Универсальное самостабилизирующееся устройство для судовой радиоэлектронной аппаратуры

 

Изобретение относится к радиоэлектронному оборудованию, в частности к антенным постам судового и корабельного радиоэлектронного оборудования. Технический результат заключается в снижении массы и габаритов. Сущность изобретения заключается в том, что платформа, на которой установлена судовая радиоэлектронная аппаратура, не требующая высокой точности стабилизации по углу места, подвешена осями посредством подшипников на станине, установленной на мачте или на надстройке судна. В первом варианте платформа вместе с установленной на ней стабилизируемой аппаратурой размещена ниже оси качания и подвешена только на одной оси качания, параллельной диаметральной плоскости судна, вместо противовеса использованы сама платформа и блок стабилизируемой аппаратуры (часть антенного поста), в качестве рычага противовеса использованы стенки платформы. Во втором варианте устройства съемные стенки платформы с внешними полуосями прикреплены к стенкам блока аппаратуры, а указанные полуоси встроены в подшипники, которыми снабжены стойки плиты. 2 с.п. ф-лы, 5 табл., 9 ил.

Изобретение относится к области радиоэлектронного оборудования судов и кораблей, в частности к антенным постам судового и корабельного радиоэлектронного оборудования. Описание изобретения будем излагать применительно к антенным постам судовых навигационных радиолокационных станций. В дальнейшем будем употреблять обобщенный термин - судовые 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 целей в условиях качки.

Обеспечение надежного обнаружения надводных 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 1924г., приведенные в Справочнике по радиолокации, редактор М. Сколник, М. : Советское радио, 1978), антенны НРЛС должны иметь широкую диаграмму направленности в вертикальной плоскости не менее 18-20 градусов, обеспечивающую нормальное функционирование станции при бортовой качке судна ±10^o. Как следует из изложенного, никаких специальных мер по стабилизации антенн НРЛС не предусмотрено и не требуется.

Для стабилизации антенн специальных РЛС военного назначения используются различные системы принудительной стабилизации антенного поста или луча антенны РЛС. Такие системы весьма сложны и дороги. В связи с этим для применения на гражданских судах, в том числе в составе НРЛС, такие системы не могут быть использованы.

На основании изложенного в качестве прототипа антенного поста к предлагаемому в настоящей заявке самостабилизирующемуся антенному посту для судовой радиолокационной станции мы выбираем нестабилизированную антенну существующих судовых НРЛС.

Для сравнительной количественной оценки эффективности функционирования выбранной антенны-прототипа и предлагаемого устройства - самостабилизирующегося антенного поста для судовой радиолокационной станции целесообразно рассмотреть влияние качки судна на условия обнаружения надводных целей. Данный вопрос был достаточно полно рассмотрен А.Н. Тупысевым и изложен в его книге "Радиолокационное наблюдение в условиях качки", Военно-Морская ордена Ленина академия. Л., 1965.

В указанной работе показано, что НРЛС с нестабилизированной антенной будет измерять курсовой угол на качке - qн с ошибкой, зависящей от величины бортовой (Θ) и килевой (Ψ) качки. В указанной работе показано, что можно определить величину ошибки в измерении курсового угла относительно истинного (для стабилизированной антенны) - qc с использованием приведенного ниже выражения, при измерении углов в радианах где qc - истинный курсовой угол цели; qн - измеряемый на качке курсовой угол цели; Θ - угол бортовой качки; Ψ - угол килевой качки.

Для частного случая, когда антенна НРЛС стабилизирована только по бортовой качке (Θ = 0°), выражение 1 принимает вид qн-qc = 0,25•Ψ²•sin2qc (2) 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 Θ и дифферента Ψ. Анализ полученных графиков показывает, что при гарантированных антеннами современных судовых НРЛС предельных рабочих углах крена в 10^o и дифферента в 3^o ошибки измерения пеленга только от влияния качки составляют 0,3-0,5 градусов. При возрастании углов качки до 20 и 5 градусов соответственно максимальные ошибки измерения пеленга возрастают до 1-1,7 градусов.

