СПОСОБ ПРОТИВООБЛЕДЕНЕНИЯ НАЗЕМНОЙ ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК H01Q1/02 

Изобретение относится к системам противообледенения и термостабилизации наземных параболических антенн.

Известен "Чехол для спутниковой параболической антенны" (Изобретения стран мира. Тематическая подборка. М.: ВНИИПИ, 1997, вып.106, 4. Волноводы, резисторы, антенны - с.15 (22), 06.06.95 (21) 466292).

Упомянутое устройство содержит не менее трех секций из растягивающейся синтетической ткани. Соединение секций выполнено по кромкам с образованием прямых линий и объемной полостной структуры. Ткань натягивают.

Устройство предназначено для защиты параболической антенны от воздействия неблагоприятных климатических условий (дождя, снега, пыльных ветров).

Недостаток этого устройства заключается в ограниченности его функциональных возможностей в части термостабилизации антенны, так как оно не позволяет эффективно применить на нем активные средства термостабилизации (вентилятор, электронагреватель) из-за отсутствия в нем воздушных каналов для циркуляции воздуха.

Известно также "Противообледенительное устройство для радиолокационной системы" (Изобретения стран мира. Реферативный журнал. М., 1993, вып.106, 8. Волноводы, резонаторы, антенны - с.10).

Устройство состоит из пучка проводов, расположенных на экране, помещенных перед раскрывом антенны и соединенных комбинированным последовательно-параллельным соединением с ответвительными зажимами источника питания, таким образом, что через каждый из них проходит ток нагрева. Эта система обеспечивает двойной защитный эффект: от противовоздействия ЭДС индукции (например, ядерного электромагнитного импульса) и от обледенения антенны.

Недостаток данного аналога заключается в том, что электронагреватель не обеспечивает термостабилизирующего воздействия на конструкцию антенны в целом, так как в нем отсутствуют соответствующие конвективные тепловые связи между отдельными элементами.

В качестве прототипа выбрана термостабилизирующая система параболической антенны японского радиотелескопа (Академия наук Латвийской ССР. Радиоастрофизическая обсерватория. В.С. Поляк, Э.Я. Бервалдс. Прецизионные конструкции зеркальных радиотелескопов. Опыт создания, проблемы анализа и синтеза. Рига: Знание, 1991, с.135-137, рис.3.49).

Прототип содержит рефлектор (отражательный щит зеркала), закрепленный на ферме (каркасе), теплоизолирующий кожух, образующий воздушную полость, в которой расположен каркас, вентилятор, температурные датчики. Устройство предназначено для термостабилизации рефлектора и каркаса в переменных климатических условиях.

Устройство прототип работает следующим образом. При воздействии на антенну различных климатических факторов, когда увеличивается градиент температуры по каркасу в радиальном направлении, например приближается к крайним значениям диапазона ±0,5^oС/м, в работу включается вентилятор, при этом воздух, циркулирующий в замкнутой воздушной полости, выравнивает температурное поле каркаса. Недостаток работы данного устройства в том, что оно не обеспечивает в достаточной степени равномерность тепловой связи различных участков конструкции путем обдува их воздушным потоком. Вблизи вентилятора участки конструкции обдуваются воздухом с большей скоростью, чем удаленные от него, и поэтому температура первых обеспечивается значительно ближе к осредненной температуре воздуха по сравнению с температурой удаленных участков. При этом коэффициенты теплоотдачи между потоком воздуха и обдуваемыми участками поверхностей существенно отличаются друг от друга (уменьшаются по направлению потока с одновременным уменьшение разницы температур между воздухом и обдуваемыми участками поверхностей). Что приводит к снижению эффективности противообледенения и термостабилизации в работе системы.

Цель предлагаемого решения - повышение эффективности способа и устройства противообледенения наземной параболической антенны.

Поставленная цель достигнута за счет того, что:
1. Нагретый воздух подают от центральной чести рефлектора вниз к его периферии, по которой затем направляют к верхней части рефлектора.

2. Воздушная полость обдува рефлектора выполнена разделенной перегородками на нижнюю и верхнюю полости и соединены между собой воздушными проходами по периферии рефлектора, а также в его центральной части, причем в последнем установлен тепловентилятор с направлением воздушного потока в нижнюю полость.

3. В качестве перегородок использованы радиальные элементы жесткости каркаса рефлектора, которые выполнены воздухонепроницаемыми.

4. В воздушный проход, выполненный в центральной части рефлектора, установлены дополнительные тепловентиляторы, параллельно с основным, причем с направлениями своих потоков в секторы, образованные радиально расположенными элементами жесткости каркаса рефлектора.

Таким образом, противообледенительное действие предложенного способа и устройства для его осуществления позволили сконцентрировать тепловое воздействие тепловентиляторов в первую очередь на той части рефлектора, на которой оседает мокрый снег. Такая концентрация обусловлена необходимостью дополнительного количества тепла, которое требуется на осуществление таяния снега на поверхности рефлектора, чтобы происходило его скатывание с поверхности, другими словами, требуется дополнительное количество тепла на фазовое превращение снега в жидкость. При этом воздух из нижней воздушной полости поступает в верхнюю не только под воздействием напоров, создаваемых работой вентиляторов, но и в связи с тем, что нагретый воздух поднимается вверх, так как его удельная плотность ниже охлажденного поверхностью рефлектора. Это создает дополнительную турбулизацию воздушного течения, улучшает тепловую связь с термостатируемой конструкцией антенны.

При этом повышается эффективность работы устройства и в части противообледенительного воздействия и в части термостабилизации антенны в целом.

