УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ КОНТРРЕФЛЕКТОРА ЗЕРКАЛЬНОЙ АНТЕННЫ Российский патент 1997 года по МПК H01Q3/18 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в зеркальных антеннах для подвески и механического качания контррефлектора (КР).

Известны сканирующие зеркальные антенны, в которых отклонение диаграммы направленности производится за счет наклона (поворота) контррефлектора (Бахрах Л. Д. Галимов Г.К. Зеркальные сканирующие антенны: Теория и методы расчета. М. Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1981, с.127).

Известна подвеска КР антенны по авт. св. N 943932 кл. Н 01 Q 1/12, 1982 г. Известное устройство содержит опорную металлоконструкцию, на которой с возможностью качания относительно центра, расположенного на фокальной оси антенны между основным зеркалом и КР, смонтирована подвижная опора, жестко скрепленная с хвостовиком, на котором закреплен КР. Подвижная опора выполнена в виде сегмента шаровой оболочки, установленного в точечных опорах, закрепленных в неподвижном корпусе, установленном на упомянутой опорной металлоконструкции. Точечные опоры выполнены контактирующими с обеими поверхностями сегмента шаровой оболочки, центр кривизны которой совпадает с центром качания КР.

Недостатками известного устройства является то, что в нем КР качается относительно мнимого центра, что затрудняет контроль фактических углов поворота КР, а, следовательно, и управление контррефлектором. Кроме того, в известном устройстве КР не имеет определенных фиксированных направлений качания, что значительно усложняет оснащение устройства приводами качания и элементами системы управления. Вместе с этим, имея одинаковый для всех направлений радиус качания, устройство не может быть достаточно эффективно использовано в случаях, когда требуются разные траектории для разных направлений качания (например, при использовании качания КР для компенсации ошибок наведения или гравитационных деформаций основного зеркала, имеющего азимутально-угломестную монтировку).

Известно устройство для крепления КР 15-метрового субмиллиметрового радиотелескопа Джеймса Клерка Максвелла (Herman van de Stadt and Soap Verkerk. "Lorge chooping secondarymirror for the 15-m submillimeter Sames Clerk Makxwell telescope." Applied Opties, USA, 1987, v.26, N 16, p.3446-3454).

Известное устройство содержит поддерживающую КР опорную конструкцию в виде четырехноги, на которой с возможностью поворота относительно центра, расположенного на фокальной оси антенны, смонтирована штанга с КР. Последняя установлена в двухосном карданном подвесе (карданном шарнире), закрепленном на упомянутой опорной конструкции. Центр поворота штанги с КР геометрически совмещен с точкой пересечения осей карданного подвеса. На штанге со стороны, противоположной КР, закреплен стальной противовес. Поворот штанги с КР относительно осей карданного подвеса производится посредством двух пар электромагнитных приводов линейного перемещения (по существу соленоидов), закрепленных на упомянутой опорной конструкции и шарнирно связанных с КР с тыльной стороны его внешнего края. Упомянутые приводы линейного перемещения расположены параллельно фокальной оси антенны и установлены попарно диаметрально противоположно в двух плоскостях, проходящих через оси карданного подвеса. Управление направлением сканирования осуществляют путем изменения направления прохождения тока по двум парам электромагнитых приводов. Максимальный угол сканирования КР в фокальной плоскости составляет 8 угловых минут.

Недостатком известного устройства для крепления КР является то, что оно предполагает относительно небольшой диаметр КР и обеспечивает достаточно небольшие перемещения последнего. Кроме того, известное устройство обуславливает наличие противовеса для уравновешивания КР. Последнее, в частности, связано с тем, что в случае отсутствия противовеса компенсация неуравновешенности в зависимости от ориентации антенны должна обеспечиваться электромагнитными приводами (соленоидами), в результате меньше мощности привода остается на сканирующие движения КР.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков с заявляемым изобретением является устройство подвески КР антенны по авт.св. N 1307495, кл. H 01 Q 1/12, 1987 г).