На фиг. 1 представлен также график зависимости ошибки измерения пеленга qн-qc от курсового угла qc при обеспечении частичной стабилизации антенны РЛС только по углам бортовой качки (Θ = 0°-const). Ошибки измерения пеленга в этом случае зависят только от угла килевой качки Ψ и не превышают 0,01 градуса, что полностью удовлетворяет требования Морского регистра.

В указанной выше книге Тупысева А.Н. рассмотрен также вопрос о вероятности захвата морской цели радиолокационным лучом при одном цикле обзора. По результатам рассмотрения составлен график зависимости вероятности захвата надводной цели радиолокационным лучом Р(+) от курсового угла цели для двух случаев - для нестабилизированной антенны при углах бортовой качки Θ = 10° и килевой качки Ψ = 3° и для частично стабилизированной антенны по бортовой качке, для которой Θ = 0°, а Ψ = 3°.

Круговая диаграмма зависимости вероятности захвата лучом НРЛС надводной цели от курсового угла приведена на фиг.2 (рис.51 на стр. 80 указанной выше книги). Анализ приведенной зависимости показывает, что вероятность захвата надводной цели за один оборот антенны существующих НРЛС (прототипа) обеспечивает вероятность захвата, в зависимости от ее курсового угла, от 0,43 до 0,95, с резким уменьшением вероятности на траверзных курсовых углах.

Вероятность захвата надводной цели частично стабилизированным лучом (только по бортовой качке) значительно повышается и составляет 0,95-1,0.

В указанной выше книге А.Н. Тупысева определены зоны обнаружения надводных целей судовой НРЛС для различных условий наблюдения и вероятностей обнаружения, при вероятности ложной тревоги F=10^-5. При расчетах принято, что угол возвышения оси диаграммы направленности (ДН) антенны над горизонтом равен 0^o, а максимальный угол отклонения оси ДН от горизонта на качке ΔΘ_в = 12°. Величины дальности обнаружения определены относительно дальности обнаружения цели r=R/R_0,5, где R_0,5 - дальность обнаружения с вероятностью D=0,5.

На фиг.3 (рис. 119 на стр. 217 книги А.Н. Тупысева) приведены зоны обнаружения надводной цели судовой НРЛС с нестабилизированной антенной в условиях качки при Θ = 10° и ψ = 3°.

На фиг.4 (рис. 120 на стр. 218 книги А.Н. Тупысева) приведены зоны обнаружения надводной цели судовой НРЛС с частично стабилизированной антенной в условиях качки при Θ = 0° и ψ = 3°.

На фиг.5 (рис. 101 на стр. 193 книги А.Н. Тупысева) приведены зоны обнаружения надводной цели судовой НРЛС при отсутствии качки или с полностью стабилизированной антенной в условиях качки, т.е. при Θ = 0° и ψ = 0°.

Сравнительный анализ приведенных зависимостей показывает, что для существующих нестабилизированных антенн судовых НРЛС условия обнаружения надводных целей значительно ухудшаются, особенно для целей на траверзных курсовых углах от 60 до 120 градусов. Для вероятности обнаружения 0,5 дальность обнаружения составляет 0,9 от дальности на спокойной воде.

Введение частичной стабилизации по бортовой качке, оказывающей наибольшее влияние на условия обнаружения целей, значительно повышает дальность обнаружения целей. Условия наблюдения почти сравниваются с условиями для полностью стабилизированной антенны. Незначительное уменьшение дальности обнаружения для частично стабилизированной антенны наблюдается только на острых курсовых углах.

По результатам рассмотрения условий функционирования антенных систем судовых НРЛС (прототипа), а также других датчиков радиоэлектронной аппаратуры, таких как телевизионной, электрооптической, гирокомпасов и др., можно сделать следующие выводы.

1. Используемый 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. В связи с этим даже частичная стабилизация антенного поста НРЛС значительно улучшает условия работы станции.

3. Использование сложных и дорогих систем принудительной стабилизации на гражданских судах неприемлемо.

