Баллистический компьютер что это
Баллистический вычислитель или Баллистический компьютер — это система для оказания помощи пилоту при сбросе неуправляемых/управляемых бомб или НАР. Пилоты современных ударных вертолётов и самолётов смогут переложить часть работы по наведению на плечи автоматики. Помимо этого, существуют две ключевые функции баллистического вычислителя:
- Constantly Computed Impact Point (CCIP) — непрерывно вычисляемая точка попадания;
- Continually Computed Release Point (CCRP) — непрерывно вычисляемая точка сброса.
CCIP постоянно рассчитывает, куда попадёт боеприпас, и даёт пилоту точку для прицеливания. CCRP позволяет игроку указать точку попадания, баллистический компьютер затем будет постоянно вычислять, в какой точке на траектории полёта необходимо будет выпустить боеприпасы, чтобы поразить цель.
Вычисление скорости горизонтального перемещения
Если дан снаряд с горизонтальной скоростью (S) и пиковой высотой (y_peak), то какими должны быть скорость и гравитация для поражения неподвижной мишени?
- Основное уравнение движения
- Решаем (1), подставив 2
- Зададим, что y_peak (пользовательская константа) снаряд достигает во время (1/2)t
- Зададим, что y_end (высота цели) снаряд достигает во время t
- Магия!
- Ещё магия!
- Вектор стрельбы равен (S, v.y) с гравитационным ускорением g
Пункты (3) и (4) — это ещё два уравнения с двумя неизвестными. Я ленивый и не хочу их записывать. Плюс я запутаюсь и перепутаю знак, поэтому позволю компьютеру решить их за меня.
Точнее, я воспользовался Wolfram Alpha. Рекомендую каждому иметь Wolfram в своём инструментарии, он довольно полезен.
Если a+c == 2b , то y0 , y_peak и y_end лежат на одной прямой. То есть мы стреляем по прямой.
Уравнения движения
Задача всегда начинается одинаково. У нас есть стреляющий и цель: под каким углом нужно стрелять снарядом, чтобы он поразил цель?
Существует четыре основных уравнения движения. В статье мы воспользуемся только одним.
Если объяснять на словах, то конечная позиция РАВНА исходной позиции ПЛЮС скорость, умноженная на время ПЛЮС половина ускорения, умноженная на время в квадрате. Это простое уравнение, для его решения необходимо немного алгебры и несколько тригонометрических тождеств.
Информационный контур
Можно предположить, что информационный контур – это прицельная система, но на самом деле это нечто большее.
Конечно, в первую очередь это прицел, который должен значительно повысить возможности стрелкового комплекса по поражению целей.
В настоящее время в США проводится программа перспективного стрелкового оружия отделения нового поколения (Next Generation Squad Weapon или NGSW), о предполагаемых итогах которой мы недавно говорили в статье «Американская программа перспективного стрелкового оружия NGSW: финал или фиаско».
Помимо перспективного стрелкового оружия, в рамках программы NGSW разрабатываются оптоэлектронные прицельные комплексы, включающие оптический и коллиматорный прицел в едином корпусе, лазерный дальномер, датчики метеоусловий, баллистический компьютер и встроенный экран для наложения изображения.
Можно предположить, что даже если разработка стрелкового оружия в рамках программы NGSW потерпит неудачу, то прицельный комплекс, созданный в рамках этой программы, обязательно будет востребован.
Прицельный комплекс компании Vortex Optics, разрабатываемый в рамках программы NGSW. Изображение Vortex Optics
Примерно такой же функционал должен быть реализован в составе прицельных приспособлений информационного контура перспективного автомата.
Коллиматорный и оптический прицелы должны быть полностью независимы друг от друга, за исключением системы электропитания (разумеется, оптический прицел должен функционировать и вовсе без электропитания, за исключением функций подсветки прицельной сетки и экрана наложения изображения).
Также в нём обязательно должна быть реализована система ближней радиосвязи (с дальностью порядка 1 метра) для получения и передачи информации на тактический компьютер бойца.
Например, это может быть целеуказание для выдачи координат цели, для её последующей атаки тяжёлым вооружением (в первую очередь подразумевается выдача координат неподвижной цели, а не подсвет её лазером, хотя в перспективе не исключена реализация и возможности подсвета цели).
В свою очередь в прицел может выдаваться информация о потенциальных целях на поле боя, полученная от других средств разведки, в виде указателя направления на цель и её типа. К примеру, командир отделения может указать на карте позицию снайпера, как приоритетную цель, после чего у всех бойцов отделения в прицеле появится стрелка с пиктограммой «перекрестие прицела», означающей снайпера.
Или акустические датчики, расположенные на защитном шлеме бойца/группы бойцов, при обнаружении звуков подлетающего микро-БПЛА, укажут на него соответствующей пиктограммой «квадрокоптер» и стрелкой-направлением.
Акустические системы потенциально могут выдавать направление и на источники стрельбы, причём можно выделять типы оружия – пулемёт, снайперская винтовка, автомат.
Если все «свои» связаны в сеть, то точность такой распределённой акустической системы будет достаточно высока, кроме того, зная координаты «своих», компьютер сможет исключить учёт их выстрелов.
