6.5 Системи обертання антен РЛС РТВ
6.5.1 Призначення, режими роботи, класифікація систем обертання антен і основні тактико-технічні вимоги, що пред'являються до них
Системи обертання антен (СВА) призначені для здійснення огляду простору в горизонтальній площині з заданими параметрами зони огляду і програмою. Ці системи забезпечують як кругове обертання антени з вузьким в горизонтальній площині променем в межах 0-360, так і програмне керування антеною в секторі, а також установку антени на заданий азимут.
Різні умови бойової обстановки (виявлення РЛС, що летять низько, висотних, малорозмірних і маневрують цілей в простих умовах або в умовах активних і пасивних перешкод) вимагають застосування гнучких методів огляду простору, зміни швидкості обертання, зупинки антени на заданому напрямку або почергове зміна напрямку сканування в заданому секторі .
У зв'язку з цим в РЛС РТВ терміни вживаються в такому режими роботи СВА:
кругове обертання з постійною заданою швидкістю;
установка антени на заданий азимут;
сканування в заданому азимутному секторі.
Кругове обертання з постійною швидкістю використовується в далекомірах. Вибір швидкості обертання обумовлений дискретністю інформації, умовами отримання необхідної кількості ехосигналів в пачці і технічними умовами реалізації СВА. Можливість зміни швидкості обертання в цьому режимі дозволяє повніше використовувати можливості РЛС і РЛК по виявленню повітряних об'єктів.
Режими установки на заданий азимут і сканування в заданому азимутному секторі частіше використовується в висотоміра.
Системи обертання антен РЛС РТВ можна класифікувати за двома ознаками:
за схемою побудови контуру управління обертанням (приводу обертання);
за типом виконавчого двигуна.
Контур приводу обертання антенних систем може бути разомкнутого, замкнутого, комбінованого, стежить і неследящего типів.
У СВА застосовують двигуни: постійного струму; змінного струму; гідродвигуни (гідромотори).
Застосування двигунів постійного струму дозволяє забезпечити необхідний пусковий момент при меншому струмі якоря, а також технічно просту реалізацію режимів плавного і багатоступінчастого зміни швидкості обертання.
Двигуни змінного струму не вимагають перетворювачів струму, забезпечують достатню стабільність швидкості обертання в умовах змінної вітрового навантаження. У той же час використання такого типу двигуна пред'являє жорсткі по навантаженню на електростанцію, для них досить складно здійснити плавну зміну швидкості обертання.
Гидродвигатели в порівнянні з електродвигунами характеризуються меншими габаритами і масою, високою надійністю, слабкою чутливістю до перевантажень, вони самі не перевантажують мережу і дозволяють легко змінювати швидкість і параметри обертання (обертання вліво, вправо, в секторі кутів і т.д.).
Основними вимогами, що пред'являються до СВА, є:
швидкість огляду простору в азимутальной площині;
точність визначення кутових координат;
стійкість до зовнішніх впливів;
простота технічної реалізації;
габарити і маса;
число коливань антени біля заданого положення при відпрацюванні кута неузгодженості (не повинно перевищувати двох);
час відпрацювання заданого кута неузгодженості (швидкодія СВА).
Зв'язок між технічними вимогами, що пред'являються до СВА, і технічними параметрами РЛС зумовлена такими основними чинниками.
Для забезпечення необхідної дальності виявлення, кількість некогерентно накопичуваних імпульсів, відбитих від мети за час опромінення, має бути не менше заданої величини. Так, для РЛС сантиметрового діапазону ця величина складає 10-40 імпульсів.
Час опромінення мети визначається виразом
де Δβ0,5Р - ширина ДН в азимутальной площині за рівнем половинної потужності; ωа - кутова швидкість обертання антени.
При заданій частоті повторення зондувальних імпульсів (Fп) число імпульсів в пачці становить
З виразу (6.19) випливає висновок: кутова швидкість обертання антени повинна бути
Для РЛС сантиметрового діапазону, згідно (6.20), при Fп = 375 Гц, Δβ0,5Р = 1 о. Nімп = 10 виходить, що ωа ≤ 6 об / хв.
З іншого боку, обмеження кутової швидкості огляду простору призводить до зменшення частоти оновлення інформації, що негативно позначається на якості інформації особливо при проводці швидкісних і маневрують цілей.
Потенційна точність вимірювання азимута визначається, як відомо, формою характеристики спрямованості G (β), G (ε) і енергетичним ставленням сигнал / перешкода в пачці відбитих від мети сигналів. Отже, високі вимоги до точності визначення кутових координат можуть бути задоволені за рахунок звуження ДНА. Звуження ДН можна здійснити шляхом збільшення габаритних розмірів антени, що як відомо приводить до збільшення ваги антени. Крім того, збільшення габаритів антени призводить до збільшення вітрових навантажень (зовнішніх впливів).
Інструментальні помилки при вимірюванні кутових координат обумовлені похибками систем обертання, передачі кута повороту антени, а також похибками формування кутових масштабних відміток, запізненням координатної інформації за час вимірювання координат і ін. Отже, допустима сумарна помилка σ, обумовлена впливом зазначених факторів, буде визначати вибір таких систем, які зможуть забезпечити необхідні вимоги до точності визначення кутових координат.