Определенными достоинствами обладают самостабилизирующиеся площадки, в том числе и для установки антенных постов радиоэлектронной аппаратуры, использующие силу земного притяжения и не требующие для своего функционирования затрат энергии.

Примером такого технического решения является устройство стабилизации, предложенное в патенте США N3.860.931 от 14.01.75
Судовая гравитационная стабилизированная антенна по указанному патенту США имеет следующие отличительные признаки. Стабилизированный антенный пост РЛС, состоящий из антенного поста РЛС, установленного на стабилизированной платформе, закрытого вместе с платформой радиопрозрачным кожухом, антенна которого укреплена с помощью кронштейна на тумбе, установленной на основании антенного поста, имеющего мотор и привод вращения. Стабилизация платформы вместе с установленным на ней антенным постом РЛС осуществляется за счет использования силы земного притяжения и свойств физического маятника. В качестве уравновешивающих платформу физических маятников использованы четыре шарообразных груза на консолях, укрепленных равномерно вокруг платформы ниже ее центра качания.

Другим техническим решением рассматриваемого вопроса является комбинированная гироскопическая и использующая свойства физического маятника стабилизированная платформа для антенной системы по патенту США N3.893.123 от 1.07.75. Отличительные признаки данного устройства можно сформулировать следующим образом. Стабилизированный антенный пост судовой НРЛС, состоящий из антенного поста РЛС, установленного на стабилизированной платформе, закрытого вместе с платформой радиопрозрачным кожухом. Антенный пост укреплен с помощью кронштейна на тумбе, установленной на основании антенного поста. Стабилизация платформы с антенным постом осуществляется с использованием силы земного притяжения, свойств физического маятника и гироскопа с электроприводом.

Примером самостабилизирующегося устройства, выбранного нами в качестве прототипа, является самостабилизирующаяся в пространстве система, предложенная в патенте США N4.609.083 от 2.09.86.

Устройство представляет собой устанавливаемую на судне или на другом транспортном средстве самостабилизирующуюся под действием силы земного притяжения платформу. На верхней площадке платформы размещается антенна РЛС или другое устройство, подлежащее стабилизации. В качестве таких устройств в материалах патента указаны антенны слежения за спутниками, микроволновые антенны, антенны РЛС, навигационное оборудование, фотографические и другие оптические приборы.

Предложенное в патенте США N4.609.083 от 2.09.86 устройство представляет собой платформу, имеющую снизу противовес с рычагом. Платформа с противовесом подвешена на двух взаимно перпендикулярных горизонтальных осях, встроенных в раму с подшипниками, на станине, устанавливаемой на мачте или на надстройке судна. Платформа под действием расположенного ниже осей подвески противовеса имеет возможность сохранять на качке судна неизменным горизонтальное положение своей верхней площадки.

Таким образом, предложенная в патенте США N4.609.083 от 2.09.86 самостабилизирующаяся платформа обеспечивает полную стабилизацию установленного на ее верхней площадке антенного поста РЛС или любого другого устройства.

Выполним ориентировочную оценку массогабаритных характеристик стабилизированного антенного поста РЛС массой М, высотой 3Н, с центром тяжести, расположенным на расстоянии Н от основания поста.

Принятые нами для оценочных расчетов величины массогабаритных характеристик стабилизированного антенного поста по патенту США сведены в таблицу 1.

В таблице 1 приняты следующие условные обозначения и сокращения: хm и хр - коэффициенты для масштаба массы противовеса и длины его рычага к М и Н соответственно, ЦТ - центр тяжести.

Величина массы противовеса и его центра тяжести (плеча) взаимосвязаны и могут быть определены из условия:
xm=1.11/(xp+0.1) (3)
В таблице 2 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. 1970г. (стр. 138-139).

В таблице 3 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 антенной судовой 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.

Другим существенным недостатком использования предложенной в патенте США платформы на судах является существенное ограничение углов наклона платформы при перемещении противовеса в сторону станины. Судя по приведенному в материалах патента чертежу (фиг.2), угол наклона противовеса в сторону станины не может превышать 5-6 градусов, при возможных кренах судна в 10 и более градусов.