При наведении оружия в направлении на выбранную цель, прицел должен высвечивать дальность до цели, если она известна, например, по данным от командира, который определил координаты цели своими средствами разведки, если же это, например, БПЛА, и дальность до него изначально неизвестна, то она может быть получена с помощью лазерного дальномера, входящего в состав прицела.
К примеру, дальность, полученная от стороннего источника, может высвечиваться красным, а от собственного лазерного дальномера – зелёным.
В прицеле может быть показано и направление на «своих», оснащённых аналогичным оружием и экипировкой, для уменьшения вероятности «дружественного огня».
Для повышения точности стрельбы ствол оружия может быть совмещён с системой контроля изгиба ствола, примерно такой же, что используется для контроля искривления, например, танковых орудий. Поправки, которые необходимо учесть из-за искривления ствола от нагрева, могут автоматически выводиться в прицеле оружия.
Одним из важнейших преимуществ могла бы стать реализация системы опознавания «свой-чужой».
К примеру, если боец сомневается, является ли видимая цель противником, то он направляет на неё прицел и нажимает кнопку «опознавание», после чего прицел посылает короткий импульс модулированного лазерного луча. Если цель «своя», то датчики на экипировке распознают запрос и отправляют ответ «свой» по системе радиосвязи подразделения.
Также в прицел может выдаваться информация о количестве патронов в магазине, полученная с помощью оптических и/или тензометрических датчиков – это может быть точная цифра или указатель красный/жёлтый/зелёный.
Ну и наконец, информационный контур должен включать в себя эксплуатационные параметры, например, температуру ствола в виде указателя перегрева. Получив информацию о перегреве ствола, боец может перейти на стрельбу одиночным огнём, чтобы исключить повреждение ствола и снижение точности стрельбы.
Все эксплуатационные параметры – расход патронов, изменение температуры ствола и другие, должны фиксироваться в микросхеме памяти, которая в условиях базы может быть считана на специальном диагностическом оборудовании для определения степени износа оружия.
Как уже говорилось выше, отказ информационного контура не должен приводить к отказу боевого.
Дальность
При разработке видеоигр нам, вероятно, нужно будет знать максимальную дальность полёта снаряда. Искусственный интеллект должен понимать, насколько близко нужно подойти, а игрокам нужны чёткие наглядные индикаторы опасных зон.
Существует очень простое уравнение максимальной дальности на плоской поверхности. Мы сразу же ринемся в омут с головой и начнём с обобщённого вида.
Если дан снаряд с постоянной скоростью (S) и гравитацией (G), то какой будет его максимальная дальность полёта?
- Подставим известные нам переменные (y0, S, G) в основное уравнение движения.
- Применим формулу корней квадратного уравнения. Отбросим меньшее значение.
- Подставим t в x = S*cos θ*t и упростим.
Для тестирования и визуализации я создал демо на Unity. В нём используются чайники, стреляющие чайниками. Пиф-паф!
В демо есть несколько ползунков. В видео показан индикатор дальности стрельбы нашего чайника-турели. При увеличении скорости увеличивается дальность. При снижении гравитации дальность тоже растёт. Всё довольно просто.
Скорость горизонтального перемещения
Я часто предпочитаю задавать горизонтальную скорость снаряда, только в плоскости земли. Тогда я могу явным образом задать высоту дуги. То есть переменной становится скорость и гравитация.
Такой подход имеет множество преимуществ. Во-первых, он всегда выглядит красиво!
Во-вторых, его дизайн более интуитивен. Дизайнеров не волнует абсолютная скорость. Им важно, что турель имеет дальность 20 метров и что для перемещения на это расстояние снарядам требуется 1 секунда. Они не обязаны пользоваться строящим графики калькулятором, чтобы менять значения баланса. А художественные изменения не должны влиять на геймплейные механики.
В-третьих, так проще попадать по движущейся мишени. Чуть позже я раскрою это подробнее.
Вот как это выглядит:
Способ второй
Прежде чем я нашёл первый способ, я вывел решение другим способом. Оно состоит из гораздо большего количества шагов. Однако я нахожу конечный результат более изящным. Плюс я потратил примерно восемь листов бумаги и не хочу, чтобы эти деревья пожертвовали собой зазря.
Чёрт возьми. 32 шага!? Это хуже, чем кажется.
1–7 — объявляем переменные.
8–11 — объявляем систему уравнений. Четыре уравнения, четыре неизвестных — d, e, f, t.
12–15 — вычисляем по (8) величину d. Перемножаем d^2 на будущее.
16–19 — вычисляем по (10) величину f. Перемножаем f^2 на будущее.
20–24 — вычисляем по (9) величину e. Перемножаем e^2 на будущее.
25–27 — вычисляем по (11) величину e^2. Подставляем d^2 и f^2.
28–30 — приравниваем (27) к (24). Умножаем на t^2 и преобразуем в уравнение четвёртой степени.
31 — подставляем коэффициенты в SolveQuartic.
32 — подставляем положительные вещественные корни в (14), (18), (23) для d, e, f.
Код довольно короткий. Объявлению переменных отведено больше строк, чем самим вычислениям! Разумеется, кроме SolveQuartic.
