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归档日期:11-11       文本归类:弹道学      文章编辑:爱尚语录

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  展开全部坦克火控系统是控制坦克武器(主要是火炮)瞄准和发射的系统,用以缩短射击反应时间,提高首发命中率。按瞄准控制方式分类,现代坦克火控系统可分为扰动式、非扰动式和指挥仪式3类。

  在扰动式火控系统中,瞄准镜与火炮用平行四边形(也称四联杆)机构连接,瞄准线和炮轴线是平行的。当炮长用手控装置调转火炮时瞄准镜就随动于火炮,因此炮长可以通过瞄准镜捕获和跟踪目标,并且在跟踪过程中测定目标距离和角速度。火控计算机根据输入的目标距离、角速度、倾斜角和各种弹道修正量,计算出射击提前角,然后将信号传输给瞄准线偏移装置,使瞄准线产生偏移。其偏移量相应于射击提前角,偏移方向和火炮运动方向相反。当炮长发现瞄准线偏离目标后,就用手控装置调转火炮使偏离的瞄准线重新对准目标。这时火炮就调转到提前位置上,可以进行射击。这个从“偏移”到“重新对准”的过程,叫做扰动过程。这种瞄准控制方式称为扰动式。

  扰动式火控系统又分为扰动式手动调炮和扰动式自动调炮两种。在扰动式手动调炮的火控系统中,火控计算机算出的射击提前角只传输给瞄准镜,不传输给火炮。炮长需要用手控制装置调转火炮,使弹道瞄准标记重新压住目标。在扰动式自动调炮的火控系统中,火控计算机算出的射击提前角不但传输给瞄准镜,而且通过按压自动瞄准开关同时传输给火炮。扰动手动调炮的典型例子是英国的SFCS600火控系统,扰动式自动调炮的典型例子是英国的IFCS火控系统。

  扰动式火控系统的主要优点是结构简单,成本低,比较适合于改装老式坦克;缺点是系统反应时间较长、容易产生滞后,操作难度与大一些。但是这些缺点在扰动式自动调炮火控系统中都得到不同程度的克服。

  在非扰动式火控系统中,火控计算机算出的射击提前角同时传输给瞄准镜和火炮传动装置,使火炮自动调转到提前位置上,而瞄准镜传动装置则控制瞄准镜朝相反方向转动同样的角度。由于瞄准线和炮轴线同时受射击提前角信号控制,朝相反方向移动,所以瞄准线和目标之间的相对运动速度等于零,这样瞄准线就能始终保持对准目标,看不出扰动的过程。非扰动式火控系统的主要优点是结构不太复杂、系统反应速度快和跟踪平稳性好。

  扰动式和非扰动式火控系统的共同缺点是由于瞄准线没有独立稳定,即使火炮稳定了,但由于火炮质量大,难于达到很高的稳定精度;由于火炮和瞄准镜机械连接,火炮的不稳定因素容易影响瞄准线的瞄准精度,使火控系统的动态精度受影响,因而使这两种火控系统不能完全满足进行间射击的要求,仅适于短停射击。

  为了提高行进间射击精度,近年来研制的新型主战坦克多数采用指挥仪式火控系统。它的基本特点是瞄准镜与火炮分开安装,火炮和瞄准镜都是独立稳定的。炮长用手控装置驱动瞄准镜,使瞄准线始终保持对准目标。火炮不是由炮长驱,而是通过自同步机(或旋转变压器)及火炮伺服系统随动于瞄准线。火控计算机所算出的射击提前角不传输给瞄准镜传动装置,只传输给火炮和炮塔伺服系统。这样火炮就可调转到提前位置上,而瞄准镜仍然保持跟踪目标。指挥仪式坦克火控系统通常配有火炮允许射击电路,当火炮调转到提前位置上时该电路向炮长显示火炮已经到位,可以实施射击。

  指挥仪式坦克火控系统大体上有以下3种类型:(1)炮长和车长瞄准镜都配有独立的双向稳定装置;火炮也配有双向稳定装置,既可随动于炮长瞄准镜又可随动于车长瞄准镜,如豹2坦克火控系统。(2)炮长瞄准镜独立稳定,车长瞄准镜不配稳定装置,火炮只能随动于炮长瞄准镜而不能随动于车长瞄准镜,如美国M1坦克火控系统。(3)仅独立稳定车长主瞄准镜,炮长主瞄准镜不稳定。火炮只能随动于车长瞄准镜,不能随动于炮长瞄准镜,如英国的AFCS火控系统和法国柯斯达克坦克火控系统。

