СПОСОБ ПРОТИВООБЛЕДЕНЕНИЯ НАЗЕМНОЙ ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2004 года по МПК H01Q1/42 

Предлагаемое изобретение относится к системам противообледенения и термостабилизации наземных параболических антенн.

Известно “Противообледенительное устройство для радиолокационной системы” (Изобретения стран мир. 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 антены в целом, так как в нем отсутствуют соответствующие конвективные связи между отдельными элементами.

Известна также термостабилизирующая система параболической антенны японского телескопа (Поляк B.C. и др. Прецизионные конструкции зеркальных радиотелескопов. Рига. Знание. 1990. С. 135-137, рис. 4.49).

Аналог содержит рефлектор (отражательный щит зеркала), закрепленный на ферменном 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 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°С/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 уменьшением разницы температур между воздухом и обдуваемыми участками поверхностей). Это приводит к снижению эффективности противообледенительного воздействия и термостабилизации в работе системы.

В качестве прототипа выбран “Способ противообледенения наземной параболической антенны и устройство для его осуществления”, патент Российской федерации №2192074, приоритет от 18.12.2000, кл. Н 01 Q 1/02.

Прототип включает рефлектор наземной параболической антенны, установленный на каркасе с радиальными элементами жесткости, термочехол, установленный на каркасе рефлектора и образующий нижнюю и верхнюю воздушные полости, разделенные перегородками с образованием воздушных проходов по периферии рефлектора и проход в центральной части рефлектора, тепловентиляторы, установленные параллельно в центральном воздушном проходе, коммутаторный блок для управления тепловентиляторами, температурные датчики.

В прототипе осуществлен способ противообледенения наземной параболической антенны, включающий обдув нагретым воздухом под термочехлом тыльной стороны рефлектора с его каркасом, а именно нагретый воздух подают от центральной части рефлектора вниз к его периферии, по которой затем направляют к верхней части рефлектора.

Особенности реализации способа заключаются в том, 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; в качестве перегородок использованы радиальные элементы жесткости каркаса рефлектора, которые выполнены воздухонепроницаемыми; 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.

Недостаток прототипа заключается в усложненной его конструкции, которая требует в обычной антенне заменять радиальные элементы жесткости (выполнять их воздухонепроницаемыми, в то время как они выполняются с равномерно расположенными отверстиями для снижения массы и температурной деформации с обеспечением требуемой их жесткости), разделять воздушную полость обдува рефлектора и каркаса перегородками на нижнюю и верхнюю полости, соединять их между собой воздушными проходами по периферии рефлектора, а также в его центральной части, выполнять в центре рефлектора воздушный проход с установкой в нем тепловентилятора.

Другой недостаток прототипа заключается в том, что направление обдува наиболее нагретым воздухом осуществляют от центральной части рефлектора с направлением вниз к нижней части ее периферии, что создает дополнительное сопротивление потоку из-за естественного стремления воздуха подниматься вверх, как наиболее нагретого. Это, с одной стороны, повышает сопротивление создаваемому потоку воздуха, с другой стороны, наиболее нагретый воздух воздействует в первую очередь на центральную часть рефлектора, а не на нижнюю, где образуется обледенение. Как следствие этого, антиобледенительная эффективность прототипа снижена.

Кроме того, коммутаторный блок системы управления не обеспечивает регулирования напряжений тепловентиляторов (самих вентиляторов и электронагревателей) в зависимости от показаний температурных датчиков, что приводит к ненужному расходу электроэнергии и ресурса тепловентиляторов при температурах окружающей среды, близких к 0°С, когда противообледенение рефлектора можно обеспечивать с минимальными затратами электроэнергии.

Цель предлагаемого решения - упрощение конструкции и повышение эффективности антиобледенения.

Поставленная цель достигнута за счет того, что:

1. Обдув нагретым воздухом после его нагревания осуществляют в нижней части рефлектора в направлении, ортогональном к его тыльной поверхности.

2. Тепловентилятор установлен в нижней части рефлектора с направлением воздушного потока, ортогональным тыльной стороне рефлектора.

3. В коммутаторный блок системы управления введен регулятор напряжения мощности, связанный с температурными датчиками.

Предлагаемое техническое решение показано на фиг.1, 2, на которых стрелками показаны направления движения воздуха соответственно в фас и в профиль. Противообледенительная система наземной параболической антенны с рефлектором 1, установленным на каркасе, выполненном с продуваемыми элементами жесткости 2, включает термочехол 3, установленный на каркасе с образованием воздушной полости 4 для обдува рефлектора 1 и каркаса, тепловентилятор 5, установленный в нижней части рефлектора 1 с направлением воздушного потока, ортогональным тыльной стороне рефлектора 1, температурные датчики 6 и коммутаторный блок 7 системы управления, установленные в указанной воздушной полости 4. В коммутаторный блок системы управления введен регулятор напряжения мощности, связанный с температурными датчиками.