Известное устройство содержит опорную металлоконструкцию, на которой с возможностью качания относительно центра, расположенного на фокальной оси антенны, смонтирована штанга с КР, кинематически связанная с приводным механизмом поворота КР. Приводной механизм выполнен в виде двух дугообразных направляющих, установленных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Одна из направляющих с помощью роликовых опор закреплена на упомянутой опорной металлоконструкции. На этой направляющей закреплены другие роликовые опоры, в которых установлена вторая направляющая, в центре которой закреплена штанга с КР. Центры кривизны дуг дугообразных направляющих совпадают между собой и с центром поворота КР. Роликовые опоры выполнены подпружиненными. В процессе работы антенны дугообразные направляющие с помощью приводов перекатываются в соответствующих роликовых опорах, обеспечивая поворот КР по двум фиксированным направлениям относительно центра поворота, расположенного на фокальной оси антенны.

Известное устройство предполагает оснащение КР приводами качания и приборами обратной связи с системой управления с помощью закрепленных на дугообразных направляющих зубчатых секторов, сцепленных с шестернями, которые установлены на валах приводов и приборов обратной связи.

Недостатком известного устройства является достаточно сложная конструктивная схема, которая предполагает поворот КР относительно мнимого центра. Это усложняет контроль фактического угла поворота КР и управление положением КР, что обуславливает увеличение ошибок наведения антенны.

К недостаткам известного устройства можно отнести также то, что оно предполагает применение для КР электромеханических приводов с зубчатыми передачами, которые вносят значительные погрешности в точность перемещения КР, что увеличивает ошибки наведения антенны. При этом изготовление подобных зубчатых передач требует прецизионного оборудования и обуславливает относительно высокие затраты на изготовление и обслуживание устройства.

Кроме того, изготовление дугообразных направляющих, радиус кривизны которых для антенн средних размеров измеряется единицами метров, требует уникального оборудования и специальной технологической оснастки, что обуславливает рост затрат на изготовление устройства для крепления КР.

Также можно отметить, что имеющиеся в приводном механизме подпружиненные опоры существенно повышают моменты сопротивления вращению, что приводит к увеличению потребной мощности привода и моментов инерции.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении эффективности поиска и обнаружении космических объектов с помощью зеркальных сканирующих антенн, а также в повышении эффективности слежения за упомянутыми объектами.

Указанная задача решается тем, что устройство для крепления контррефлектора зеркальной антенны, содержащее опорную металлоконструкцию, на которой с возможностью поворота относительно центра, расположенного на фокальной оси антенны, смонтирована штанга с контррефлектором, кинематически связанная с приводным механизмом поворота контррефлектора, согласно изобретению снабжено закрепленным на опорной металлоконструкции карданным шарниром, на котором смонтирована упомянутая штанга, при этом центр поворота последней геометрически совмещен с точкой пересечения осей карданного шарнира и центром тяжести штанги с контррефлектором. Упомянутый приводной механизм поворота контррефлектора выполнен в виде двух приводов линейного перемещения. Каждый из этих приводов закреплен на опорной металлоконструкции с помощью соответствующего карданного шарнира и шарнирно связан со штангой со стороны ее конца, противоположного контррефлектору.

Кроме того, устройство снабжено датчиками углового положения контррефлектора, каждый из которых связан с соответствующей осью соединенного со штангой карданного шарнира. Такое размещение датчиков углового положения КР благодаря совмещению центра поворота (качания) КР и точки пересечения осей карданного шарнира позволяет упростить контроль угла поворота КР и управление положением КР.

Каждый привод линейного перемещения может быть выполнен в виде агрегата, включающего корпус с размещенным в нем электромеханическим приводом, содержащим двигатель со статором и ротором, и закрепленную с возможностью вращения в упомянутом корпусе и неподвижную в осевом направлении ходовую гайку, которая снабжена ходовым винтом, шарнирно связанным с упомянутой штангой. При этом статор двигателя закреплен на внутренней поверхности корпуса, ротор на наружной поверхности ходовой гайки, а корпус связан с соответствующим карданным шарниром.

Вместе с этим ходовая гайка может быть выполнена из двух частей, установленных с возможностью ограниченного перемещения в осевом направлении одна относительно другой и взаимно подпружиненных в упомянутом направлении. Таким образом, может быть выбран люфт в резьбовом соединении между ходовым винтом и ходовой гайкой.