  指挥仪式火控系统的优点是系统反应时间短、行进间射击精度高和操作比较容易。缺点是结构复杂、成本高。

  联邦德国的豹2坦克火控系统是目前已装备的最完善的火控系统,现将各国已装备、即将装备或已研制成功的比较先进的坦克火控系统与豹2坦克火控系统进行比较(见下页表)。

  从该表可以看出,法国勒克莱尔坦克火控系统、意大利OG14L3坦克火控系统(装备于C1坦克)和豹2坦克火控系统所采用的主要技术是很近似的,都采用了已成熟的目前所能达到的最先进的技术。勒克莱尔还采用了上表所列以外的一些新技术,例如火控系统由共用1条数据总线的多微处理机系统来控制并进行检测。另外,还准备在首批200辆坦克生产之后采用一些改进措施,如全天候目标自动跟踪器、激光报警器、激光风速仪、话间操作控制器等。

  为了降低成本,美国的M1坦克炮长瞄准镜只在高低向独立稳定,方位向不稳定,而且车长不单独配用瞄准镜,车长瞄准镜是炮长主瞄准镜的光学延伸,由于采取了这些措施和其他一些降低成本的措施,使M1坦克火控系统的成本实际降低到坦克总成本的20%,比原来规定的23%还要少。但性能上也受到一些影响,实验表明:M1坦克的射击精度比豹2坦克的稍差。

  所列的其他坦克火气象系统也主要从降低成本考虑,车长瞄准镜不进行双向独立稳定。

  比较坦克火控系统所配用的夜视仪器可以看出,有些国家如中国、苏联、瑞典等国的火控系统配有微光夜视仪,未配备热像仪。如上所述,热像仪比微光夜视仪具有较多的优点,所以用热像仪来取代微光夜视仪将是这些火控系统有待改进的一个方面。 英国的挑战者坦克炮长瞄准镜不独立稳定,因此它采用的瞄准控制方式是扰动式(自动调炮)的。其反应时间比指挥仪式的要长一些。

  现在大多数国家的坦克火控系统都采用了Nd:YAG激光测距仪。今后的发展方向是发射10.6μm波长激光的CO2激光测距仪。这种测距仪具有对人眼的安全性好、穿透战场烟雾能力强、与工作在8~14μm波段的热像仪具有很好的兼容性等优点。因此,目前很多国家都很重视对它的研究,估计90年代将有可能将CO2激光测距仪装备到坦克上。

  现在坦克火控系统中还出现了一种新的激光测距仪,这就是在联邦德国的MOLF坦克火控系统中已采用的喇曼(Raman)频移Nd:YAG激光测距仪。它是豹2坦克现用的CE628型激光测距仪的进一步发展,在原来的Nd:YAG激光器中加了1个喇曼频移盒,利用喇曼效应,激光器的波长由1.06μm频移到1.5μm,这种波长的激光不会损伤人的眼睛。

  在好天候条件下,将继续使用光学瞄准镜搜索和跟踪目标。夜间观瞄装置采用热像仪的越来越多。热像仪在性能上比像增强技术好,有些原装备微光夜视仪的火控系统也纷纷用热像仪进行改装。目前有些国家已着手研制第二代凝视焦平面阵列热像仪。

  还有一种独特的夜视设备就是带热点探测器的微光电视,热点探测器将探测到的目标位置以红色闪烁光点准确地指示出来,并迭加到微光图像上。由于有热点探测器,因此不论环境照明条件如何,可以发现远距离的目标和低对比度及伪装的目标。而且由于使用了微光电视,因此在识别目标时有较高的分辨率。

  为了提高坦克在夜间、雨、雪、浓雾和深烟条件下的全天候作战能力,发现目标并向火控计算机提供可靠的目标位置数据,并便于实现自动跟踪,未来有些坦克火控系统将可能采用毫米波雷达。美国已研制了斯塔特尔(ATSRTLE)坦克火控系统,采用了频率为94GHz的毫米波雷达,并装在M60A3坦克上进行了试验。

  80年代新装备的坦克火控系统几乎一致地都采用数式火控计算机,而且绝大多数是微处理机。随着计算机软、硬件技术的不断发展,微处理机系统的成本不断降低,在坦克内采用共用总线的多微处理机系统是一种发展趋势。在这种系统中,通过数据总线,坦克乘员能获得坦克所有子系统的数据。例如,车长可象驾驶员一样方便地知道燃料箱里还剩下多少燃料,他还能立刻知道自动装弹机中所剩下的弹数和目前坦克在什么地方等等。车辆系统中各部件的工作和测试也都由多微处理机系统控制和管理。这种系统结构的另一个优点是可以提高系统的可靠性,当一台微处理机发生故障时,系统可以重新编排结构,工作正常的微处理机可以代替有故障的微处理机的工作。