Зазвичай приймається, що динамічна помилка системи при заданій швидкості обертання не повинна перевищувати 10-30 кут. хв. а статична помилка в режимі ручного управління - 20 кут. хв.
Важливе значення має стійкість систем обертання до зовнішніх впливів.
Зовнішні впливи є вітрові навантаження на антенний пристрій, зміна температури навколишнього середовища, а отже і зміна в'язкості мастил в редукторах обертових пристроїв, зміна напруги живлення і т.д. Впливи призводять до зміни швидкості обертання і гойдання антени, до зниження точності роботи систем в усталеному режимі.
Вимоги стійкості до зовнішніх впливів визначають вибір відповідних класів СВА в кожній конкретній РЛС.
6.5.2 Принципи побудови основних типів систем обертання
Найбільш проста схема СВА які не стежать разомкнутого типу містить послідовно включені: електродвигун, редуктор і реле комутації.
СВА разомкнутого типу з виконавчим двигуном постійного струму застосовується для сканування порівняно легких антен.
Двигун постійного струму через редуктор обертає антену РЛС. Регулювання швидкості обертання здійснюється шляхом зміни струму якоря двигуна, а реверс антени - зміною полярності живлення (РЛС П-12, П-18). Для підвищення точності установки швидкості обертання і виведення антени на заданий азимут підсистема управління обертанням повинна являти собою систему, що стежить за швидкістю.
Стежить разомкнутая система управління обертанням. Дана схема показана на ріс.6.38. Оператор, обертаючи ручку тахогенератора, виробляє напругу пропорційне швидкості обертання штурвала. Ця напруга посилюється і надходить на виконавчий двигун, який обертає антену. Подібні схеми застосовувалися в найперших РЛС.
Замість тахогенератора (ТГ) можна використовувати потенціометр, за допомогою якого задається напруга пропорційне необхідної швидкості обертання антени.
Ріс.6.38. Стежить разомкнутая система управління обертанням
Практичний приклад такої системи управління обертанням приведена на ріс.6.39. Подібні схеми застосовані в РЛС типу П-12, П-18 і ін.
Ріс.6.39. Варіант принципової схеми системи, що стежить разомкнутого типу з потенціометричним задає пристроєм
Перевагою цієї схеми є те, що не потрібно постійного впливу оператора. Недоліки пов'язані з низькою точністю виведення антени на необхідний азимут, крім того, система не відслідковує заданого азимута.
Стежить система управління обертанням замкнутого типу. Варіант побудови такої схеми представлений на ріс.6.40.
Ріс.6.40. Стежить система замкнутого типу
Основна відмінність цієї схеми від попередніх полягає в тому, що на валу антени є ТГ, який виробляє напругу, пропорційне швидкості обертання антени. Ця напруга надходить на обмотку збудження електромашинного підсилювача (ЕМУ), де віднімається з вхідного напруги управління.
У таких системах зменшені помилки по відстеженню заданої швидкості, збільшена реакція на зміну задає впливу. Разом з тим, як і раніше ця система має максимально велику статичну помилку стеження (тобто взагалі не відслідковує заданого азимута).
СВА разомкнутого типу з виконавчим двигуном змінного струму в основному застосовується для РЛС кругового огляду з постійними швидкостями обертання. У таких СВА двигун, що живиться від мережі, через редуктор обертає антену РЛС. Зміна швидкості обертання виробляється або перемиканням схеми живлення двигуна (трикутник, зірка), або зміною передавального числа в редукторі. При необхідності установки антени на заданий азимут, наприклад з метою орієнтування, використовується ручний привід обертання (РЛС П-15, П-19, 35Н6, П-35М та ін.).
У ряді випадків в РЛС РТВ необхідно забезпечити синхронне обертання декількох антенних систем (РЛК 5Н87, НРЗ в РЛС 55Ж6 і ін.). У радіовисотоміру необхідно встановлювати антену на заданий азимут з високою точністю. Для цього підсистема управління обертанням повинна являти собою систему, що стежить, що відстежує заданий азимут (стежить система по положенню).
Стежать, які відстежують заданий азимут.
Найпростіша стежить система такого типу складається з сельсин-датчика (СД) і сельсин-приймача (СП), на які подається опорна напруга.
Якщо потрібні великі потужності для відстеження задається азимута, то застосовують схеми з ЕМУ і електродвигунами (ріс.6.41).
У цій схемі при появі неузгодженості між СД і СП з'являється напруга неузгодженості, яке надходить на УМ, посилюється і далі на обмотку збудження ему, який виробляє напругу керування двигуном постійного струму, а він обертає СП в бік зменшення неузгодженості.
В даній схемі ТГ1 і ТГ2 покращують параметри стеження, забезпечуючи придушення переколебательних процесів і зменшення помилок стеження.
Ріс.6.41. Стежить система із замкнутим циклом управління, підсилювачем потужності і зворотними зв'язками
Двоканальна замкнута стежить система. Подальший шлях підвищення точності стеження це застосування 2-х канальних систем (ріс.6.42).