Чтобы уменьшить углы наклона платформы в указанном направлении, необходимо устанавливать платформу так, чтобы наклоны платформы в указанном направлении совпадали с диаметральной плоскостью судна нос-корма, в которой дифферент судна значительно меньше, чем бортовая качка.

Однако и в этом случае для предотвращения поломки платформы при больших наклонах судна необходимо несколько увеличить вынос подвижной части на оси станины, что приведет к необходимости повышения прочности оси и станины, т. е. к еще большему увеличению массогабаритных характеристик устройства.

Таким образом, существенными недостатками устройства стабилизации по патенту США N4.609.083 от 2.09.86 с антенной НРЛС "Печора-2", принимаемого нами в качестве прототипа, являются:
1. Основным недостатком устройства стабилизации-прототипа, как и остальных двух рассмотренных устройств, является то, что в указанных устройствах стабилизированная площадка размещена выше осей качания устройства. При таком расположении осей масса стабилизируемого устройства (антенного поста или другого устройства) с площадкой должна быть скомпенсирована противовесом, располагаемым ниже осей качания площадки, с массой и плечом, обеспечивающими поддержание площадки со стабилизируемым устройством в верхнем положении. Такое решение вопроса приводит к значительному увеличению массогабаритных характеристик всего устройства.

2. Проблематичность использования устройства на качающемся судне из-за ограниченных углов наклона платформы в ряде направлений и отсутствия ограничителей углов наклона для предотвращения поломки платформы при экстремальных углах качки.

3. Сущность изобретения.

1. Предлагается универсальное самостабилизирующееся устройство для судовой радиоэлектронной аппаратуры, представляющее собой платформу, на которой установлен антенный пост, состоящий из антенны РЛС любого назначения, навигационного оборудования или других датчиков, не требующих высокой точности стабилизации по углу места, установленных на блоке приемной, передающей или приемопередающей аппаратуры, 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 первом варианте устройства стабилизированная платформа вместе с установленной на ней стабилизируемой аппаратурой размещена ниже осей качания и подвешена только на одной оси, параллельной, при установке устройства на судне, его диаметральной плоскости, вместо противовеса использованы сама платформа и блок стабилизируемой аппаратуры (часть антенного поста), в качестве рычага противовеса использованы стенки платформы, для чего платформа снабжена сверху передней и задней стенками с внешними полуосями в их верхних частях, станина, устанавливаемая на мачте или на надстройке судна, представляет собой плиту, снабженную по бокам сверху стойками с внешними вертикальными ребрами жесткости, снабженными в верхних частях подшипниками, в которые встроены полуоси стенок платформы, плита станины сверху снабжена продольным, от стойки до стойки, трехгранным сверху выступом, в который упирается, при максимальных углах наклона, нижняя поверхность платформы, ограничивая углы поворота платформы относительно станины и палубы качающегося судна, необходимый максимальный угол поворота платформы относительно станины устанавливается относительными вертикальными размерами стенок платформы и стоек станины, шириной платформы и высотой выступа станины, благодаря чему обеспечивается, при значительно меньших по сравнению с прототипом массе и габаритах рычага, противовеса и всего стабилизирующего устройства, без затраты энергии, под действием силы тяжести расположенных ниже оси подвески платформы и блока аппаратуры стабилизируемого антенного поста, стабилизация платформы и установленного на ней стабилизируемого устройства по бортовой качке, оказывающей решающее влияние на условия функционирования судовой радиоэлектронной аппаратуры, а также ограничение углов поворота платформы относительно палубы судна при больших углах крена с целью предотвращения поломки устройства.

