АЗИМУТАЛЬНОЕ ОПОРНО-ПОВОРОТНОЕ УСТРОЙСТВО АНТЕННОГО ПОСТА С ПРОХОДНОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКОЙ Российский патент 2006 года по МПК H01Q3/08 H01Q1/12 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в корабельных антенных постах со складывающейся проходной фазированной антенной решеткой, обеспечивая заданную точность наведения луча, прочность, эффективность использования полезного объема.

В указанном типе антенного поста (АП), антенное полотно с фазовращателями крепится консольно к несущей кабине, чтобы обеспечить сквозное облучение решетки с фазовращателями. При этом пространство между источником излучения (излучателем) и полотном решетки должно быть по возможности свободным и незамкнутым объемом во избежание помех и искажения параметров излучения.

Само несущее полотно фазированной антенной решетки (ФАР) не представляется возможным выполнить достаточно прочным, так как существуют ограничения на его толщину и допустимое затенение. Не представляется также возможным выполнить достаточно жесткой и прочной кабину, несущую полотно ФАР, так как в кабине необходимо установить большое число приборов для системы формирования и управления луча, максимально приблизив ее, во избежание потерь и искажений луча, к источнику излучения.

В то же время система государственных стандартов (ГОСТ В20.39.301, 304; ГОСТ В20.57.305) предъявляет вполне определенные требования к корабельным радиолокационным станциям (РЛС) по группе 2 и оговаривает условия эксплуатации. Так АП должен быть работоспособен при воздействии вполне определенных (рабочих) уровней внешних воздействий (встречный воздушный поток, качка, вибрация, удары) и прочен при значительно более высоких уровнях тех же воздействий (походный режим), когда АП не функционирует, а его прочностные характеристики должны приближаться к прочности корабельных конструкций корпуса корабля. Поэтому принято делать ФАР складывающейся. Однако это не полностью решает проблему, так как эти воздействия могут быть непредсказуемы: ураганный порыв ветра, сотрясение от подрыва на мине, действие надводного или подводного ядерного взрыва и др. Воздействующая нагрузка имеет импульсный характер большой интенсивности, она может вызвать сильную вибрацию, резкие наклоны корабля.

Обеспечить защиту АП только за счет традиционного использования амортизирующих устройств с большим ходом (большой энергоемкостью) не представляется возможным, так как не обеспечивается необходимая жесткость и имеют место недопустимые угловые уходы радиолокационного луча в рабочих условиях эксплуатации.

Известна конструкция азимутального опорно-поворотного устройства (ОПУ) антенны [1], содержащая колонну, закрепленную посредством подшипникова узла на основании и расположенную внутри ферму, образованную соединенными между собой подкосами и стержнями, расположенными перпендикулярно от колонны, ферма оперта на основание посредством катков, установленных на ферме в местах соединения подкосов со стержнями, которые предварительно напряжены и жестко соединены с колонной. Данная конструкция принята за прототип.

Известна также конструкция ОПУ [2] близкая по конструктивному выполнению к а.с. 1290451, тоже с азимутальным подшипником, опорными катками, кольцевым рельсом, но крепление платформы со штырем к основанию (опорному барабану) выполнено посредством упругих дисков, т.е. добавлено решение с использованием амортизаторов.

Известные конструкции ОПУ, помимо названных признаков, могут содержать кабину для размещения аппаратуры и крепления антенны.

Известные конструкции азимутального ОПУ при эксплуатации в корабельных условиях, когда действуют, например, повышенные ветровые нагрузки (ураганный порыв ветра), качки, воздушная ударная волна обычного или ядерного взрыва или инерционные нагрузки сотрясения основания (подрыв корабля на мине, подводный ядерный взрыв, попадание торпеды), сами обладают необходимой жесткостью и прочностью, так при повышенных нагрузках катки, упираясь в основание, повышают жесткость и прочность. Но при этом вся действующая нагрузка воспринимается и антенной, ферменной конструкцией, платформой или кабиной и прочность может быть достигнута только за счет увеличения прочности антенны или созданием жесткой, пространственной ферменной или рамкой конструкции между антенной и катками, что увеличивает материалоемкость и вес АП.

А для АП с проходной ФАР вообще нельзя выполнить несущий конструктив, подкрепляющий несущее полотно ФАР, так как это пространство, как отмечено выше, должно быть свободно. Достаточно прочным не представляется возможным выполнить и несущую платформу (кабину), т.к. ее полезный объем служит местом установки чувствительных к перегрузкам приборов, обеспечивающих формирование и управление радиолокационным лучом. Увеличение прочности самого несущего полотна ФАР, как было выше отмечено, ограничено по толщине. Это связано с электрическими параметрами луча, потерями и затенением, неизбежными при создании подкрепляющих полотно ФАР конструктивов.