Применение CCRP
Зажав кнопку сброса бомб, можно увидеть что они не уходят с пилонов, но вместо этого появится перекрестие вокруг кружка на вертикальной линии. Необходимо удерживать кнопку сброса бомб, одновременно удерживая прицел на кружке. По мере приближения к цели нужно корректировать направление самолёта тангажом, однако никаких лишних движений рулём направления или элеронами совершать не стоит. То есть нужно держать самолёт максимально ровно по курсу. По мере приближения к цели горизонтальная линия будет приближаться к кружку и в нужный момент автоматика сама сбросит бомбы.
При разработке видеоигр часто встречается задача вычисления угла выстрела для попадания в цель. Она настолько распространена, что я писал код для её решения в буквальном смысле для каждой игры, над которой работал.
Когда возникала эта проблема, я обычно брал ручку с блокнотом и решал её с нуля. Мне это надоело. Чтобы сэкономить себе из будущего немного времени, я выложу это решение в Интернет. Кроме того, я расскажу о необычной «фишке», которую предпочитаю использовать из соображений эстетики.
Угол стрельбы для попадания по неподвижной мишени
Теперь начинается интересное.
Если снаряд имеет постоянную скорость (S), а гравитация равна (G), то под каким углом его нужно выстреливать, чтобы попасть в неподвижную мишень?
Бах. Теперь у нас есть два уравнения и два неизвестных. Давайте их проанализируем.
- Первое уравнение, два неизвестных (t, θ)
- Второе уравнение, два неизвестных (t, θ)
- Вычислить t из (1)
- Подставить (3) в (2)
- Тригонометрическая подстановка: sin θ/cosθ = tanθ
- Тригонометрическая подстановка: 1/(cos θ)^2 = 1 + (tan θ)^2
- Развернём и преобразуем
- Формула корней квадратного уравнения
- Умножим верхнюю/нижнюю часть на -S^2/x. Перенесём S^4/x^2 под корень
- Применим к каждой части арктангенс
Инструменты
При создании этого поста я использовал несколько инструментов. Многие из них были для меня новыми.
-
для создания демо. , Affinity Designer и MSPaint для создания изображений. + MathJax для формул LaTeX. для преобразования последовательности скриншотов в анимацию. для встраивания анимаций. . Пиу-пиу!
Уравнения четвёртой степени
Скорее всего, вы не захотите использовать его в своей игре именно из-за уравнений четвёртой степени. По сути, для решения требуется одно из таких уравнений.
Квадратные уравнения имеют простое и изящное решение в виде формулы корней квадратного уравнения. Кубические уравнения решаемы несколькими разными способами. Однако уравнения четвёртой степени — это настоящая головная боль.
Решение таких уравнений находится далеко за рамками этой статьи. Честно говоря, и за пределами моих математических способностей. К счастью для нас, в книге 1990 года Graphics Gems I есть код для решения уравнений четвёртого порядка. Я использовал этот код для своего демо. Не могу гарантировать его точности и численной устойчивости, используйте его крайне осмотрительно.
Баллистический вычислитель: управление
Чтобы использовать в бою баллистический вычислитель рекомендуется назначить некоторые клавиши или использовать многофункциональное меню (в нём некоторые функции отсутствуют).
Баллистический вычислитель: Управление | ||
---|---|---|
Элемент управления | Клавиши по умолчанию (клавиатура & мышь) | Описание |
Баллистический вычислитель пушек/ракет (вкл./выкл.) | Не назначено | Включает или выключает баллистический вычислитель. |
Активация точки прицеливания | Не назначено | Помечает целевую точку туда, куда указывает прицел игрока. |
Деактивация точки прицеливания | Не назначено | Удаляет ранее размещённую целевую точку |
Переключение цели для бомбардировки | Не назначено | Автоматически размещает точку цели на точке бомбометания (аэродроме или базе). |
CCIP для пушек
CCIP для пушек всегда активирован для техники, у которых он есть (независимо от того, включен ли баллистический вычислитель). Узнать это можно по появившемуся индикатору «ПРЦЛ» рядом с количеством боеприпасов, для которых активен CCIP. Для самолётов, как только баллистический компьютер наведёт прицельную сетку на точку на фоне земли (примерно до 2,6 км), активируется CCIP. Когда CCIP активирован, прицельная сетка получит набор угловых перекрестий (означает, что CCIP активен) и переместится в точку на земле, куда попадут снаряды.
Для вертолётов активация CCIP для пушек приведёт к тому, что прицельная сетка оружия получит дополнительные перекрестие. Для вертолётов с турельным вооружением, таких как AH-64D «Apache» или Ми-28НМ CCIP не слишком эффективен, однако для вертолётов с фиксированными орудиями, например G-LYNX или Ка-50 CCIP ведет себя так же, как и для самолётов, хотя и с большей дальностью.
CCIP для НАР
Для самолётов и вертолётов, как только баллистический компьютер наведёт прицельную сетку в точку на земле (примерно до 5,2 км), активируется CCIP. Когда CCIP активирован, прицел станет в виде буквы «X» и переместится в точку на земле, куда приземлятся ракеты. С его помощью можно с большой точностью пускать НАР в цель.
Баллистический вычислитель для НАР на вертолётах
Баллистический вычислитель для НАР на самолётах
CCIP для бомб
CCIP для бомб всегда активирован для техники, у которых он есть (независимо от того, включен ли баллистический вычислитель). Самолёт с CCIP для бомб будет иметь индикатор «ПРЦЛ» рядом с количеством соответствующих боеприпасов. Он отображает бомбовый прицел (как в аркадном режиме) на земле, чтобы указать точно, где упадут бомбы.
