Самостабилизирующее устройство для антенных постов радиолокационных станций и других датчиков судовой радиоэлектронной аппаратуры
Изобретение относится к стабилизации радиоэлектронной аппаратуры. Техническим результатом является обеспечение стабилизации без затрат энергии за счет действия силы тяжести стабилизируемой аппаратуры, простота, минимальная масса и габариты. Сущность изобретения заключается в том, что станина прикреплена снизу к кронштейну на мачте, карданный шарнир, включающий в свой состав верхнюю и нижнюю вилки, а также крестовину, вмонтированную осями в подшипники верхней и нижней вилок, прикреплен основанием верхней вилки снизу к станине, взаимно перпендикулярные оси крестовины карданного шарнира располагаются горизонтально, параллельно и перпендикулярно диаметральной плоскости судна, снизу к основанию нижней вилки карданного шарнира прикреплена платформа, к нижней поверхности которой подвешивается "вниз головой" стабилизируемый антенный пост РЛС или другой датчик судовой РЭА с измененным на противоположное направлением вращения антенны или датчика. 6 табл., 8 ил.
1. Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к области радиоэлектронного оборудования судов и кораблей, в частности к антенным постам (датчикам) судового и корабельного радиоэлектронного оборудования. Описание изобретения будем излагать применительно к антенным постам судовых навигационных радиолокационных станций. В дальнейшем будем употреблять обобщенный термин - судовые навигационные радиолокационные станции (НРЛС).
2. Уровень техники В настоящее время судовые НРЛС являются одним из важнейших средств обеспечения безопасности судовождения, особенно в ночное время и в условиях плохой видимости. Характерной особенностью функционирования судовых НРЛС является необходимость обеспечения надежного обнаружения надводных и береговых целей в условиях качки. Обеспечение надежного обнаружения надводных и береговых целей в условиях качки решается в настоящее время несколькими путями, в зависимости от назначения РЛС. Для обеспечения нормального функционирования НРЛС на гражданских судах, согласно требованиям Морского регистра (см., например, материалы Международного совещания по радиосредствам для морской навигации, состоявшегося в Лондоне в мае 1924 г., приведенные в Справочнике по радиолокации, редактор М.Сколник, М.: Советское радио, 1978), антенны НРЛС должны иметь диаграмму направленности в вертикальной плоскости не менее 18-20 градусов. Это обеспечивает нормальное функционирование станции при бортовой качке судна










На фиг.1 представлены рассчитанные по формулам 1 и 2 графики зависимости ошибки измерения пеленга qн-qc от курсового угла qc при различных углах крена
























1. Применяемый в современных НРЛС способ обеспечения нормального функционирования станций на качке за счет использования широкой диаграммы направленности (до 18-20 градусов) в вертикальной плоскости, не в полной мере обеспечивает нормальную работу НРЛС. Даже при небольших углах качки возрастают ошибки измерения пеленга, снижается вероятность захвата целей системами автоматической обработки сигналов и дальность обнаружения целей, особенно на траверзных курсовых углах. 2. Основное влияние на ухудшение работы НРЛС на качке оказывает бортовая качка судна. 3. Анализ приведенных данных о вероятных углах качки показывает, что в (90-95)% размах бортовой качки укладывается в пределы 20o, а килевой качки - в пределы 7o. Следовательно, для обеспечения стабилизации антенных постов и приборов РЭА, как минимум, достаточно обеспечить стабилизацию по бортовой качке в углах