Технический результат от использования изобретения состоит в упрощении конструктивной схемы устройства для крепления КР зеркальной антенны и в повышении точности обеспечения углового положения КР. Кроме того, благодаря совмещению центра карданного шарнира (центра 0 поворота) и центра тяжести штанги с КР отпадает необходимость в противовесе для уравновешивания КР. Это позволяет снизить мощность привода, необходимую для сканирующих движений КР, и деформативность КР без увеличения его массовых характеристик. В результате предлагаемое устройство позволяет создать КР с лучшими геометрическими характеристиками, меньшего веса и момента инерции.

На фиг. 1 показано устройство для крепления контррефлектора зеркальной антенны, общий вид; на фиг. 2 схематично показана кинематическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 3 устройство крепления штанги с контррефлектором, узел А на фиг.1; на фиг. 4 устройство крепления привода линейного перемещения; на фиг. 5 устройство узла крепления ходовых винтов на хвостовике штанги, разрез Б-Б на фиг. 3.

Устройство для крепления контррефлектора зеркальной антенны содержит опорную металлоконструкцию 1, карданный шарнир 2, в котором закреплена штанга 3 с контррефлекторм 4. Последняя смонтирована с возможностью поворота относительно центра 0, расположенного на фокальной оси 5 зеркальной антенны. При этом упомянутый центр поворота геометрически совмещен с точкой пересечения осей карданного шарнира 2 и центром тяжести штанги с контррефлектором. Оси карданного шарнира 2 ориентированы таким образом, что одна из них расположена параллельно угломестной оси наведения зеркальной антенны (на чертеже не показана). Свободный конец (хвостовик) штанги 3 с помощью шарнира 6 соединен с приводным механизмом поворота контррефлектора. Упомянутый механизм выполнен в виде двух приводов линейного перемещения 7, 8, закрепленных на опорной металлоконструкции 1 с помощью карданных шарниров 9, 10. Приводы линейного перемещения ориентированы соответственно расположению осей карданного шарнира 2, обеспечивая поворот контррефлектора по двум взаимно перпендикулярным направлениям относительно центра 0 поворота, лежащего на фокальной оси 5. Для управления поворотом контррефлектора служат датчики углового положения контррефлектора 11, 12, каждый из которых связан с соответствующей осью карданного шарнира 2.

В варианте осуществления изобретения каждый привод линейного перемещения выполнен в виде агрегата, включающего корпус 13 с размещенным в нем электромеханическим приводом. Последний содержит двигатель со статором 14 и ротором 15 и ходовую гайку 16, закрепленную с возможностью вращения в корпусе 13 и неподвижную относительно него в осевом направлении. В корпусе 13 также размещены бесконтактный датчик положения ротора двигателя 17 и бесконтактный датчик скорости 18, представляющий собой тахогенератор. Ходовая гайка 16 снабжена ходовым винтом 19, который с помощью шарнира 6 связан с хвостовиком штанги 3. Статор 14 двигателя закреплен на внутренней поверхности корпуса 13, а ротор на наружной поверхности ходовой гайки 16. Корпус 13 связан с соответствующим карданным шарниром 9, 10, закрепленным на опорной металлоконструкции 1.

Ходовая гайка 16 выполнена из связанных между собой с помощью шпоночного соединения двух частей 20, 21, установленных с возможностью ограниченного перемещения в осевом направлении одна относительно другой и взаимно подпружиненных при помощи пружины 22. При этом одна из частей ходовой гайки закреплена с возможностью вращения в корпусе 13 и неподвижна относительно него в осевом направлении.

В варианте осуществления изобретения корпус 13 выполнен в виде двух встречно направленных стаканов 23, 24, скрепленных между собой фланцевым болтовым соединением 25. В корпусе 13 выполнены расточки, в которых установлены подшипниковые узлы 26 под ходовую гайку 16, внутри которой размещен ходовой винт 19, имеющий паз под направляющую шпонку 27. Ходовая гайка 16 выполнена в виде составной трубы с внутренней резьбой по концам и расточкой по внутреннему диаметру под пружину 22, обеспечивающую выбор зазора в зацеплении ходовой винт ходовая гайка. Шарнир 6 выполнен в виде двух пластин 28, 29 с гнездами под шаровые опоры ходовых винтов 19 и сферический вкладыш 30. Пластины подпружинены тарельчатыми пружинами 31.