Противообледенительная система работает следующим образом.

Чтобы не происходило налипание снега на нижнюю часть рефлектора 1 при температуре окружающей среды, близкой к 0°С, в работу включается тепловентилятор 5 коммутаторным блоком 7 системы управления по температурным датчикам 6. При этом образуется воздушный вихрь с напором в тыльную сторону нижней части рефлектора 1 (с направлением воздушного потока, ортогональным тыльной стороне рефлектора 1), на противоположной стороне которого может образоваться обледенение. В зоне вихря обеспечивается наибольшая интенсивность теплового и турбулентного воздействия воздушного потока на часть рефлектора с возможным образованием обледенения. Так как в зоне вихря воздух наиболее нагретый и, следовательно, имеет наименьшую удельную массовую плотность, то он, не только под напором, создаваемым вентилятором, но и за счет естественной конвекции будет распространяться в верхнюю часть воздушной полости 4, а также в стороны от зоны вихря. Радиальные продуваемые элементы жесткости 2 каркаса не только позволяют циркулировать через них воздуху, но и обеспечивают равномерное распределение воздушного потока по всей поверхности рефлектора 1, улучшают тепловую связь воздушного потока со всей конструкцией антенны за счет ее теплопроводности и тем самым улучшают термостатирование.

По мере поступления потока воздуха в верхнюю часть воздушной полости 4 он охлаждается поверхностью рефлектора 1, становится с более повышенной удельной плотностью и за счет естественной конвекции опускается в зону вихря и таким образом обеспечивается замкнутая равномерно распределенная циркуляция воздушного потока в воздушной полости 4.

В коммутаторный блок 7 системы управления введен регулятор напряжения мощности, связанный с температурными датчиками 6, который регулирует тепловую и расходно-напорную мощности тепловентилятора 5 по показаниям температурных датчиков путем изменения их рабочих напряжений. При среднем значении показаний температурных датчиков 6 ниже минус 1°С коммутаторный блок системы управления 7 включает тепловентилятор 5 и его электронагреватель в работу при максимально допустимых для них напряжениях питания (в режим интенсивной работы), а при среднем значении показаний температурных датчиков 6 выше плюс 1°С коммутаторный блок системы управления 7 включает тепловентилятор 5 и его электронагреватель в работу при минимально допустимых для них напряжениях питания (в режим пониженной интенсивной работы). Это позволяет более эффективно использовать расход электроэнергии и ресурс тепловентилятора для исключения обледенения антенны.

Суть предложенного решения заключается в том, что тыльную сторону нижней части рефлектора, с обратной стороны которой может образоваться обледенение, обдувают наиболее интенсивным вихревым (турбулизированным) воздушным потоком с наиболее высокой его температурой и тем самым повышают эффективность способа и устройства его осуществления. Кроме того, дополнительно повышена эффективность работы способа за счет естественной циркуляции воздуха из нижней части воздушной полости в верхнюю, упрощена реализация способа, так как она требует в основном только установки тепловентилятора. Ведение в коммутаторный блок 7 системы управления регулятора напряжения мощности тепловентилятора позволило дополнительно повысить эффективность работы предложенного устройства.

В известных источниках технической и патентной информации по данному классу техники авторами не обнаружены отличительные признаки, аналогичные защищаемым признакам.

Предложенное техническое решение в настоящее время проходит этап подготовки к внедрению на антенны разработки предприятия.

Изобретение относится к системам противообледенения и термостабилизации наземных параболических антенн. Технический результат заключается в упрощении конструкции и повышении эффективности антиобледенения. Сущность изобретения заключается в том, что обдув нагретым воздухом осуществляют в нижней части рефлектора в направлении, ортогональном к его тыльной поверхности. Тепловентилятор установлен в нижней части рефлектора с направлением воздушного потока, ортогональным тыльной стороне рефлектора. В коммутаторный блок системы управления введен регулятор напряжения мощности, связанный с температурными датчиками. 2 н. и 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ противооблединения наземной параболической антенны, включающий обдув нагретым воздухом под термочехлом тыльной стороны рефлектора с его каркасом, отличающийся тем, что обдув нагретым воздухом после его нагревания осуществляют в нижней части рефлектора в направлении, ортогональном к его тыльной поверхности.2. Противообледенительная система наземной параболической антенны с рефлектором, установленным на каркасе, выполненном с воздухопроницаемыми элементами жесткости, включающая термочехол, установленный на каркасе с образованием воздушной полости для обдува рефлектора и каркаса, тепловентилятор, температурные датчики и коммутаторный блок системы управления, установленные в воздушной полости, отличающаяся тем, что тепловентилятор установлен в нижней части рефлектора с направлением воздушного потока, ортогональным тыльной стороне рефлектора.3. Противообледенительная система наземной параболической антенны по п. 2, отличающаяся тем, что в коммутаторный блок системы управления введен регулятор напряжения мощности, связанный с температурными датчиками.