xm=1,11/(xp+0,1) (3)
В таблице 5 приведены основные характеристики антенного поста отечественной судовой НРЛС "Печора-2", взятые из справочного руководства Судовые радиолокационные станции и их применение. В.А. Аверьянов, А.М. Байрашевский и др. Л.: Судостроение. 1970 г. (стр. 138-139). В таблице 6 приведены массогабаритные характеристики предлагаемой в патенте самостабилизирующейся платформы с установленным на ней антенным постом НРЛС на основе данных таблицы 1 для различных вариантов соотношений массы и плеча противовеса (хm, хр), а также реальные масса и высота самостабилизирующегося антенного поста при установке на стабилизированную платформу по патенту США антенного поста НРЛС "Печора-2". Результаты оценочных расчетов показывают, что использование предложенной в патенте США стабилизированной платформы для стабилизации антенны судовой НРЛС приводит к возрастанию массы антенного поста более чем в 3 раза и высоты в 1.3-1.6 раз. Таким образом, существенным недостатком устройства стабилизации по патенту США N 4.609.083 от 2.09.86, как и остальных двух рассмотренных устройств, с антенной НРЛС "Печора-2", принимаемого нами в качестве прототипа, является то, что в указанных устройствах стабилизированная платформа размещена выше осей качания самостабилизирующегося устройства. При таком расположении осей масса стабилизируемого устройства (антенного поста или другого устройства) с платформой должна быть скомпенсирована противовесом, располагаемым ниже осей качания платформы, с массой и плечом противовеса, обеспечивающими поддержание платформы со стабилизируемым устройством в верхнем положении. Такое решение вопроса приводит к значительному увеличению массогабаритных характеристик всего устройства. 3. Сущность изобретения
Предлагается самостабилизирующее устройство для антенных постов радиолокационных станций (РЛС) и других датчиков судовой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), представляющее собой платформу, на которой установлен антенный пост РЛС или другой датчик РЭА, платформа соединена снизу, посредством рамы с двумя взаимно перпендикулярными горизонтальными осями, с противовесом и рычагом и подвешена осями, с помощью встроенных подшипников, на станине, устанавливаемой на мачте или на надстройке судна, отличающееся тем, что в состав устройства включены станина, карданный шарнир, платформа и ограничитель углов поворота платформы, причем станина укреплена снизу к кронштейну на мачте, карданный шарнир, включающий в свой состав верхнюю и нижнюю вилки, а также крестовину, вмонтированную осями в подшипники верхней и нижней вилок, укреплен основанием верхней вилки снизу к станине, взаимно перпендикулярные оси крестовины карданного шарнира располагаются горизонтально, параллельно и перпендикулярно диаметральной плоскости судна, снизу к основанию нижней вилки карданного механизма укреплена платформа, к нижней поверхности которой подвешивается "вниз головой" стабилизируемый датчик, антенный пост РЛС или другой датчик РЭА, с измененным направлением вращения антенны или датчика на противоположное, ограничитель углов поворота в виде усеченного сверху металлического конуса прочно укреплен верхним концом, с меньшим диаметром, снизу к станине так, что охватывает карданный механизм и ограничивает углы поворота платформы на качке в пределах заданных углов, определяемых большим диаметром нижней части конуса ограничителя и расстоянием от него до поверхности платформы, упирающейся при максимальных углах поворота в нижний край конуса ограничителя, благодаря чему без затраты энергии, под действием силы тяжести подвешенного к платформе стабилизируемого датчика, обеспечивается его самостабилизация, согласование направления вращения антенны РЛС или датчика РЭА с отображением направлений на индикаторе РЭА, а также значительное повышение эффективности функционирования судовых РЛС или РЭА при максимально возможной простоте, минимальных массе и габаритах самостабилизирующего прибора. 4. Перечень фигур чертежей и иных материалов
Фиг. 1. График зависимости ошибки измерения курсового угла НРЛС от углов качки судна. Фиг. 2. Зависимость вероятности захвата лучом НРЛС надводной цели от курсового угла на спокойной воде и на качке. Фиг.3. Зоны обнаружения надводной цели в условиях качки. Фиг. 4. Зоны обнаружения надводной цели при отсутствии качки или при полной стабилизации антенны. Фиг.5. Чертеж самостабилизирующего устройства при отсутствии крена судна (вид с носа судна). Фиг.6. Чертеж самостабилизирующего устройства при отсутствии крена судна (вид с борта судна). Фиг.7. Чертеж самостабилизирующего устройства при крене судна (вид с носа судна). Фиг. 8. Чертеж самостабилизирующего устройства при дифференте судна (вид с борта судна). Условные обозначения на чертежах на фиг.5, 6, 7 и 8. 1. Станина. 2. Платформа. 3. Карданный шарнир. 4. Ограничитель углов поворота. 5. Верхняя вилка. 6. Нижняя вилка. 7. Крестовина. 8. Кронштейн. 9. Мачта судна. 10. Стабилизируемый датчик. 11. Угол крена судна. 12. Угол дифферента судна. 5. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Чертеж предлагаемого самостабилизирующего устройства с подвешенным к нему антенным постом судовой навигационной РЛС представлен на фиг.5 (вид с носа судна) и фиг.6 (вид с борта судна). Устройство состоит из станины 1, платформы 2, карданного шарнира 3 и ограничителя углов поворота платформы 4. Карданный шарнир 3 включает в свой состав верхнюю 5 и нижнюю 6 вилки, а также крестовину 7, вмонтированную осями в подшипники верхней 5 и нижней 6 вилок. Карданный шарнир 3 укреплен основанием верхней вилки 5 снизу к станине 1, взаимно перпендикулярные оси крестовины 7 карданного шарнира располагаются горизонтально, параллельно и перпендикулярно диаметральной плоскости судна. Снизу к основанию нижней вилки 6 карданного механизма 3 укреплена платформа 2. Самостабилизирующее устройство станиной 1 укреплено снизу к кронштейну 8 на мачте 9 судна. К нижней поверхности платформы 2 устройства подвешивается "вниз головой" стабилизируемый датчик 10, антенный пост РЛС или другой датчик РЭА. Для согласования направления вращения антенны РЛС или датчика РЭА и отображения вращения и положения целей на экране индикатора РЛС или РЭА необходимо изменить направление вращения антенны или датчика на противоположное. Ограничитель углов поворота 4 в виде усеченного сверху металлического конуса прочно укреплен верхним концом с меньшим диаметром снизу к станине 1 так, что охватывает карданный механизм 3 и ограничивает углы поворота платформы 2 на качке в пределах заданных углов. Пределы указанных углов определяются диаметром нижней части конуса ограничителя 4 и расстоянием от него до поверхности платформы 2, которой платформа 2 упирается при максимальных углах поворота в нижний край конуса ограничителя 4. Функционирует устройство следующим образом. В исходном состоянии стабилизируемый датчик - антенный пост РЛС или датчик РЭА, под действием силы тяжести свободно висит в вертикальном положении. При крене и дифференте судна, вместе с судном наклоняются в соответствующую сторону укрепленные на кронштейне 8 мачты 9 станина 1, верхняя вилка карданного механизма 5 и ограничитель углов поворота 4. Стабилизируемый датчик 10, платформа 2 и соединенная с платформой нижняя вилка 6 благодаря поворотам на осях крестовины 7 шарнирного механизма будут сохранять вертикальное положение. При достижении судном установленных в устройстве предельных углов крена и дифферента, к примеру по крену до 40-50o, по дифференту до 15-20o, верхняя поверхность платформы 2 соприкоснется с нижней поверхностью ограничителя углов поворота 4. Дальнейший взаимный поворот в карданном механизме 3 прекратится, предотвращая поломку устройства. Благодаря изложенному предлагаемое самостабилизирующее устройство без затраты энергии, под действием силы тяжести подвешенного к платформе стабилизируемого датчика, обеспечивает его полную стабилизацию, согласование направления вращения антенны РЛС или датчика РЭА с отображением направлений на индикаторе, а также значительное повышение эффективности функционирования судовых РЛС или РЭА при максимально возможной простоте, минимальных массе и габаритах самостабилизирующего устройства. Для своевременной отработки антенным постом, являющимся в рассматриваемом случае физическим маятником, углов качки судна период его собственных колебаний должен быть значительно меньше периода качки судна. Физическим маятником является абсолютно твердое тело, совершающее под действием силы тяжести колебания вокруг горизонтальной оси, проходящей через его центр тяжести (см. Справочник по физике. Яворский Б.М., Детлаф А. А. М.: Наука, 1978 г.). Период колебаний физического маятника Т определяется соотношением

