07
«ОБОРОНКА»
ТЕХНОЛОГИЙ
Олег КУЛИКОВ,
кандидат технических
наук, АО «ВНИИ «Сигнал»
(Ковров)
Отношения АО «ВНИИ «Сигнал» и ижевского электромехани-
ческого завода «Купол» уходят корнями в далекие 60-е, когда разво-
рачивалось серийное производство ЗРК «Оса», а затем «Тор».
В начале 60-х ВНИИ «Сигнал» была поручена разработка си-
стемы стабилизации антенного поста ракетного радиолокационно-
го комплекса «Оса». Включавший антенны поиска, сопровождения
цели и наведения, он вначале разрабатывался как унифицирован-
ный для сухопутного и морского комплекса. Позже идеология
использования первого изменилась (пуски с коротких остановок)
и вместо стабилизации антенного поста потребовалась стабили-
зация только поисковой антенны. Такой вариант оказался с точки
зрения точности наиболее сложным. Проблема заключалась в
том, что поисковая антенна как объект стабилизации обладала
относительно малым моментом инерции и большими возмуща-
ющими воздействиями.
Опыт ЦНИИ АГ по созданию танковых стабилизаторов (на-
пример «Циклон») не мог быть заимствован, так как уравнове-
шенная, с большим моментом инерции танковая пушка в отли-
чие от поисковой антенны обладает эффектом самостабилизации.
В большей степени пригодился собственный опыт, приобретен-
ный при разработке антенного устройства комплекса «Байкал».
В результате была создана система непосредственной стабили-
зации антенного поста (9В611) и поисковой антенны (9В611Б), в
которых применены объемные гидравлические привода № 0.5
2-й гаммы (разработчик ЦНИИ АГ). Механизм управления для
них типа «сопло – заслонка – золотник» был разработан во ВНИИ
«Сигнал».
При отработке структуры и коррекции приводов стабилиза-
тора 9В611Б разработчики столкнулись с рядом проблем. Мо-
ментный привод (аналогичный приводам танковых пушек) из-за
малого момента инерции антенны не обеспечивал необходимой
жесткости в частотном диапазоне внешних коротких воздей-
ствий. А скоростной привод не компенсировал ошибку стабили-
зации в движении.
Проблема была решена путем применения гибкой отри-
цательной обратной связи по разности давлений в силовых по-
лостях исполнительных цилиндров с одновременным расшире-
нием полосы пропускания привода с помощью широкополосно-
го дифференциатора в прямой цепи (решение защищено автор-
скими свидетельствами).
Стабилизаторы типа 9В611 были первыми разработками
ВНИИ «Сигнал», внедренными в серийное производство. Ре-
зультаты и опыт разработки изделия 9В611Б «Оса» в значитель-
ной степени использованы при создании системы стабилизации
антенны РЛС обнаружения целей (система 1Г36) автономного
ЗРК «Тор», проектирование которой было поручено ВНИИ
«Сигнал» в 1975 году.
В отличие от изделия 9В611Б в системе 1Г36 по обоим кана-
лам стабилизации в качестве исполнительных двигателей исполь-
зовались силовые гидроцилиндры, а также применен компакт-
ный датчик крена собственной разработки, представляющий
собой трехстепенной гироскоп с вертикальным расположением
оси кинетического момента.
Преобразовательная аппаратура системы была выполнена с
использованием интегральных операционных усилителей и тран-
зисторов, что позволило существенно уменьшить габариты и по-
высить надежность.
ЗРК «Тор» в различных модификациях до настоящего време-
ни поставляется во многие страны мира.
Сегодня приводная техника, разрабатываемая в АО «ВНИИ
«Сигнал», строится на современной элементной базе с использо-
ванием прогрессивных технологий, эффективных алгоритмов
управления. Одним из таких изделий является привод наведения
и стабилизации инерционного объекта с цифровым векторным
управлением. Он обладает широким диапазоном регулирования
скорости, высоким быстродействием, надежностью и долговеч-
ностью. В настоящее время прорабатывается возможность его
использования для стабилизации антенного поста в морском ва-
рианте изделия «Тор».
Павел ВОРОТНЕВ,
АО «ВНИИ «Сигнал» (Ковров)
В АО «ВНИИ «Сигнал» разработаны и се-
рийно выпускаются синхронные двигатели се-
мейства СДМ с возбуждением постоянными
редкоземельными высококоэрцитивными маг-
нитами на роторе. Они имеют хорошие массога-
баритные показатели, значительный ресурс,
стойкость к внешним факторам, высокий КПД.