  近年来除了如目标角速度、炮耳轴倾斜、气温、气压等传统的弹道传感器仍在继续发展外,还出现了一些新的弹道修正传感器。

  国外近斯发现坦克炮射击的重要误差来源是炮口的运动,炮口运动是由火炮的快速连续射击及环境条件的改变所引起的。根据美国所作的实验表明,安装炮口校正装置,可将炮口偏移误差从几mrad,降至0.1mrad,从而大大提高火炮的射击精度。美国已研制成精度为±0.03~0.1mrad,频率响应为5kHz的炮口校正系统。法国第三代坦克勒克莱尔也将采用炮口校正装置。

  美国陆军目前正在进行激光测量风速的研究工作,已研制出了小型化的实验装置。激光器发射单频激光,激光遇到风载微粒向后散射,产生多普勒频移信号,利用外差探测法进行检测,从而测出风速。法国的勒克莱尔坦克也将采用激光风速仪。

  为了充分发挥采用微处理机的数字式火控系统的优点,正在发展一些新的数字式弹道自动修正传感器,这样可以省掉一些模数转换装置,从而降低火控系统的复杂性和成本。

  由于指挥仪式火控系统具有行进间射击精度高,反应时间短,操作比较容易等优点,各国比较先进的新型坦克多数采用这种瞄准控制方式。预计在今后相当一段时间内,指挥仪式火控系统仍然是各国发展新坦克火控系统的主流。与此相适应,则发展高精度的稳定系统,如法国勒克莱尔的炮长主瞄准镜的稳定精度达到0.05mrad。

  自动跟踪技术可以减轻炮长的工作负担,缩短系统的反应时间,消除车体不稳定和人工跟踪不稳定所带来的误差,提高跟踪精度。因此也是今后坦克火控系统发展的热门课题之一,实现自动跟踪可借助于毫米波雷达、激光雷达、电视自动跟踪和热成像自动跟踪等技术。

  坦克火控系统是控制坦克武器(主要是火炮)瞄准和发射的系统,用以缩短射击反应时间,提高首发命中率。按瞄准控制方式分类,现代坦克火控系统可分为扰动式、非扰动式和指挥仪式3类。

  坦克火控系统包括潜望镜、瞄准镜、激光测距仪、坦克夜视仪、高低机和方向机、火炮稳定器和带有多种传感器的火控计算机。下面我们将逐一介绍。

  供观察用的潜望镜,分为无放大倍率和放大倍率的两种。无放大倍率的潜望镜,是根据光学中平面镜成像的原理,由镜体加上下反射镜等组成的。根据需要改变上下反射镜相对位置可制成不同潜望高度的潜望镜,有的还可制成旋转和俯仰式的,以便回转周视,增大观察范围。坦克上有车长观察潜望镜,炮长、二炮手用于搜索、观察的炮手潜望镜,驾驶员潜望镜,以及水陆坦克高潜望镜。

  有放大倍率的潜望镜可以增大视见距离。它是由上、下反射镜和物镜组,分划镜(有的没有),目镜组和镜体等组成的。有昼视、昼夜互换、昼夜组合、测光测距与昼夜视组合,稳像式的观瞄测距组合系统等类型。

  指挥潜望镜安装在炮塔的指挥塔前方位置上,可随指挥塔转动和相对指挥塔俯仰。指挥潜望镜是潜望镜和望远镜的结合,它既能观察较近目标,又能对较远的目标进行放大。它是车长用来观察战场,搜索和指示目标,判定火炮至目标的距离和测量射弹偏差用的望远观察仪器。

  坦克炮瞄准镜是供炮长操纵火炮和并列机枪时,用以发现目标,直接瞄准目标,测量距离,修正射弹偏差,观察战场,观察弹着点的一种光学仪器。坦克炮瞄准镜大多是光学绞链式直筒望远瞄准镜。它由物镜组、分划镜、光学绞链、变倍系统、目镜组和镜体等组成。它装在火炮左侧,镜头部分固定在火炮摇架左侧的瞄准镜支架上,接眼的目镜部分固定在炮长座位前面的活动吊架上,以便于炮长瞄准用。火炮俯仰时,通过镜筒中部的活动绞链使镜头的物镜一端随之俯仰,并通过炮塔前部椭圆形开口瞄准目标。目镜处有护眼圈和护额垫,以保证坦克颠簸时不致碰伤乘员。这种瞄准镜通常能将目标放大7~10倍(辨认远处目标和提高瞄准精度时用)和3.5~5倍(视场角较大,一般用作观察战场,搜索目标)两档,可以根据不同的需要,变换放大倍率。这种瞄准镜利用测距分划,只能对事先已知尺寸为2.7米高的目标(如敌坦克)进行测距,精度低,1000米的距离误差竟达80~100米。在装有较先进的火控系统的坦克上,这种瞄准镜仅作为辅助瞄准装置使用,即在先进的火控系统出现故障时才使用。