Баллистический вычислитель для бомб на вертолётах
Баллистический вычислитель для бомб на самолётах
Применение CCRP
Зажав кнопку сброса бомб, можно увидеть что они не уходят с пилонов, но вместо этого появится перекрестие вокруг кружка на вертикальной линии. Необходимо удерживать кнопку сброса бомб, одновременно удерживая прицел на кружке. По мере приближения к цели нужно корректировать направление самолёта тангажом, однако никаких лишних движений рулём направления или элеронами совершать не стоит. То есть нужно держать самолёт максимально ровно по курсу. По мере приближения к цели горизонтальная линия будет приближаться к кружку и в нужный момент автоматика сама сбросит бомбы.
Основной задачей танка является обеспечение эффективного ведения огня из пушки с места и с ходу в любых метеорологических условиях по подвижной и неподвижной цели. Для решения этой задачи на танке имеются приборы и системы, обеспечивающие поиск и обнаружение цели, наведение пушки на цель и учет всех параметров, влияющих на точность ведения огня.
На советских и зарубежных танках до 70-х годов СУО не существовало, был набор оптических и оптоэлектронных приборов и прицелов с нестабилизированным полем зрения и оптическими дальномерами, не обеспечивающими необходимую точность измерение дальности до цели. Постепенно на танках были внедрены приборы со стабилизацией поля зрения и стабилизаторы вооружения, позволившие наводчику при движении танка удерживать прицельную марку и пушку на цели. Перед выстрелом наводчик должен был определить ряд параметров, влияющих на точность ведения огня, и учитывать их при стрельбе.
При таких условиях точность ведения огня не могла быть высокой. Требовались устройства, обеспечивающие автоматический учет параметров стрельбы, независимо от квалификации наводчика.
Сложность задачи объяснялась слишком большим набором параметров, влияющих на ведение огня и невозможностью точно учесть их наводчиком. На точность стрельбы из танковой пушки влияют следующие группы параметров:
— баллистика системы пушка-снаряд с учетом метеорологических условий стрельбы;
— точность прицеливания;
— точность согласования линии прицеливания и оси канала ствола пушки;
— кинематика движения танка и цели.
Баллистика для каждого типа снаряда зависит от следующих характеристик:
— дальности до цели;
— начальной скорости снаряда, определяемой:
а) температурой пороха (заряда) в момент выстрела;
б) износом канала ствола пушки;
г) качеством пороха и соблюдением технических требований снаряжения гильзы;
— скорости бокового ветра на траектории полета снаряда;
— скорости продольного ветра на траектории полета снаряда;
— давления воздуха;
— температуры воздуха;
— точности соответствия геометрии снаряда технической и технологической документации.
Точность прицеливания зависит от следующих характеристик:
— точности стабилизации линии прицеливания по вертикали и горизонту;
— точности передачи изображения поля зрения оптическими, электронными и механическими узлами прицела от входного окна до окуляра прицела;
— оптических характеристик прицела.
Точность согласования линии прицеливания и оси канала ствола пушки зависит от:
— точности стабилизации пушки по вертикали и горизонту;
— точности передачи положения линии прицеливания по вертикали по отношению к пушке;
— смещения линии прицеливания прицела по горизонту относительно оси канала ствола пушки;
— изгиба ствола пушки;
— угловой скорости движения пушки по вертикали в момент выстрела .
Кинематика движения танка и цели характеризуется:
— радиальной и угловой скоростью движения танка;
— радиальной и угловой скоростью движения цели;
— креном оси цапф пушки.
Баллистические характеристики танковой пушки задаются таблицей стрельбы, содержащей информацию об углах прицеливания, времени полета до цели и поправках на коррекцию баллистических данных в зависимости от дальности до цели и условий стрельбы.
Из всех характеристик наибольшее влияние оказывает точность определения дальности до цели, поэтому для СУО принципиально важно было использование точного дальномера, который появился только с внедрением лазерных дальномеров, обеспечивающих необходимую точность независимо от дальности до цели.
По набору характеристик, влияющих на точность стрельбы из танка, видно, что задача в полном объеме может быть решена только специальным вычислителем. Из двух десятков характеристик необходимая точность части из них может быть обеспечена техническими средствами прицела и стабилизатора вооружения (точность прицеливания, точность стабилизации пушки, точность передачи линии прицеливания по отношению к пушке), а остальные могут быть прямыми или косвенными методами определены датчиками входной информации и учтены при автоматической выработке и введении баллистическим вычислителем соответствующих поправок при стрельбе.
Принцип работы танкового баллистического вычислителя основан на формировании в памяти вычислителя баллистических кривых для каждого типа снаряда методом кусочно-линейной аппроксимации таблиц стрельбы в зависимости от дальности, метеобаллистических и кинематических условий движения танка и цели при стрельбе.
По этим данным рассчитывается угол прицеливания пушки по вертикали и время полета снаряда до цели, по которому с учетом угловой и радиальной скорости движения танка и цели определяется угол бокового упреждения по горизонту. Углы прицеливания и бокового упреждения через датчик угла положения линии прицеливания по отношению к пушке вводятся в приводы стабилизатора вооружения и пушка на эти углы рассогласовывается с линией прицеливания. Для этого и нужен прицел с независимой стабилизацией поля зрения по вертикали и горизонту.