Определяющим фактором являлось нали-
чие силового редуктора организации-
заказчика на объекте управления для переда-
чи момента от вала двигателя к нагрузке. Раз-
работчики исходили из известного в теории
электрических машин положения об обрат-
ной зависимости их габаритов и скорости
вращения ротора. Она ограничена допусти-
мой скоростью вращения подшипников,
прочностью механической конструкции,
электрическими характеристиками. С учетом
указанных ограничений и передаточных от-
ношений силовых редукторов двигатели се-
мейства СДМ имеют максимальную скорость
вращения ротора 5500 об/мин.
Наличие силовой механической передачи
значительно ухудшает характеристики приво-
да на базе СДМ как по точности, так и по
плавности хода. Присутствующий в ней
«мертвый ход» приводит к ударным нагруз-
кам на зубья редуктора в момент начала дви-
жения и особенно при реверсе во время от-
работки входного воздействия, что может
привести к возникновению деформаций, сни-
жению прочности и в результате – к поломке.
Наличие этих и других недостатков вынужда-
ет разработчика снижать динамические и в
конечном итоге точностные характеристики
привода при настройке.
Разработка, изготовление и обслужива-
ние редуктора требуют значительных мате-
риальных затрат. Как промежуточное меха-
ническое звено он снижает КПД приводной
системы в целом (типовой КПД цилиндри-
ческой многоступенчатой передачи состав-
ляет 0,85–0,9).
Практика и анализ циклограмм работы
приводов специального назначения (на зенит-
ных ракетных комплексах и антенных систе-
мах) показывают, что они используют преи-
мущественно низкие, близкие к ползучим
скорости движения (режим слежения). Для
обеспечения плавности в таком режиме и од-
новременно сохранения динамики отработки
скачкообразных воздействий требуется при-
нятие дополнительных мер, таких как уста-
новка датчика скорости на вал нагрузки или
введение идентификатора механической пе-
редачи, что усложняет настройку и снижает
надежность устройства.
Альтернативой видится использование
безредукторных высокомоментных синхрон-
ных двигателей с постоянными магнитами
на роторе. Конструктивно они выполняются
в виде кольца с внешним или внутренним
ротором либо поворотных столов. Наличие
большого числа пар полюсов позволяет раз-
вивать значительный момент при малой ско-
рости вращения. Большое центральное от-
верстие упрощает конструкцию контактных
соединителей и для устройств с ограничен-
ным углом поворота нагрузки делает воз-
можным ввод кабелей напрямую «сквозь»
двигатель.
В зависимости от схемы соединения об-
моток полюсов (последовательно, парал-
лельно, смешанно) можно получить типы
двигателей, работающие как при небольших
токах и высоком напряжении, так и при зна-
чительных токах и низких напряжениях. По-
следнее обстоятельство позволяет создавать
безредукторные приводы наведения и стаби-
лизации вооружения бронетанковой техни-
ки, работающие непосредственно от борто-
вой сети без повышающего конвертора, что
уменьшает габариты и увеличивает КПД си-
стемы в целом.
Имеющиеся в настоящее время высоко-
моментные двигатели отечественного и ино-
странного производства позволяют развивать
момент порядка нескольких десятков кН∙м
при скоростях вращения до 200 об/мин. При
этом КПД в номинальном режиме прибли-
жается к 90 процентам.
При очевидных достоинствах безредук-
торного высокомоментного электропривода
необходимо решить ряд трудоемких проб-
лем. Развитие приводов переменного тока
для изделий спецтехники на основе высоко-
оборотных двигателей с редуктором, вероят-
но, подошло к некоторой границе. Переход
через нее сложен из-за присущих механиче-
скому редуктору ограничений. Высокомо-
ментный безредукторный электропривод
при условии совершенствования конструк-
ции серийных образцов для их адаптации к
жестким условиям эксплуатации может обе-
спечить качественный скачок в улучшении
характеристик.
Рекомендуется сделать упор не столько на
наличие конструкции конкретного двигателя,
сколько на обладание методиками проекти-
рования их под конкретный конструктив объ-
екта («встраивание в изделие») и анализ ре-
зультата разработки специализированным
прикладным программным обеспечением.
СИНХРОНИЗАЦИЯ С НОВЫМИ ВЫЗОВАМИ
Евгений МУРАТОВ,
кандидат технических наук, ФГБОУ
«РГРТУ» (Рязань)
Одна из важных задач системы технического
зрения – определение расстояния до объектов,
окружающих мобильную систему. Существует
ряд сенсоров, позволяющих ее решать: радары,
лидары (лазерные локаторы), сонары (ультра-
звуковые сенсоры). Но все они имеют свои не-
достатки:
– для радара – высокая стоимость, необходи-
мость излучения волны 1 мм, недискретная меха-
ническая развертка;
– для лидара – невозможность вычислять
плотное облако точек;
– зона чувствительности ультразвукового сен-
сора сильно зависит от материала объектов и по-
годных условий.