Среди информационных материалов по данному классу техники, а также среди известных устройств данного типа авторами не обнаружены устройства противообледенения наземной параболической антенны с подобными существенными признаками, как у заявленного объекта.

Предлагаемое техническое решение показано на чертеже. Противообледенительная система наземной параболической антенны с рефлектором 1, установленным на каркасе с радиальными элементами 2 содержит: термочехол 3, установленный на каркасе рефлектора 1 и образующий нижнюю 4 и верхнюю 5 воздушные полости, разделенные перегородками 6 с образованием воздушных проходов 7 по периферии рефлектора 1, и проход 8 в центральной части рефлектора, тепловентиляторы 9, установленные параллельно в центральном воздушном проходе 8, коммутаторный блок 10 для управления тепловентиляторами 9, температурные датчики 11.

Противообледенительная система работает следующим образом. При температуре окружающей среды, близкой к 0^oС, и выпадении влажного снега происходит налипание его на нижнюю часть зеркала рефлектора. В вечеру, когда наступает похолодание, подтаявший днем снег замерзает на антенне и образуется обледенение антенны, которое приводит к ухудшению ее выходных частотных характеристик. Кроме того, происходит усугубление этого фактора из-за выхода температурных градиентов рефлектора 1 за пределы требований по термостатированию (обеспечения градиента температур, например не более ±0,5 ^oС/м). Этому способствует локальное изменение тепловой связи рефлектора с окружающей средой (лед ухудшает данную тепловую связь). Чтобы обеспечить требуемую термостабилизацию антенны, исключить ее обледенение, в работу включается противообледенительная система. По сигналам температурных датчиков 11 с учетом влажности окружающего воздуха происходит включение в работу тепловентиляторов 9 с помощью коммутационного блока управления 10. Тепловентиляторы 9 снабжены электрообогревателями для нагрева проходящего через них воздуха. Нагретый воздух под напором поступает в нижнюю полость 4, по проходам 7 поступает в верхнюю полость 5, откуда снова поступает на входы тепловентиляторов 9.

Конструкция радиально расположенных элементов жесткости 2 каркаса рефлектора 1 выполнена воздухопропускаемая и обеспечивает хорошую турбулизацию воздушного потока с повышенным коэффициентов теплопередачи между потоком воздуха и обдуваемым рефлектором 1. От нагрева рефлектора 1 воздушным потоком снег на его зеркале тает и скатывается с него. При этом часть тепла, переносимого потоком воздуха, тратится на фазовый переход снега в воду. Далее воздушный поток под напором поступает в верхнюю полость 5 и осуществляет ее термостатирование.

Кроме того, что эффективность циркуляции обеспечивается принудительно, дополнительно циркуляция воздуха осуществляется естественным образом в силу того, что нагретый воздух поднимается вверх, а после охлаждения от рефлектора 1 опускается вниз на вход тепловентиляторов 9. В этом одно из существенных отличий предложенного решения.

Применение нескольких тепловентиляторов 9, с одной стороны, определено необходимостью обеспечить заданную тепловую мощность системы противообледенения в зависимости от размеров антенны, с другой стороны, - необходимостью более равномерно обеспечить обдув рефлектора, для чего тепловентиляторы установлены с направление потоков в свои секторы, образованные радиально расположенными элементами жесткости 2. Эти элементы частично пропускают воздух через себя, турбулизируют его и в то же время в значительной степени обеспечивают равномерность распределения интенсивности обдува рефлектора 1 по всей его поверхности, что обеспечивает снижение температурных градиентов по конструкции антенны.

В предложенном устройстве два силовых элемента использованы в качестве перегородок, что исключило излишнее загромождение воздушного тракта элементами, увеличивающими сопротивление движению воздуха, что привело бы к снижению эффективности работы системы.

Предложенное решение применено на серийно выпускаемых наземных параболических антеннах. При этом применяются серийно выпускаемые тепловентиляторы с обеспечением тепловой мощности около 3 кВт.

Изобретение относится к способам и устройствам противообледенительных и термостабилизационных устройств. Техническим результатом является повышение эффективности противообледенения и термостабилизации антенны в работе предложенной системы. Сущность изобретения: нагретый воздух подают от центральной части рефлектора вниз к его периферии, по которой затем направляют к верхней части рефлектора. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ противообледенения наземной параболической антенны, включающий обдув нагретым воздухом под термочехлом тыльной стороны рефлектора с его каркасом, отличающийся тем, что нагретый воздух подают от центральной части рефлектора вниз к его периферии, по которой затем направляют к верхней части рефлектора. 2. Противообледенительная система наземной параболической антенны с рефлектором, установленным на каркасе с радиальными элементами жесткости, содержащая термочехол, установленный на каркасе с образованием воздушной полости для обдува рефлектора и каркаса, основной тепловентилятор, температурные датчики и коммутаторный блок системы управления, отличающаяся тем, что воздушная полость обдува рефлектора и каркаса выполнена разделенной перегородками на нижнюю и верхнюю полости, которые соединены между собой воздушными проходами по периферии рефлектора, а также в его центральной части, в последнем установлен основной тепловентилятор с направлением воздушного потока в нижнюю полость. 3. Система по п.2, отличающаяся тем, что в качестве перегородок использованы радиальные элементы жесткости каркаса рефлектора, которые выполнены воздухонепроницаемыми. 4. Система по п.3, отличающаяся тем, что в воздушный проход, выполненный в центральной части рефлектора, установлены дополнительные тепловентиляторы параллельно с основным, причем с направлением воздушных потоков в секторы, образованные радиальными элементами жесткости каркаса рефлектора.