Устройство для крепления контррефлектора зеркальной антенны работает следующим образом. В исходном положении продольная ось штанги 3 с контррефлектором 4 располагается вдоль фокальной оси 5, а оси карданного шарнира 2 и ходовых винтов 17 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через фокальную ось антенны. При подаче питания к исполнительному двигателю привода линейного перемещения 7 или 8 на соответствующую ходовую гайку 16 передается вращающий момент, который преобразовывается в поступательное перемещение ходового винта 19, который с помощью шарнира 6 поворачивает штангу 3 с контррефлектором 4 относительно центра 0 поворота. При этом благодаря шарнирному закреплению приводов на опорной металлоконструкции 1 и шарнирной связи приводов с хвостовиком штанги 3 обеспечивается самоустановка приводов линейного перемещения. При одновременной работе обоих приводов 7, 8 при управлении от ЭВМ (на чертеже не показана) может быть задана и отработана любая траектория поворота (качания) оси контррефлектора с отклонением его от исходного положения в пределах заданного угла качания.

В предлагаемом устройстве качание КР происходит относительно двух фиксированных направлений и жестко зафиксированного материального, а не мнимого, как у прототипа, центра поворота. При этом в механической цепи контроля положения КР отсутствуют кинематические погрешности. Все это обеспечивает возможность непрерывно в автоматическом режиме с высокой точностью осуществлять контроль положения КР, а следовательно, при необходимости вводить в работу привода качания требуемые поправки, т.е. управлять работой КР в режимах поиска и слежения за космическим объектом.

Таким образом, благодаря особенности исполнения устройства для крепления КР зеркальной антенны изобретение обеспечивает возможность повышения эффективности поиска и обнаружения космических объектов, а также возможность повышения эффективности слежения за упомянутыми объектами.

Устройство обеспечивает упрощение конструктивной схемы устройства для крепления контррефлектора (КР) зеркальной сканирующей антенны и повышение точности углового положения КР. Устройство содержит опорную металлоконструкцию, на которой закреплен карданный шарнир, в котором установлена штанга с КР. Последняя смонтирована с возможностью поворота относительно центра поворота, расположенного на фокальной оси зеркальной антенны. Центр поворота геометрически совмещен с точкой пересечения осей упомянутого карданного шарнира и центром тяжести штанги с КР. Оси карданного шарнира ориентированы таким образом, что одна из них располагается параллельно угломестной оси наведения зеркальной антенны. Штанга кинематически связана с приводным механизмом поворота КР. Приводной механизм выполнен в виде двух приводов линейного перемещения, каждый из которых закреплен на опорной металлоконструкции с помощью соответствующего карданного шарнира и шарнирно связан со штангой со стороны ее конца, противоположного КР. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для крепления контррефлектора зеркальной антенны, содержащее опорную металлоконструкцию, на которой с возможностью поворота относительно центра, расположенного на фокальной оси антенны, смонтирована штанга с контррефлектором, кинематически связанная с приводным механизмом поворота контррефлектора, отличающееся тем, что оно снабжено закрепленным на опорной металлоконструкции карданным шарниром, на котором смонтирована упомянутая штанга, при этом центр поворота последней геометрически совмещен с точкой пересечения осей карданного шарнира и центром тяжести штанги с контррефлектором, а упомянутый приводной механизм поворота контррефлектора выполнен в виде двух приводов линейного перемещения, каждый из которых закреплен на опорной металлоконструкции с помощью соответствующего карданного шарнира и шарнирно связан со штангой со стороны ее конца, противоположного контррефлектору. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено датчиками углового положения контррефлектора, каждый из которых связан с соответствующей осью соединенного со штангой карданного шарнира. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый привод линейного перемещения выполнен в виде агрегата, включающего корпус с размещенным в нем электромеханическим приводом, содержащим двигатель со статором и ротором, и закрепленную с возможностью вращения в упомянутом корпусе и неподвижную в осевом направлении ходовую гайку, которая снабжена ходовым винтом, шарнирно связанным с упомянутой штангой, при этом статор двигателя закреплен на внутренней поверхности корпуса, ротор на наружной поверхности ходовой гайки, а корпус связан с соответствующим карданным шарниром. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ходовая гайка выполнена из двух частей, установленных с возможностью ограниченного перемещения в осевом направлении одна относительно другой и взаимно подпружиненных в упомянутом направлении.