Ріс.6.42. Двоканальна стежить система із замкнутим циклом управління та зворотними зв'язками
Схема практично ідентична схемі, показаної на ріс.6.41, за винятком наявності перемикача каналів: при великих кутах неузгодженості (на СД грубого відліку (ГО) велике напруження) підключений канал ГО, при малих - канал точного відліку (ТО).
Особливості схеми полягають в тому, що для виключення помилкового нуля коефіцієнт передачі ТО повинен бути непарною, тоді схема принципово не зможе «схопити» на неузгодженість 180 °.
Подібна стежить система застосована в азимутному приводі обертання радіовисотомір ПРВ-16.
Один з варіантів СВА замкнутого типу з виконавчим двигуном постійного струму наведено на ріс.6.43. Вона являє собою систему автоматичного регулювання та може працювати в режимах ручного управління, кругового огляду і секторного огляду.
Ріс.6.43. СВА замкнутого типу з виконавчим двигуном постійного струму
Залежно від режиму роботи напруга неузгодженості, заданий сельсину, через перемикач каналів ГО / ТО подається на дискримінатор, який вимірює величину і напрямок неузгодженості. Посилення сигналу помилки системи здійснюється декількома каскадами посилення. Основне посилення за проектною потужністю здійснюється електромашинним підсилювачем (ЕМУ), вихідний сигнал якого подається на харчування якоря виконавчого двигуна, який через редуктор обертає антену в напрямку зменшення кута неузгодженості, а також встановлює СП в положення, узгоджене з СД.
Якщо в розрив задають сельсинов включений диференційний сельсин, то зміна положення його ротора за програмою малопотужної підсистемою управління призведе до програмної відпрацювання сигналу неузгодженості на виході СП. Для підвищення точності відпрацювання система робиться двоканальної з перемиканням на канал точного відліку (ТО) після відпрацювання сигналу помилки каналом грубого відліку (ГО). Для поліпшення стійкості система охоплюється зворотними зв'язками за швидкістю і прискоренню. Подібна СВА знайшла застосування в радіовисотоміру, наприклад, ПРВ-17.
Варіант СВА замкнутого типу з гідросиловим приводом представлений на ріс.6.44. Подібна система застосовується для синхронного обертання важких антенних систем (наприклад, РЛК 5Н87).
Ріс.6.44. СВА замкнутого типу з гідросиловим приводом
Гідропривід представляє собою пару мотор-насос з регульованою продуктивністю. Залежно від кількості прокачується в одиницю часу рідини, змінюється швидкість обертання гідромотора.
Принцип роботи системи полягає в наступному.
Двигун М1 через редуктор обертає ротор СД, задаючи необхідну швидкість обертання. Посилена напруга неузгодженість з сельсин трансформатора надходить на двигун М2. керуючий регулятором продуктивності гидронасоса (ГН).
У початковому стані продуктивність ГН дорівнює нулю, двигун М3 працює на холостому ходу. Під дією сигналу помилки з М2 регулятор встановлює деяку швидкість прокачування рідини, що приводить в обертання вал гідромотора і, через редуктор, антенну систему. Одночасно провертається і ротор сельсин-трансформатора, що призводить до зниження напруги неузгодженості до величини нечутливості в системі та встановлення регулятора продуктивності в фіксоване положення.
Для стабілізації роботи СВА використовується зворотний зв'язок по швидкості за допомогою диференціального механізму, вихідний вал якого обертає за допомогою синхронного двигуна М4 тахогенератор ТГ2. і зворотний зв'язок щодо прискорення з тахогенератора ТГ1.
У режимі ручного управління двигун М1 з редуктором в зчеплення не входить, а положення СД задається ручкою ручного управління.
Гідросилових СВА мають дві-три швидкості обертання і для підвищення точності стеження також виконуються двоканальними.
Варіант СВА комбінованого типу наведено на ріс.6.45.
Подібна система застосовується в РЛС з важкими антенами при значному споживанні енергії наприклад, РЛС П-14, 5Н84А, 55Ж6).
Система працює в трьох режимах: пуск, кругове обертання і установка на заданий азимут.
У режимі пуску СВА розімкнути. Розгін антени здійснюється шляхом включення виконавчого двигуна постійного струму, який приводиться в обертання при подачі на нього посиленого ему постійної напруги Uпуск. Електромагнітні муфти ЕММ1 і ЕММ2 включені. Через ЕММ1 асинхронний двигун обертає ему, а через ЕММ2 і редуктор зусилля виконавчого двигуна передається на вал системи.
Після розгону антени (переходу в режим кругового обертання) ЕММ1 і ЕММ2 відключаються і включаються ЕММ5 і ЕММ5 низькій швидкості обертання. Для переходу на більш високу швидкість обертання включається ЕММ4, а ЕММ3 відключається.
Ріс.6.45. СВА комбінованого типу
У режимі установки антени на заданий азимут СВА комутується як замкнутий стежить привід по положенню з виконавчим двигуном постійного струму. При цьому включені ЕММ1, ЕММ2 і ланцюги сельсинов.