Такая система подготовки и производства выстрела обеспечивает наиболее высокую точность стрельбы и элементарно простую работу наводчика. Он должен только навести прицельную марку на цель, измерить нажатием кнопки дальность до цели и держать прицельную марку на цели до производства выстрела.
Внедрение на танке лазерного дальномера и танкового баллистического вычислителя привели к революционным изменениям в создании системы управления огнем танка, объединившей в единый автоматизированный комплекс прицел, лазерный дальномер, стабилизатор вооружения, танковый баллистический вычислитель, датчики входной информации. Система обеспечивает автоматический сбор информации об условиях стрельбы, расчет углов прицеливания и бокового упреждения и введение их в приводы пушки и башни.
Первые механические баллистические вычислители (арифмометры) появились на американских танках и М48 и М60. Они были несовершенны и ненадежны, ими практически нельзя было пользоваться. Наводчик вручную должен был набирать на вычислителе дальность и рассчитанные поправки через механический привод вводились в прицел.
На М60А1 (1965) механический вычислитель был заменен на электронный аналого-цифровой, а на модификации М60А2 (1971) был установлен цифровой вычислитель М21, обрабатывающий в автоматическом режиме информацию о дальности от лазерного дальномера и датчиков входной информации (скорости и направления движения танка и цели, скорости и направления ветра, крена оси цапф пушки). Данные о температуре и давлении воздуха, температуре заряда, износе канала ствола пушки вводились вручную.
Прицел был с зависимой от стабилизатора вооружения по вертикали и горизонту стабилизацией поля зрения и автоматически вводить углы прицеливания и упреждения в приводы пушки и башни было невозможно.
На танке «Леопард А4» (1974) был установлен цифровой баллистический вычислитель FLER-H, обрабатывающий информацию от лазерного дальномера и датчиков входной информации аналогично как на танке М60А2. На танках Леопард 2 (1974) и М1 (1974) использовались цифровые баллистические вычислители, работающие по такому же принципу и с таким же наборам датчиков входной информации.
Первый советский аналого-цифровой ТБВ был внедрен в СУО на первых партиях танка Т-64Б (1973) и впоследствии заменен на цифровой ТБВ 1В517 (1976). Баллистический вычислитель в автоматическом режиме обрабатывал информацию от лазерного дальномера и датчиков входной информации: датчика скорости танка, датчика положения башни по отношению к корпусу танка, сигнала с пульта наведения наводчика (по которым рассчитывались скорость и направление движения танка и цели), датчика скорости бокового ветра, датчика крена оси цапф пушки. Данные о температуре и давлении воздуха, температуре заряда, износе канала ствола пушки вводились вручную.
В прицеле наводчика была независимая стабилизация поля зрения и рассчитанные ТБВ углы прицеливания и бокового упреждения автоматически вводились в приводы пушки и башни, сохраняя неподвижной прицельную марку наводчика.
Советские танковые баллистические вычислители были разработаны в Отраслевой лаборатории Московского института электронной техники (МИЭТ) и внедрены в серийное производство, поскольку в промышленности на тот период не было опыта в разработке подобных устройств. Баллистический вычислитель 1В517 был первым советским цифровым баллистическим вычислителем для танка, впоследствии в МИЭТ были разработаны и приняты на вооружения целый ряд баллистических вычислителей для всех советских танков и артиллерии. В МИЭТ также были начаты первые проработки по созданию интегрированной танковой информационно-управляющей системы.
В СУО первого поколения значительная часть характеристик, влияющих на точность ведения огня, вводилась в ТБВ вручную. При совершенствовании СУО эта проблема была решена, практически все характеристики теперь определяются и вводятся в ТБВ автоматически.
Начальная скорость снаряда, зависящая от износа канала ствола пушки, температуры и качества пороха, стала фиксироваться устройством определения скорости снаряда при вылете из пушки, устанавливаемом на стволе пушки. С помощью этого устройства ТБВ автоматически вырабатывает поправку на изменение скорости снаряда от табличной для второго и последующих выстрелов этим типом снаряда.
Изгиб ствола пушки, который изменяется в зависимости от нагрева ствола при темповой стрельбе и даже от солнечного света, стал учитываться устройством учета изгиба, устанавливаемого также на стволе пушки. Сведение линии прицеливания прицела по горизонту и оси канала ствола пушки стало осуществляться не на постоянной усредненной дальности, а по рассчитанной ТБВ дальности в точке нахождения цели.
Температура и давление воздуха, скорость бокового и продольного ветра автоматически учитываются и вводятся в ТБВ с помощью комплексного датчика состояния атмосферы, устанавливаемого на башне танка.
Освежим знания
Прежде чем начать, давайте вкратце освежим память.
Если дан снаряд с постоянной скоростью S и углом выстрела θ (theta), то мы можем вычислить компоненты скорости x и y. Или если есть S и мы каким-то образом найдём y, то можем вычислить θ и x.
Мы используем алгебру.
Мы часто будем пользоваться формулой корней квадратного уравнения.
Вспомогательный контур
Вспомогательный контур предназначен для пассивного и активного улучшения характеристик оружия.
В чём это выражается?
