Устройство изменения ориентации поля зрения головки самонаведения ракеты Российский патент 2023 года по МПК H01Q3/02 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к устройствам для изменения ориентации поля зрения и может найти применение в бортовых координаторах цели (головках самонаведения) управляемых ракет.

Уровень техники.

Известны устройства изменения ориентации поля зрения, предназначенные для использования в бортовых координаторах цели (головках самонаведения – ГСН) управляемых ракет (УР):

1. Виртуальный авиационный справочник "Уголок неба", http://www.airwar.ru.

2. В. Сапков "Системы наведения управляемых ракет класса "воздух-воздух". Зарубежное военное обозрение. №10, 1987.

3. А.А. Шилин. Обзор пассивных оптических ГСН для поражения наземных тактических целей. Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. Вып. 7.

4. Р. Щербинин. Головки самонаведения перспективных зарубежных управляемых ракет и авиабомб. Зарубежное военное обозрение № 4, 2009.

Во всех известных устройствах изменения ориентации поля зрения применен классический карданный подвес с подшипниками в осях вращения.

Основным недостатком известного технического решения является применение подвеса Кардана, который имеет нелинейную зависимость угла установки биссектрисы мгновенного поля зрения, (направления пучка зрения, etc.) от углов отклонении оси подвеса сразу в двух плоскостях:

1. Гироскопические системы. Проектирование гироскопических систем/под ред. Д.С. Пельпора. Ч.1. М.: Высшая школа, 1977.

2. Л.А. Борисенко и А.В. Самойленко. Механика роботов и манипуляторов с электроприводом. Минск. «Высшая школа» 1992 г.

Нелинейность зависимости угла отклонения нормали антенны (фиг. 1) от углов отклонения нормали карданового подвеса в двух плоскостях определяется выражением:

tg ω₀ = tg ω_α · cos α, где:

α – угол отклонения нормали подвеса (антенны, объектива) от оси изделия;

ω – угол осмотра пространства по конусу с углом основания 2α.

Частичная компенсация нелинейности подвеса Кардана в некоторых конструкциях достигается изменением ориентации осей подвеса относительно осей изделия, например, по схеме ортогонального координатора ВВВ1, согласно [Л.А. Борисенко и А.В. Самойленко. Механика роботов и манипуляторов с электроприводом. Минск. «Вышейшая школа» 1992 г.]. Эта схема, применительно к устройствам изменения ориентации поля зрения, предложена также в патентах РФ № RU 2644991 от 24.08.2016 и США № US 218.016.076 от 22.09.2010.

Вариантом частичной компенсации нелинейности подвеса Кардана является, также, применение в конструкции подвеса дополнительных рамок, которые осуществляют стабилизацию по третьей оси, делая карданов подвес трех- или даже четырехосным [В.И. Родионов, Д.А. Ветерков. Геометрия головки самонаведения с наклонным кардановым подвесом. Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 12. ч. 1]. При этом дополнительные рамки располагаются под наклоном к основанию, что частично компенсирует ошибки выставки оси карданова подвеса в зависимости от угла отклонения нормали антенны (объектива). При этом с помощью дополнительных рамок наружная рамка подвеса может менять свою ориентацию в режиме наведения.

Вторым недостатком известного технического решения является применение подшипниковых узлов для вращения рамок подвеса друг относительно друга. Малая поверхность контакта шариков подшипника с обоймой, которая, в свою очередь, умноженная на прочность материала шарикоподшипника, определяет предельную нагрузку на оси вращения карданного подвеса, а значит - предельную стартовую и радиальную перегрузку ракеты, допустимую для данной конструкции подвеса антенны.

Частично учесть указанный недостаток возможно путем использования на осях карданного подвеса сферических двухрядных или роликовых подшипников, что позволит при том же диаметре подшипника увеличить площадь поверхности контакта роликов подшипника с обоймой [Л.Я. Перель, А.А. Филатов. Подшипники качения: Расчет, проектирование и обслуживание опор, Справочник, - 2-е изд.,- М., Машиностроение, 1992 г.]. Однако, и это решение имеет свои недостатки, связанные с тем, что дальнейшее повышение требований по стартовым и радиальным перегрузкам ракет приводит к значительному увеличению габаритов подшипников и подвеса в целом, что приводит к снижению размеров апертуры антенны относительно калибра ракеты и увеличению веса конструкции подвеса.

В качестве прототипа изобретения могут быть использованы:

– патент США № 3441936, опубл. 29.04.1969, где авторы предложили основную нагрузку от веса антенны компенсировать плавучестью специальной поддерживающей сферы, размещаемой в специальном бассейне;

– патент РФ № 2282285, опубл. 20.08.2004, бюлл. № 0623, где авторы предложили установить антенну ГСН на шаровую опору, устанавливаемую в вогнутое основание. Для снижения потерь на трение в зазор между шаровой опорой и вогнутым основанием введена магнитная жидкость. Для удержания жидкости в зазоре одна из трущихся деталей выполняется из магнитомягкого материала, вторая – из заранее намагниченного магнитотвердого материала.

Недостаток прототипов – отсутствие механизма фиксации осей антенны (объектива) ГСН относительно осей ракеты.

