坦克稳定器的工作原理详解

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：坦克炮控系统工作在瞄准状态时是速度控制系统，简称调速系统。因此，本书就以坦克高低向稳定器为研究对象，这里，将讨论高低向稳定器的工作原理。稳定器分为稳定工作状态和瞄准工作状态，下面分别介绍两种工作状态的原理。稳定器的工作过程可表示为图5.2。

水平向稳定器主要包括速度传感器、角度传感器、极化继电器、电子管放大器、电机扩大机、炮塔电动机和方向机等，它是一个全电气自动控制系统。

水平向稳定器的角度传感器和速度传感器安装在火炮上。方向角度传感器在安装时，使它的外环轴线与耳轴线和炮身轴线相垂直，内环轴线与炮身轴线平行。水平向速度传感器在安装时，使它的陀螺仪环的轴线与炮身轴线相平行，陀螺仪的转子轴线则与火炮耳轴的轴线相平行，稳定器主要工作在稳定工作状态和瞄准工作状态。[89-91]

1.稳定工作状态

当炮塔位于原来规定的位置时，陀螺仪外环平面和基座地面平行，旋转变压器无信号输出，执行电机也不转，也就是火炮的水平瞄准方向不变。

坦克炮稳定的过程是：当坦克在行进间射击时，车体的振动和转向使坦克炮偏离瞄准目标的射角，这时，炮控系统中的陀螺仪发出一个与偏离角度成比例的信号，这个信号经过放大后控制执行机构，执行机构使坦克炮趋向并接近恢复到原来的射角。就目前的技术水平而言，坦克炮还不能完全恢复到原来的射角，总是存在一些偏差，常用密位（mil）作单位表示这个偏差的射角，即稳定精度。由此可见，稳定精度越小，稳定性越好。炮控系统工作在稳定状态时控制的是角度位置，这时是位置控制系统。

当车体产生水平方向的偏转，比如坦克在起伏不平的路面上行驶时，车体除了产生高低角振动外，同时在水平向上还会产生左右振动，火炮偏离原来方向上的位置。由于陀螺的定轴性使外环保持在原来所赋予的空间位置，基座相对转动出现失调角，从而使旋转变压器产生与此失调角相应的电压信号，速度陀螺仪则发出与炮塔转动方向相对应的速度电压信号，这个电压信号的大小与炮塔偏离稳定位置的角度成正比，角度和速度信号分别经过放大器的放大、处理后，经数据采集电路，然后加到炮控计算机上，由执行电机驱动炮塔相应转动，火炮机返回原来的瞄准方向，失调角消除。

2.瞄准工作状态

坦克在瞄准工作状态时，通过炮手转动操纵台本体接通瞄准电路，使瞄准电磁铁工作，产生一瞄准力矩，角度陀螺进动，使外环转动，旋转变压器发出一个对应于瞄准位置的失调角度信号，经放大器放大后送至炮控计算机，使执行电机驱动炮塔向需要的方向转动，炮塔转动的方向与速度取决于操纵台的方向和角度。操纵台转过的角度越大，炮塔转动得越快，炮塔转动的方向与操纵台本体转动的方向一致。操纵台本体返回至中间位置时，炮塔即停止在新的稳定位置上。速度陀螺仪的信号被送入炮控计算机，与角度误差信号共同作用，通过一定的算法控制炮塔的运动。

坦克炮瞄准的过程是：当发现目标后以最快（最大）速度把坦克炮调转过来，到接近目标时又以最慢（最小）速度进行精确瞄准。最快（最大）速度与最慢（最小）速度之比称为调速比，以D表示（D=最快速度/最慢速度），调速比D越大，瞄准时间越短。坦克炮控系统工作在瞄准状态时是速度控制系统，简称调速系统。在图5.1中，uR与操纵台手柄转动角度成正比，α0为坦克车体相对于初始地面位置所转过的角度，α1是坦克炮塔相对于车体转过的角度，α2是坦克炮塔转过的角度。

图5.1　坦克水平向炮控系统瞄准跟踪状态和稳定状态一起工作时的系统框图

在战场上，坦克炮随车体的振动将使炮身轴线偏离正确的射击位置，造成炮弹的射向在高低和水平方向上产生偏差。坦克炮的振动有纵向、横向和围绕纵轴的滚动等，其中以纵向振动对射击精度的影响最大。因此，本书就以坦克高低向稳定器为研究对象，这里，将讨论高低向稳定器的工作原理。

高低向稳定系统驱动和稳定的对象是火炮，其稳定器主要由操纵台、陀螺组件、液压系统（液力增压器、动力缸、补油箱）和辅助部件（自动闭锁器、角度限制器、高低机解脱装置电路和配电盒等）组成[102]。稳定器分为稳定工作状态和瞄准工作状态，下面分别介绍两种工作状态的原理。

1.稳定工作状态

当火炮处在稳定位置时，由于动力油缸上下腔无压力差，故火炮能够保持位置不变。但是，当坦克行驶在起伏不平的地面时，车体会产生俯仰振动，导致炮塔振动，然后通过火炮耳轴的摩擦力矩传给火炮，使火炮偏离原来的位置。由于陀螺具有定轴性，使得陀螺仪的外框架不动，而基座会随着火炮偏离一定的角度，因此外框架平面和基座平面之间不再平行而出现失调角，该失调角即火炮偏离稳定位置的误差角。由于旋转变压器的定子固定在基座上代替分划板，转子固定在外环轴上代替指针，因此旋转变压器定子相对于转子转过同样的角度，从而输出一个与失调角成一定比例的电信号。该信号经放大、相敏整流和差动放大，会产生一个与稳定电信号大小成正比的直流差动信号。然后，将该差动信号输出到液压放大器中，产生与电流差值成比例的转矩，导致泵输入到动力油缸上下腔两支油路的压力不一样。在动力油缸上下腔压力差的作用下，缸体带动火炮恢复到原来的稳定位置。在整个稳定过程中，角度传感器和速度传感器输出的电信号综合起作用，使稳定过程的速度和精度都较高。

2.瞄准工作状态

为了改变火炮的射击角度，坦克在瞄准工作状态下必须通过炮手转动操纵台握把，接通瞄准电路，瞄准电磁铁工作，给角度陀螺仪内环作用一瞄准力矩，角度陀螺进动，使外环转动。于是旋转变压器发出一个对应于瞄准位置的失调角度信号，并且输出与偏差角大小成比例的电压信号。该信号经转换和放大后，送给炮控计算机，由计算机发出指令信号控制动力油缸上下腔产生压力差，使动力油缸带动火炮运动。操纵台握把转角越大，瞄准电磁铁的电流越大，瞄准力矩也就越大，当操纵台本体返回中间位置时，火炮即停止在新的稳定位置上。在瞄准过程中，速度陀螺传感器产生的反馈信号与角度陀螺传感器产生的信号进行综合，形成合成信号输入放大器中。因此，只要调整角度信号和速度信号的适当比例，就能满足稳定器有关的技术指标要求。

综上所述：稳定器的工作进程实际上是通过失调角的转换、放大和传递而使火炮又反过来消除失调角的过程。在稳定工作情况，失调角是由火炮偏离稳定位置产生的；在瞄准工作情况，失调角是由陀螺仪外环的进动产生的。稳定器的工作过程可表示为图5.2。

图5.2　稳定器工作流程

坦克稳定器的工作原理详解

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