Использование известного упругого крепления ОПУ в качестве создания амортизирующего устройства позволяет резко уменьшить нагрузку на ФАР и АП при условии большой энергоемкости и низкой собственной частоте этого устройства, для чего ему необходимо обеспечить большой свободный ход.

Такое решение, к сожалению, неизбежно приведет к неконтролируемым и недопустимым угловым отклонениям ФАР и луча в рабочем режиме эксплуатации от внешних нагрузок - ветра, качки и др. Возможны также недопустимые резонансные колебания АП от ходовой. корабельной вибрации. В целом указанные недостатки ограничивают использование известного устройства в ОПУ с ФАР.

Целью настоящего изобретения является расширение области использования известной конструкции опорно-поворотного устройства за счет обеспечения прочности в корабельных условиях эксплуатации при эффективном использовании объема кабины и обеспечения заданной точности наведения на цель фазированной антенной решетки.

Для достижения этой цели в известном азимутальном ОПУ антенны, имеющем колонку с антенной, закрепленную посредством подшипникова узла на основании, и опертые на основание стойки с катками, днище кабины дополнительно соединено с основанием посредством пакетов пружин, величина хода которых равна зазору в катках, а каждая опорная стойка снабжена механизмом включения, включающим весь свободный ход пакетов пружин, при этом механизм включения имеет жестко связанную с днищем кабины планку с двумя клиновидными выступами, два рычага, подвижно установленные на осях стойки, с пазами, взаимодействующими с клиновидными выступами планки, две цилиндрические пружины, стягивающие верхние концы рычагов, для чего в верхней части рычагов имеются соосные с пружиной цилиндрические отверстия, на одном из рычагов в это отверстие установлен плавающий ползун для крепления конца пружины с задающим усилие натяжения пружины винтом, а на другом рычаге установлен подвижный палец для крепления второго конца пружины, палец имеет паз, взаимодействующий с упорным шариком через консольный стержневой фиксатор, при этом проходная фазированная антенная решетка выполнена складывающейся с помощью тяги.

Из приведенной выше сущности изобретения следует, что предлагаемое техническое решение отличается от прототипа, обладает новизной, соответствует критерию существенного отличия и дает положительный эффект.

Авторы ввели в отличительные признаки формулы изобретения наличие в предлагаемом решении складывающейся антенны и амортизирующее устройство, так как в выбранном прототипе нет этих признаков. Эти технические решения известны. Например, конструкции складывающихся антенн, в том числе и с использованием тяги, а также амортизирующие устройства.

Поэтому на соответствие критерию "существенные отличия" этих решений авторы не претендуют. Они включены в отличительную часть формулы изобретения в соответствии с требованиями п.7.05 "Инструкции ЭЗ-2-74". Критерию "существенное отличие" соответствует введение в состав ОПУ механизма включения и его конструкция. Действительно введение его в опорные стойки АП с возможностью предварительной регулировки усилия срабатывания механизма включения обеспечивает автоматическое включение в работу всего свободного хода упругого крепления ОПУ (амортизирующей подвески АП из 3-х пакетов тарельчатых пружин с собственной частотой ˜3 Гц), т.е. автоматическое резкое понижение собственной частоты в период приложения высокого уровня внешней нагрузки. Обеспечивая при этом защиту АП от этих нагрузок за счет амортизации.

Для обеспечения последующей работы АП с заданной точностью в рабочих условиях эксплуатации опорные стойки восстанавливаются при проведении осмотра всего АП.

В рабочих же условиях эксплуатации АП внешняя нагрузка относительно мала и недостаточна для срабатывания механизма включения. Она целиком воспринимается подшипниковым узлом и опорными стойками с катками, упирающимися в кольцевой рельс основания. Жесткость возрастает, уменьшается угловая ошибка наведения антенны на цель.

Упругое же крепление ОПУ, нагруженное массой АП, практически не оказывает существенного влияния ввиду малой величины (доли мм) упругого хода, обусловленного возможными зазорами в катках.

Все это позволяет иметь достаточно прочную и сравнительно легкую, не металлоемкую несущую конструкцию АП и самой ФАР. В такой конструкции не требуется для обеспечения прочности пространственная ферма между антенной и опорными стойками с катками, как это выполнено в известном ОПУ. А освободившееся полезное пространство использовать для свободного прохождения луча от излучателя до проходной ФАР, для размещения в кабине аппаратуры и приборов формирования и управления лучом (СУД), для возможного складывания ФАР в горизонтальное положение на не эксплуатационный период времени. Все это позволяет обеспечить требуемые параметры излучения при эффективном использовании объема.

На фиг.1 изображен общий вид азимутального опорно-поворотного устройства антенного поста с проходной фазированной антенной решеткой, механизм включения в разрезе - на фиг.2.