  近年来出现的指挥仪式火控系统中,炮长采用了独立稳定式瞄准镜,或称稳像式激光测距瞄准镜,如豹Ⅱ坦克上的EMSE-15型炮手用综合式瞄准镜。该瞄准镜内有一具备有两个放大倍率(如8倍、16倍)的单目光学潜望式瞄准镜、钕玻璃激光测距仪,以及稳定瞄准线的设备。稳定的主瞄准线在方向上有一定的活动范围,高低方向上则取决于火炮瞄准角的修正角度。其瞄准线的稳定多是在平行光路中通过稳定反射镜来实现的。光线从入射窗进来后,经反射镜反射,通过透镜、直角棱镜在分划镜上成像,观察者则通过目镜和棱镜组进行观察。这种指挥仪式火控系统的一般工作过程如下:炮长通过控制装置使瞄准线对准目标,此时火炮自动随动于瞄准线。对准目标后进行测距和跟踪,随后,火控计算机根据输入的距离、目标速度、倾斜角与各弹道修正参数,计算出提前角。该提前角信息仅输送给炮塔和火炮驱动系统,驱动火炮到达允许的射击提前位置。一旦火炮进入计算机所规定的允许射击位置,就自动进行射击。为了判断火炮是否进入允许射击位置,一般在系统中设有一个具有逻辑判断功能的重合电路或称射击门电路。由于这种瞄准镜有独立的瞄准线稳定装置,炮长直接控制的是瞄准线而不是火炮,需要稳定的往往只是一个棱镜或镜座,质量很小,所以瞄准线密位,远远超过了火炮的稳定精度,使射击精度大为提高,可以实现行进间对运动目标的射击。必须指出,瞄准线独立于火炮,动态精度虽然提高,但静态精度却有所降低。

  激光测距仪与昼夜间瞄准镜合成一体以及瞄准线的稳定,可使炮长不论在白天还是夜间,不论在原地还是在行进中都能判定目标距离并对目标进行准确的射击。美国的XM-803坦克装上这种瞄准镜以32公里/小时的速度越野时,瞄准线误差值在水平和高低两个方向上不大于0.5密位。坦克炮有了这种瞄准镜和其他先进的火控部件组成的火控系统,不管坦克如何颠簸,都能保证有较高的首发命中率。

  激光测距仪是用激光来测定坦克至目标距离的一种仪器。利用激光测距比用目测判断距离或用光学测距的精度都高,而且精度不受距离远近的影响;激光测距仪体积小,重量轻,操作和使用方便,易于掌握;抗干扰性强。但是,它在大雾弥漫能见度差激光衰减严重的情况下,无法测距。

  激光测距仪的测距原理是怎样的呢?大家知道,距离=速度×时间。激光测距仪就是根据这个基本道理设计的。测距时,激光测距仪向目标发时一个激光脉冲,由于目标的漫反射,部分能量被反射回激光测距仪。激光测距仪测量出从发射激光脉冲到接收到回波激光脉冲所经过的时间t、则激光测距仪到目标的距离S就可以求出。因为光速C约为30万公里/秒,在激光测距仪测量出的时间t内,激光经过一个来回路程,所以1/2Ct就是激光测距仪到被测目标的距离S。但是,由于光速极快,其运行几百米、几千米的时间,是用钟表无法精确测出的。采用时标振荡器(石英晶体振荡器)可以计时。这种振荡器振荡频率极高,比如每秒钟能产生3000万个晶振脉冲,每个脉冲的持续时间就是3000万分之一秒。测距时,在发射激光脉冲的同时,计数器开始记录晶振脉冲的个数,一直记到接收到回波激光为止。如果共记录n个脉冲,那么,n×3×10-7秒就是激光脉冲在激光测距仪和目标间往返一次的时间。显然,用这种方法可以精确地测量出时间t,从而算出目标的精确距离。

  第二次世界大战后期德国人在车辆上安装了一种仪器,使车辆在黑夜不开灯就可高速行驶,从而把V-2火箭在夜间送往前线,成功地避开了同盟国军队的监视和空袭。这种仪器就是最早的坦克夜视仪。现在的主动红外夜视仪就是由它演变而来的。所谓坦克夜视仪就是利用红外线或放大天然微光原理供坦克乘员进行夜间观察和瞄准的仪器。现代坦克上主要用主动红外夜视仪、被动红外夜视仪和微光夜视仪。

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