Например, на ствол может быть установлен специальных кожух, на основе теплопроводных трубок, заполненных легкокипящей жидкостью, которые будут эффективно отводить тепло от ствола за счёт изменения агрегатного состояния (кипения) охлаждающей жидкости. Эта часть вспомогательного контура является пассивной и не требует затрат электроэнергии.
В то же время установленная в прикладе микротурбина с электроприводом будет осуществлять продувку внешней оребрённой поверхности тепловых трубок уже для их охлаждения. Включение и работа активного охлаждения могут осуществляться при нажатии спускового крючка и данным термодатчика информационного контура, т. е. при выстреле продувка включается в любом случае, а отключается только по показаниям термодатчика.
В совокупности применение подсистем пассивного и активного охлаждения ствола позволит дольше вести интенсивный бой без потери точности и повышенного износа ствола.
Размещение в прикладе небольшой ёмкости со сжатым воздухом высокого давления позволит осуществлять периодическую очистку оптики, а в случае крайнего загрязнения и самого оружия. Небольшая колба с воздухом под давлением порядка 250–300 атмосфер позволит несколько десятков раз продуть линзы прицела или несколько раз выбить грязь из автомата.
Разумеется, в конструкции автомата и прицела должны быть предусмотрены совместимые каналы для подачи сжатого воздуха.
Для питания всех энергопотребителей в прикладе могут размещаться два аккумулятора LiFePo формата 18650 или 21700 – этот тип аккумуляторов пожаро- и взрывобезопасный и может работать при достаточно низких температурах.
Питание вспомогательного контура должно осуществляться от одного аккумулятора, информационного – от обоих, поскольку его приоритет выше.
Плата управления, аккумуляторы и ёмкость со сжатым воздухом высокого давления могут располагаться в прикладе оружия
К вспомогательному контуру также могут относиться такие подсистемы, как тактический фонарь, лазерный целеуказатель и т. п., которые могут как подключаться к системе питания вспомогательного контура, так и быть оснащены независимыми встроенными источниками питания.
Почему выбран именно такой порядок приоритета – боевой контур, информационный, вспомогательный?
Ну, с боевым – всё понятно, если оружие не стреляет, то от прицела толку мало.
Вспомогательный контур стоит на третьем месте, поскольку работа прицельных приспособлений, во-первых, куда более важна, чем активное охлаждение ствола, а во-вторых, куда менее энергозатратна. К примеру, аккумулятор, отведённый на вспомогательный контур, будет разряжаться за 24 часа непрерывной работы, тогда как информационный контур проработает от него же неделю.
Кроме того, при отказе информационного контура мы не будем знать, функционирует ли вспомогательный.
Отказ вспомогательного контура не должен приводить к отказу боевого и информационного контуров.
Глядя на все подсистемы, приведённые в статье, может показаться, что в результате получится какая-то громоздкая неподъёмная бандура, которая будет только отвлекать бойцов от выполнения боевых задач. Однако это далеко не так, и общая масса всех подсистем вполне может уложиться в 1 килограмм, а насколько она будет удобна в использовании – зависит от её продуманности и реализации.
Конечно и килограмм – это тоже немало, но о решениях по снижению массы стрелкового оружия, а также о других способах повышения его эффективности мы поговорим в следующий раз.
Баллистический вычислитель или Баллистический компьютер — это система для оказания помощи пилоту при сбросе неуправляемых/управляемых бомб или НАР. Пилоты современных ударных вертолётов и самолётов смогут переложить часть работы по наведению на плечи автоматики. Помимо этого, существуют две ключевые функции баллистического вычислителя:
- Constantly Computed Impact Point (CCIP) — непрерывно вычисляемая точка попадания;
- Continually Computed Release Point (CCRP) — непрерывно вычисляемая точка сброса.
CCIP постоянно рассчитывает, куда попадёт боеприпас, и даёт пилоту точку для прицеливания. CCRP позволяет игроку указать точку попадания, баллистический компьютер затем будет постоянно вычислять, в какой точке на траектории полёта необходимо будет выпустить боеприпасы, чтобы поразить цель.
Заключение
Вот и всё. Я потратил на этот пост гораздо больше времени, чем ожидал. Я решил задачу, которую никогда не решал прежде и изучил несколько новых инструментов. И это того стоило.
В этом посте нет ничего нового или оригинального. Я пытался объяснять подробно, но чтобы не быть при этом слишком многословным. Мне очень нравится, что теперь полные описания можно найти в одном месте. Надеюсь, они окажутся полезными для людей.
Это мы говорим об оптическом прицеле, а когда речь заходит о прицелах ночного видения и тепловизионных прицелах, то всё ещё печальнее – их стоимость бывает просто запредельна.
Прицелы относятся к критичным технологиям, к примеру, зачастую из США проще вывезти винтовку, чем оптический прицел, их экспорт жёстко регулируется.
Оправданы ли такие затраты?
Да, более чем – именно прицел раскрывает потенциал оружия, позволяет использовать его возможности на 100 %.
Возьмите старую винтовку Мосина, установите на неё современный оптический прицел, и она во многом не уступит многим современным винтовкам сравнимого калибра.
Не только прицел – на эксплуатационные характеристики стрелкового оружия влияют и другие факторы – удобство рукояти и органов управления, приклада и т. д.