Азимутальное ОПУ АП с проходной ФАР содержит кабину 1 с^{проходной ФАР 2, тягой 3 и излучателем 4, закрепленную на колонке 5, которая установлена в азимутальном подшипниковом узле 6. Узел 6 упруго закреплен на основании 7 тремя пакетами поджатых тарельчатых пружин 8.}

По периметру днища кабины 1 установлены девять опорных стоек 9 с катками 10 на шарикоподшипниках, которые перемещаются в неподвижном кольцевом рельсе 11 основания 7. Катки 10 установлены в кольцевом рельсе с зазорами, необходимые минимальные величины (доли мм) которых регулируются осями-эксцентриками катков с помощью эксцентрикового узла (на чертеже не показано).

Опорная стойка 9 - разъемная и состоит из двух частей - верхней и нижней. Верхняя часть закреплена в днище кабины 1 и имеет в нижней своей части планку 12 с клиновидными выступами. Нижняя часть 13 стойки выполнена с направляющим штырем 14, который входит в отверстие планки 12. Клиновидные выступы входят в ответные пазы 15 двух рычагов 16, установленных на осях 17 нижней части 13 стойки 9.

Рычаги 16 стянуты двумя винтовыми пружинами 18, расположенными по обе стороны трубы верхней части стойки 9. Концы пружин 18 закреплены в торцах ползуна 19 и пальца 22, плавающих в цилиндрических отверстиях, соосных с пружинами 18, в теле верхней части рычагов 16. Усилие натяжения пружин 18 обеспечивается винтом 20, а фиксируется винтом 21. Подвижный палец 22 имеет паз, взаимодействующий с упорным шариком 23 через консольный стержневой фиксатор 24, который удерживает (фиксирует шарик в теле рычага 16) упорный шарик 23 в пазе пальца 22 от вертикального вверх перемещения по проходному вертикальному отверстию в рычаге 16. Отверстие выполнено над упорным шариком в теле рычага 16. В отверстие ввинчивается установочный винт 25. Им устанавливается положение консольного стержневого фиксатора 24, а следовательно, и фиксируется в рычаге 16 положение пальца 22 через упорный шарик 23. Установочный винт 25 можно и не устанавливать, если предусмотреть в конструкции жесткие требования на необходимые зазоры между фиксатором 24 и соответствующим для него отверстием в теле рычага 16. Пространство между днищем кабины 1 и основанием 7 занято системой кабелей от работающих в кабине 1 приборов и аппаратуры, контактными колонками. Там же расположены системы охлаждения и вентиляции, устройства для поддержания избыточного давления, вспомогательные механизмы, брызгоотбойники и системы слива морской воды и др. Все перечисленное на приведенном чертеже не показано.

Азимутальное ОПУ АП с проходной ФАР работает следующим образом. При полном отсутствии внешней нагрузки вся статическая нагрузка АП воспринимается пакетами пружин 8. Опорные стойки 9 с катками 10 не нагружены. Катки могут касаться кругового рельса 11 или иметь минимально возможный зазор (доли мм).

При рабочих условиях эксплуатации с ростом нагрузки на АП (воздушной или инерционной) возрастает упругая деформация кабины 1 с колонкой 5 и подшипниковым узлом 6 при одновременном нагружении пакетов пружин 18, величина хода которых равна зазору в катках 10, но эта деформация ограничивается упором части катков 10, выбравших зазор, в кольцевой рельс 11. В дальнейшем в работу могут включиться все катки 10. Таким образом, резко изменяются условия опирания кабины 1, ее жесткость и собственная частота при этом существенно повышаются. Ограничивается и уменьшается угловая ошибка наведения антенны на цель за счет уменьшения неконтролируемых указанных упругих деформаций.

Упругое же и низкочастотное крепление ОПУ (собственная частота ˜3 Гц) практически не сказывается ввиду малой величины (доли мм) возможного зазора в катках (между катком и рельсом и в самом катке). Привод, осуществляющий вращение АП по азимуту, обладает достаточной мощностью для преодоления возросшей на него нагрузки при развороте ФАР 2 по азимуту в требуемое фиксированное положение.