Главный же недостаток в том, что все эти сен-
соры активны. Их работу легко обнаружить: ис-
точник излучения всегда является потенциальной
легко поражаемой целью. Наконец, они потребля-
ют недопустимо много электроэнергии.
В отличие от активных сенсоров стереозре-
ние – пассивная система, которая обеспечивает
восприятие формы, размеров и расстояния до
предмета, получение информации о глубине
изображения, построение трехмерной картины
окружающей местности. Для определения рас-
стояния система должна состоять минимум из
двух синхронных оптических сенсоров (может
быть, и более).
В робототехнике стереозрение используется
для оценки расстояний до окружающих объек-
тов, что дает возможность управления движени-
ем безэкипажных машин и беспилотных лета-
тельных аппаратов.
Однако применение стереозрения при опре-
делении расстояний также ограничено рядом
факторов, в частности погрешностью, которая
зависит от параметров системы. Несмотря на не-
достатки, система имеет низкую стоимость по
сравнению с активными сенсорами, потребляет
меньше энергии и за одно измерение позволяет
получить больше информации.
Упрощения вычислений можно достичь пред-
варительной калибровкой системы и последую-
щей ректификацией каждой стереопары. Проце-
дура ректификации приводит изображения к
эпиполярным (в которых соответствующие пик-
сели имеют одно и то же значение координаты).
Калибровка, как правило, производится по неко-
торому образцу, например шахматной доске.
Значительные ошибки при определении пар-
ных точек происходят на «плохо» текстурирован-
ных областях изображений, к которым можно
отнести однородные, с периодически повторяю-
щимися элементами. Отсутствие текстуры, а точ-
нее, монотонность, изменение яркости пикселей
также порождают существенные ошибки.
Для получения корректного результата к ра-
боте сенсоров стереосистемы предъявляется ряд
требований: синхронизация по времени, фокус-
ных расстояний, баланса белого, апертуры и вы-
держки. Ошибки вычислений в карте глубины
устраняются постфильтрацией с использованием
различных фильтров шумоподавления или ин-
формации о распределении яркости пикселей на
исходных изображениях. В результате могут быть
потеряны мелкие объекты. По данным карты
глубины вычисляется плотное облако точек, ко-
торое сшивается с полученными на предыдущих
шагах вычислениями.
Существенный вклад в минимизацию по-
грешности вносят уменьшение угла зрения каме-
ры, увеличение разрешения кадра по горизонта-
ли и базы зрения.
ПРОВЕРКА ЗРЕНИЯ
НА ШАХМАТНОЙ
ДОСКЕ
Всероссийская научно-техническая
конференция «Навигация-2017» прово-
дилась под эгидой Министерства оборо-
ны России, ГУ «РАРАН», администрации
и Законодательного собрания Владимир-
ской области. Непосредственным органи-
затором выступило АО «ВНИИ «Сигнал».
Уровень и организация мероприя-
тия, поставленные на нем злободневные
вопросы оборонного характера говорят
о том, что руководство страны, Воору-
женных Сил и ОПК придает этим вопро-
сам самое серьезное значение. Как и
внедрению в производство передовых
достижений науки и техники, продвиже-
нию на внутренний рынок лучших образ-
цов ВВСТ в области навигации и топо-
привязки, систем ориентирования, ро-
ботизации, технического зрения. То есть
тех изделий, которые сегодня наиболее
востребованы в армии и на флоте, наи-
лучшим образом показали себя в усло-
виях боевых действий в Сирии.
На конференции были поставлены
задачи поиска новых методов в созда-
нии передовых технологий, проведен
сравнительный анализ их с ТТХ лучших
иностранных образцов ВВСТ.
Россия – самодостаточная страна, у
нее есть ресурсы и прекрасные ученые,
инженеры, конструкторы. Никакие запад-
ные санкции не отлучат их от любимого
дела. Надо только не мешать им, не за-
ставлять делать, как в лихие 90-е, ка-
стрюли и поварешки. Тогда оборонно-
промышленный комплекс, где сосредо-
точены самые передовые технологии и
конструкторские решения, как локомотив
потянет за собой всю промышленность
страны. Не зря конференция наряду с
другими решениями рекомендовала ру-
ководителям предприятий предметно за-
няться подготовкой молодых кадров.
Все это вселяет оптимизм, надежду
на то, что следующий подобный форум
в 2019 году откроет новые таланты,
предложит решения научно-технических,
оборонных задач.
«ТОРЫ» с «ОСИНЫМ»
ПРИВОДОМ
Подготовил Олег ФАЛИЧЕВ
Локомотив новых технологий
Олег ФАЛИЧЕВ