Логично, что наилучшие характеристики комплекс оружие/патрон/прицельная система покажет тогда, когда все элементы разрабатываются с единой целью, по единому замыслу.
Это приводит к появлению программ по созданию перспективных стрелковых комплексов, включающих в себя и оружие, и прицельные приспособления для него.
Можно предположить, что глубокая интеграция прицельных приспособлений и других умных технологий станет одним из наиболее важных путей совершенствования стрелкового оружия ближайшего будущего.
Сразу оговоримся – мы не рассматриваем стрелковое оружие для массовых армий. Наша целевая аудитория – это профессионалы с многолетней подготовкой.
Поэтому не стоит говорить – «это слишком дорого». Стоимость подготовки высокопрофессионального специалиста сил специальных операций велика сама по себе, и на его оружии тоже экономить не следует.
Перспективное стрелковое оружие предлагается логически и функционально разделить на три контура:
Рассмотрим их поподробнее.
Способ первый
Итак, давайте его решим. Каким должен быть угол выстрела снарядом с постоянной скоростью по движущейся мишени? Этот способ взят из поста 2007 года Джеймса Макнейлла и дополнен информацией Райана Джакетта.
- Где P — позиция мишени, а V — скорость мишени
- Возводим обе части в квадрат
- Преобразуем
- Вычисляем коэффициенты уравнения четвёртого порядка и вставляем в SolveQuartic
- Используем t для вычисления позиции мишени при вычислении траектории до неподвижной точки.
Баллистический вычислитель: управление
Чтобы использовать в бою баллистический вычислитель рекомендуется назначить некоторые клавиши или использовать многофункциональное меню (в нём некоторые функции отсутствуют).
Баллистический вычислитель: Управление | ||
---|---|---|
Элемент управления | Клавиши по умолчанию (клавиатура & мышь) | Описание |
Баллистический вычислитель пушек/ракет (вкл./выкл.) | Не назначено | Включает или выключает баллистический вычислитель. |
Активация точки прицеливания | Не назначено | Помечает целевую точку туда, куда указывает прицел игрока. |
Деактивация точки прицеливания | Не назначено | Удаляет ранее размещённую целевую точку |
Переключение цели для бомбардировки | Не назначено | Автоматически размещает точку цели на точке бомбометания (аэродроме или базе). |
CCIP для пушек
CCIP для пушек всегда активирован для техники, у которых он есть (независимо от того, включен ли баллистический вычислитель). Узнать это можно по появившемуся индикатору «ПРЦЛ» рядом с количеством боеприпасов, для которых активен CCIP. Для самолётов, как только баллистический компьютер наведёт прицельную сетку на точку на фоне земли (примерно до 2,6 км), активируется CCIP. Когда CCIP активирован, прицельная сетка получит набор угловых перекрестий (означает, что CCIP активен) и переместится в точку на земле, куда попадут снаряды.
Для вертолётов активация CCIP для пушек приведёт к тому, что прицельная сетка оружия получит дополнительные перекрестие. Для вертолётов с турельным вооружением, таких как AH-64D «Apache» или Ми-28НМ CCIP не слишком эффективен, однако для вертолётов с фиксированными орудиями, например G-LYNX или Ка-50 CCIP ведет себя так же, как и для самолётов, хотя и с большей дальностью.
CCIP для НАР
Для самолётов и вертолётов, как только баллистический компьютер наведёт прицельную сетку в точку на земле (примерно до 5,2 км), активируется CCIP. Когда CCIP активирован, прицел станет в виде буквы «X» и переместится в точку на земле, куда приземлятся ракеты. С его помощью можно с большой точностью пускать НАР в цель.
Баллистический вычислитель для НАР на вертолётах
Баллистический вычислитель для НАР на самолётах
CCIP для бомб
CCIP для бомб всегда активирован для техники, у которых он есть (независимо от того, включен ли баллистический вычислитель). Самолёт с CCIP для бомб будет иметь индикатор «ПРЦЛ» рядом с количеством соответствующих боеприпасов. Он отображает бомбовый прицел (как в аркадном режиме) на земле, чтобы указать точно, где упадут бомбы.
Баллистический вычислитель для бомб на вертолётах
Баллистический вычислитель для бомб на самолётах
Боевой контур
По сути, боевой контур, это то, чем стрелковое оружие является сейчас.
К примеру, «голый» автомат Калашникова – это боевой контур.
Боевой контур выполняет основной функционал стрелкового оружия – обеспечивает стрельбу.
Важнейший критерий боевого контура – это надёжность.
Боевой контур должен функционировать как при отказе информационного контура или вспомогательного контура, так и при их одновременном отказе.
Боевой контур может включать в себя несколько независимо функционирующих подсистем, например, автомат и подствольный гранатомёт, автомат и подствольный дробовик.
В комбинированном стрелковом оружии могут быть реализованы две стрелковые подсистемы разного типа/калибра, например, предназначенные для приоритетной работы на разной дальности (малоимпульсный промежуточный патрон для стрельбы очередями на дистанции до 300 метров и высокоточный мощный патрон для стрельбы на дальность до 1 000 метров одиночным огнём) – вопросы создания такого оружия рассматривались в статье «Комбинированное стрелковое оружие: причины, проекты и перспективы».
В идеале каждая подсистема боевого контура должна быть независимой и работать при отказе одной из них.