При воздействии на АП импульсной нагрузки большой интенсивности, когда необходимо обеспечить только прочность АП, механизм включения опорных стоек 9, настроенный на заданное усиление срабатывания, осуществляет ее разделение. Таким образом, опорные стойки 9 распадаются, освобождается связь через них кабины 1 с основанием 7 и АП получает возможность большого свободного хода, измеряемого сантиметрами на пакетах низкочастотных шайбовых амортизаторов 8 с собственной частотой ˜3 Гц, которые и осуществляют понижение уровня воздействующей нагрузки. Механизм включения, установленный в опорной стойке 9, работает следующим образом. От внешней нагрузки в месте контакта ролика 10 с рельсом 11 возникают вертикальные усилия, которые через пазы 15 в рычагах 16 давят на клиновидные выступы планки 12, осуществляющей разворот рычагов 16. Этот разворот и начало деформации пружин 18 могут происходить только при нагрузках, превышающих заданное усилие предварительного натяжения пружин 18 (т.е. заданное и регулируемое винтом 20 усилие срабатывания механизма включения). Разделение опорной стойки 9 происходит после того, как консольный конец стержневого фиксатора 24, перемещаясь горизонтально, одновременно с деформацией пружины 18 освобождает упорный шарик 23 от упирания в фиксатор 24 и тело рычага 16, который выходит вверх из паза в пальце 22. Связь пальца 22 с рычагом 16 ликвидируется, пружины 18 также освобождаются от связей, рычаги 16 расходятся, поворачиваясь вокруг своих осей 17, опорная стойка распадается на две части - 9 и 13, а кабина 1 остается связанной с основанием 7 только через амортизирующие пакеты пружины 8.

В дальнейшем опорные стойки 9 с механизмами включения восстанавливаются, для чего освобождаются фиксирующий винт 21 и винт 20. Рычаги 16 проворачиваются и устанавливаются в исходное вертикальное положение вместе с пружинами 18, пальцами 22 и ползунами 19. Выворачивается установочный винт 25 и в отверстие заводится упорный шарик 23 и винт 25. Винтом 20 осуществляется требуемое предварительное натяжение пружин 18 и фиксируется винтом 21.

Применение в АП с проходной. ФАР азимутального ОПУ с автоматически разделяющимися опорными стойками предотвращает поломки АП с размещенной в кабине АП аппаратуры в аварийных ситуациях.

Все это подтверждено отчетом Л/23972. 3 нем отмечено, что АП с новой конструкцией ОПУ удовлетворяет всем требованиям прочности в корабельных условиях эксплуатации. При этом точность наведения ФАР на цель в рабочих условиях эксплуатации возросла приблизительно в 3 раза (максимально возможное отклонение пеленгационного направления луча за счет упругих деформаций уменьшилось в траверзном направлении с 24,2 угловых минут до 8,3 угловых минут).

Эффективное использование объема позволило расположить в АП всю необходимую аппаратуру, обеспечив невысокую металлоемкость и вес АП (масса несущей конструкции составляет около 20% от общей массы АП).

Статические и динамические испытания опорной стойки с катком показали надежность и эффективность срабатывания механизма включения (отчет К01.Э0024.00.00).

Источники информации

1. А.С. №1290451, Н 01 Q 1/12, 1987, БИ №6 (прототип).

2. А.С. и 267268, МКИ F 16 C 32/00, 1970, БИ №12.

Изобретение может быть использовано в корабельных антенных постах. Технический результат заключается в обеспечении работоспособности после воздействия механических перегрузок. Сущность изобретения состоит в том, что в опорно-поворотном устройстве, содержащем платформу, установленную с возможностью вращения по азимуту на основании с погоном, и опоры, верхняя часть которых закреплена на платформе, а нижняя - соединена с катком, установленным относительно погона с зазором, между платформой и основанием введены пружинные амортизаторы, величина хода которых равна величине зазора, с которым установлены катки, каждая опора выполнена в виде составной стойки, верхняя часть которой в виде консоли с двумя клиновидными выступами, к каждому из которых поджат рычаг с клиновым пазом, каждая пара рычагов шарнирно закреплена на нижней части стойки и снабжена стяжной пружиной, один конец которой закреплен на ступенчатом вкладыше, установленном в отверстии на конце одного из рычагов с упором в шариковый фиксатор, поджатый планкой, шарнирно установленной на конце другого рычага, а другой конец - на другом рычаге с возможностью регулировки натяжения пружины. 2 ил.

Опорно-поворотное устройство антенны, содержащее основание с погоном, платформу, установленную на основании с возможностью вращения по азимуту, и опоры, верхняя часть каждой из которых закреплена на платформе, а нижняя соединена с катком, установленным относительно погона с зазором, отличающееся тем, что, с целью обеспечения работоспособности после воздействия механических перегрузок, введены пружинные амортизаторы, установленные между платформой и основанием, величина хода каждого из этих амортизаторов равна величине зазора, с которой установлен каждый каток, каждая опора выполнена в виде составной стойки, верхняя часть которой выполнена в виде консоли с двумя симметрично расположенными клиновидными выступами, к каждому из которых поджат введенный рычаг с клиновым пазом, каждая пара рычагов шарнирно закреплена на нижней части соответствующей стойки и снабжена стяжной пружиной, один конец которой закреплен на ступенчатом вкладыше, установленном в отверстии на конце одного из рычагов с упором в шариковый фиксатор, поджатый сверху подпружиненной планкой, шарнирно установленной на конце другого рычага, при этом другой конец пружины закреплен на другом рычаге с возможностью регулировки натяжения этой пружины.