Раскрытие сущности изобретения

Сущность предлагаемого устройства для изменения ориентации поля зрения головки самонаведения ракеты основана на выполнении несущей конструкции объектива или антенны ГСН в виде сферической шаровой опоры, которая устанавливается на вогнутое основание. Аналогично прототипу в зазор между трущимися деталями введена магнитная жидкость, удерживамая в зазоре парой магнитомягкий – магнитотвердый, заранее намагниченный, материалы. Для обеспечения фиксации осей системы координат объектива или антенны ГСН относительно осей системы координат ракеты шаровая опора совместно с вогнутым основанием выполняется по схеме шарнира равных угловых скоростей типа «Рцеппа-Бирфильд» или «Рцеппа-Лебро» с центрирующими шариками, установленными в обойме в делительные канавки, выполненные симметрично в шаровой опоре и основании [Гольд Б.В. Конструирование и расчет автомобиля. М., Машгиз, 1962. Малаховский Я. Э., Лапин А. А., Веденеев Н. К. Карданные передачи. М., Машгиз, 1962. Справочник инженера автомобильной промышленности. т. 2. Пер. с англ. М., Машгиз. 1963].

Технический результат изобретения заключается в достижении линейности зависимости угла установки биссектрисы мгновенного поля зрения (направления пучка зрения, etc.) от углов отклонении оси подвеса в двух плоскостях при значительном снижении общего веса конструкции ГСН и увеличении площади опоры подшипника без уменьшения самой апертуры объектива или антенны ГСН относительно калибра ракеты, что позволяет упростить структуру алгоритмов самонаведения ракеты, увеличить точность наведения и пропорционально поднять предельные стартовую и радиальную перегрузки ракеты.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 Нелинейность зависимости угла отклонения нормали антенны от углов отклонения нормали карданового подвеса в двух плоскостях. Цифрами обозначены:

1 – основание подвеса;

2 – основание антенны;

3 – перпендикуляр к апертуре антенны.

Фиг. 2. Выполнение несущей конструкции объектива или антенны ГСН в виде сферической шаровой опоры, устанавленной на вогнутое основание. В зазор между трущимися деталями введена магнитная жидкость. Фиксация осей системы координат объектива или антенны ГСН относительно осей системы координат ракеты осуществляется по схеме шарнира равных угловых скоростей типа «Рцеппа-Бирфильд» или «Рцеппа-Лебро» с центрирующими шариками, установленными в обойме в делительные канавки, выполненные симметрично в шаровой опоре и основании.

Цифрами обозначены:

4 – объектив (антенна) ГСН;

5 – сфера шаровой опоры объектива (антенна) ГСН из магнитомягкого материала;

6 – основание ГСН из заранее намагниченного магнитотвердого материала;

7– центрирующие шарики;

8– обойма центрирующих шариков;

9– делительные канавки;

10 – пространство между сферой шаровой опоры объектива и основанием ГСН, залитое магнитной жидкостью.

Осуществление изобретения

Осуществление изобретения поясняется на фиг. 1 и 2.

Несущая конструкция 5 ГСН 4 выполнена в виде шаровой опоры, установленной на вогнутое основание 6, в зазор между опорой и основанием введена магнитная жидкость, удерживаемая в зазоре парой магнитомягкий – заранее намагниченный магнитотвердый материалы, фиксация осей системы координат ГСН относительно осей системы координат ракеты достигается выполнением пары шаровая опора – вогнутое основание по схеме шарнира равных угловых скоростей с центрирующими шариками 7, установленными в обойме 8 в делительные канавки 9, выполненные симметрично в шаровой опоре и основании.

Изобретение относится к устройствам для изменения ориентации поля зрения и может найти применение в бортовых координаторах цели (головках самонаведения) управляемых ракет. Сущность предлагаемого устройства для изменения ориентации поля зрения ГСН основана на выполнении несущей конструкция ГСН в виде шаровой опоры, установленной на вогнутое основание, в зазор между опорой и основанием введена магнитная жидкость, удерживаемая в зазоре парой магнитомягкий – заранее намагниченный, магнитотвердый материалы, фиксация осей системы координат ГСН относительно осей системы координат ракеты достигается выполнением пары шаровая опора – вогнутое основание по схеме шарнира равных угловых скоростей с центрирующими шариками, установленными в обойме в делительные канавки, выполненные симметрично в шаровой опоре и основании. Технический результат изобретения заключается в достижении линейности зависимости угла установки мгновенного поля зрения от углов отклонении оси подвеса в двух плоскостях при значительном снижении общего веса конструкции ГСН и увеличении площади опоры подшипника без уменьшения самой апертуры объектива или антенны ГСН относительно калибра ракеты, что позволяет упростить структуру алгоритмов самонаведения ракеты, увеличить точность наведения и пропорционально поднять предельные стартовую и радиальную перегрузки ракеты. 2 ил.

Устройство изменения ориентации поля зрения головки самонаведения ракеты, несущая конструкция которого выполнена в виде шаровой опоры, установленной на вогнутое основание, в зазор между опорой и основанием введена магнитная жидкость, удерживаемая в зазоре парой магнитомягкий – заранее намагниченный магнитотвердый материалы, отличающееся тем, что фиксация осей системы координат головки самонаведения относительно осей системы координат ракеты достигается выполнением пары шаровая опора – вогнутое основание по схеме шарнира равных угловых скоростей с центрирующими шариками, установленными в обойме в делительные канавки, выполненные симметрично в шаровой опоре и основании.