С другой стороны, возможно, что для снижения массы и оптимизации конструкции ряд конструктивных элементов у них может быть общим.
Постоянная скорость с подвижной мишенью
А что если нам нужно поразить подвижную мишень снарядом с постоянной скоростью? Ой-ёй. Это очень запутанная задача! Даже не знаю, как к ней подступиться.
За всю мою карьеру мне не доводилось её решать. Обычно в играх не нужна точная артиллерия. Это просто неинтересно! Вместо этого мы приблизительно вычисляем будущую позицию и целимся в случайную точку рядом с ней. Игроки воспринимают артиллерийский огонь как дождь из глупых снарядов, а не как гарантированную смерть с лазерным наведением.
В процессе написания этого поста я нашёл решение задачи снаряда с постоянной скоростью и движущейся мишени, которого не было в Интернете в готовом виде. Стоит заметить, что вам, вероятно, не понадобится реализовывать его в своей игре. Но я потратил на него много времени, поэтому не хочу, чтобы оно было потеряно впустую!
Предупреждение
Код, написанный для этого теста, не проверен в бою, а пост никем не рецензировался. Вероятно, в нём есть несколько опечаток, ошибок и неучтённых пограничных случаев. Если найдёте подобные ошибки, пожалуйста, сообщите мне. Втайне, чтобы никто не узнал о моём позоре.
Рассматривайте этот код не как готовое решение, а как опорную точку.
Баллистический вычислитель: управление
Чтобы использовать в бою баллистический вычислитель рекомендуется назначить некоторые клавиши или использовать многофункциональное меню (в нём некоторые функции отсутствуют).
Баллистический вычислитель: Управление | ||
---|---|---|
Элемент управления | Клавиши по умолчанию (клавиатура & мышь) | Описание |
Баллистический вычислитель пушек/ракет (вкл./выкл.) | Не назначено | Включает или выключает баллистический вычислитель. |
Активация точки прицеливания | Не назначено | Помечает целевую точку туда, куда указывает прицел игрока. |
Деактивация точки прицеливания | Не назначено | Удаляет ранее размещённую целевую точку |
Переключение цели для бомбардировки | Не назначено | Автоматически размещает точку цели на точке бомбометания (аэродроме или базе). |
CCIP для пушек
CCIP для пушек всегда активирован для техники, у которых он есть (независимо от того, включен ли баллистический вычислитель). Узнать это можно по появившемуся индикатору «ПРЦЛ» рядом с количеством боеприпасов, для которых активен CCIP. Для самолётов, как только баллистический компьютер наведёт прицельную сетку на точку на фоне земли (примерно до 2,6 км), активируется CCIP. Когда CCIP активирован, прицельная сетка получит набор угловых перекрестий (означает, что CCIP активен) и переместится в точку на земле, куда попадут снаряды.
Для вертолётов активация CCIP для пушек приведёт к тому, что прицельная сетка оружия получит дополнительные перекрестие. Для вертолётов с турельным вооружением, таких как AH-64D «Apache» или Ми-28НМ CCIP не слишком эффективен, однако для вертолётов с фиксированными орудиями, например G-LYNX или Ка-50 CCIP ведет себя так же, как и для самолётов, хотя и с большей дальностью.
CCIP для НАР
Для самолётов и вертолётов, как только баллистический компьютер наведёт прицельную сетку в точку на земле (примерно до 5,2 км), активируется CCIP. Когда CCIP активирован, прицел станет в виде буквы «X» и переместится в точку на земле, куда приземлятся ракеты. С его помощью можно с большой точностью пускать НАР в цель.
Баллистический вычислитель для НАР на вертолётах
Баллистический вычислитель для НАР на самолётах
CCIP для бомб
CCIP для бомб всегда активирован для техники, у которых он есть (независимо от того, включен ли баллистический вычислитель). Самолёт с CCIP для бомб будет иметь индикатор «ПРЦЛ» рядом с количеством соответствующих боеприпасов. Он отображает бомбовый прицел (как в аркадном режиме) на земле, чтобы указать точно, где упадут бомбы.
Баллистический вычислитель для бомб на вертолётах
Баллистический вычислитель для бомб на самолётах
Визуальное несовершенство
Взгляните на показанный выше gif. Когда чайник начинает стрелять, всё выглядит довольно неплохо. Высокая дуга красива и радует глаз. Низкая дуга кажется чёткой и эффективной.
Однако при увеличении дальности всё становится не таким красивым. Низкая дуга почти плоская. Высокая дуга чрезмерно высока. В этом и заключается проблема снаряда с постоянной скоростью. Он выглядит красиво, только когда цель находится на границах его радиуса дальности.
Существует ли способ получше?
Скорость горизонтального перемещения при подвижной мишени
Итак, у нас есть два разных вычисления траектории. Однако враги обычно не стоят на месте, они перемещаются. Нам нужно вычислять траекторию, чтобы поражать подвижную мишень.
Именно здесь проявляются все достоинства скорости горизонтального перемещения. Задав скорость в плоскости земли, очень просто выполнить вычисления для подвижной мишени.
- Где X — позиция мишени, а V — её скорость
- Возводим обе части в квадрат.
- Преобразуем в квадратное уравнение
- Применяем формулу корней квадратного уравнения
Меня это очень радует. Пиу-пиу-пиу!
Читайте также: