пеленг-ДР», «Пеленг-ДМ» и др.), включавшей в свой состав АНИС-8, БЦВМ «Орбита 155», ДИСС-ЗС, РСБН и РСДН (в различных сочетаниях), а затем широко использовался при разработке последующих поколений навигационных комплексов боевых самолетов.

Поскольку БЦВМ в то время имели крайне низкую надежность, то в АНИС-8 сигналы управления от БЦВМ не использовались и система функционировала полностью автономно в режиме инерциальной курсовертикали, ориентированной по геоцентрической вертикали места (для снижения методических ошибок от нецентральное™ поля силы тяжести Земли).

Ссылка на основную публикацию