где
J=m

m - масса физического маятника;
d - длина физического маятника;
g - ускорение силы тяжести. Результаты расчетов с использованием указанного выражения и данных таблицы 5, показывают, что период колебаний рассматриваемого физического маятника - универсального самостабилизирующегося устройства - будет равен 1,37 с. Период бортовой качки морских судов, в зависимости от их размеров и конструкции корпуса, колеблется от 3 до (20+30)с (см. таблицу 1, а также В. В. Ашин Проектирование судов. Л.: Судостроение, 1985 г.). Это в два и более раз превышает период колебаний предлагаемой в заявке качающейся части самостабилизирующего устройства, что исключает возможность возникновения побочных колебаний предлагаемого устройства с антенной НРЛС во время качки судна. Таким образом, предлагаемое самостабилизирующееся устройство для антенных постов РЛС и других датчиков судовой РЭА обеспечивает:
1. Самостабилизацию по углам крена и дифферента судна антенного поста РЛС или других датчиков судовой РЭА в пределах заданных углов крена и дифферента. 2. Предотвращение поломок устройства при больших углах крена. 3. Значительное повышение качества функционирования антенных постов РЛС и других датчиков судовой РЭА. Это особенно важно для аварийно-спасательных судов, функционирование которых происходит в основном в условиях плохой погоды, при наличии малой видимости и сильного волнения, а также для кораблей ВМФ, предназначенных действовать в любую погоду. 4. Возможность уменьшения ширины диаграммы направленности антенны НРЛС и повышения энергетического потенциала станции. Дополнительным преимуществом предлагаемого устройства является то, что оно имеет минимальные массу и габариты, а также то, что оно может рассматриваться не как составная часть антенного поста или датчика РЭА, а как самостоятельный прибор стабилизации, не входящий в комплект поставки антенного поста или датчика радиоэлектронной аппаратуры. В этом случае покупатель - судовладелец, при наличии необходимости улучшения качества функционирования судовой РЛС или любой другой радиоэлектронной аппаратуры, может приобрести отдельно необходимое устройство самостабилизации за отдельную плату. В заключение необходимо отметить, что предлагаемое самостабилизирующее устройство для антенных постов РЛС и других датчиков РЭА технически реализуемо, работоспособно и имеет значительные преимущества перед прототипом.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13PD4A - Изменение наименования обладателя патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение
(73) Новое наименование патентообладателя:
Открытое акционерное общество «Центральный научно-исследовательский институт «Курс» (RU)
Адрес для переписки:
105187, Москва, ул. Кирпичная, 34 а, ОАО «ЦНИИ «Курс»
Извещение опубликовано: 10.04.2009 БИ: 10/2009