2. Предлагается универсальное самостабилизирующееся устройство для судовой радиоэлектронной аппаратуры, представляющее собой платформу, на которой установлен антенный пост, состоящий из антенны РЛС любого назначения, навигационного оборудования или других датчиков, не требующих высокой точности стабилизации по углу места, установленных на блоке приемной, передающей или приемопередающей аппаратуры, 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 во втором варианте устройства стабилизированная платформа вместе с установленной на ней стабилизируемой аппаратурой размещена ниже осей качания и подвешена только на одной оси, параллельной, при установке устройства на судне, его диаметральной плоскости, вместо противовеса использованы сама платформа и блок стабилизируемой аппаратуры (часть антенного поста), в качестве рычага противовеса использованы укрепленные к передней и задней стенкам блока стабилизируемой аппаратуры съемные стенки с внешними полуосями в их верхних частях, станина, устанавливаемая на мачте или на надстройке судна, представляет собой плиту, снабженную по бокам сверху стойками с внешними вертикальными ребрами жесткости, снабженными в верхних частях подшипниками, в которые встроены полуоси стенок платформы, плита станины сверху снабжена продольным, от стойки до стойки, трехгранным сверху выступом, в который упирается, при максимальных углах наклона, нижняя поверхность платформы, ограничивая углы поворота платформы относительно станины и палубы качающегося судна, необходимый максимальный угол поворота платформы относительно станины устанавливается относительными вертикальными размерами стенок платформы и стоек станины, шириной платформы и высотой выступа станины, благодаря чему обеспечивается, при значительно меньших по сравнению с прототипом массе и габаритах рычага, противовеса и всего стабилизирующего устройства, без затраты энергии, под действием силы тяжести расположенных ниже оси подвески платформы и блока аппаратуры стабилизируемого антенного поста, стабилизация платформы и установленного на ней стабилизируемого устройства по бортовой качке, оказывающей решающее влияние на условия функционирования судовой радиоэлектронной аппаратуры, а также ограничение углов поворота платформы относительно палубы судна при больших углах крена с целью предотвращения поломки устройства.

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.

Фиг.3. Зоны обнаружения надводной цели в условиях качки.

Фиг.4. Зоны обнаружения надводной цели в условиях качки при стабилизации антенны по бортовой качке.

Фиг.5. Зоны обнаружения надводной цели при отсутствии качки или при полной стабилизации антенны.

Фиг.6. Чертеж универсального самостабилизирующегося устройства для антенного поста судовой навигационной радиолокационной станции (первого варианта) при отсутствии крена судна.

Фиг.7. Чертеж универсального самостабилизирующегося устройства для антенного поста судовой навигационной радиолокационной станции (первого варианта) при крене судна.

Фиг.8. Чертеж универсального самостабилизирующегося устройства для антенного поста судовой навигационной радиолокационной станции (второго варианта) при отсутствии крена судна.

Фиг. 9. Чертеж внешнего вида самостабилизирующихся антенных постов прототипа (слева) и предлагаемого устройства (справа).

Условные обозначения на чертежах на фигурах 6, 7 и 8.

1. Станина.

2. Платформа
3. Плита станины.

4. Стойка станины с подшипниками и откосом.

5. Стенка платформы (фиг.6 и фиг.7), съемная стенка (фиг.8).

6. Полуось стенки платформы (фиг. 6 и фиг.7), полуось съемной стенки (фиг.8).

7. Ось качания платформы.

8. Ограничительный выступ.

9. Антенный пост.

10. Антенна с приводом вращения
11. Приемопередатчик.

12. Угол крена судна.

13. Направление на изображение на фиг.7б.

5. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Чертеж предлагаемого самостабилизирующегося устройства первого варианта представлен на фиг.6. Устройство состоит из станины 1 и подвижной платформы 2. Станина 1 состоит из основания 3, представляющего металлическую плиту с отверстиями по углам для крепления к палубе или к настилу надстройки, мостика. С передней и задней сторон основания 3 сверху укреплены поперечные стойки 4 с подшипниками в верхней части и вертикальными ребрами жесткости по середине наружной стороны. Между поперечными стойками 4 подвижно укреплена качающаяся платформа 2, снабженная направленными вверх передней и задней стенками 5 с укрепленными на них снаружи в верхней части полуосями 6. Полуоси 6 встроены в подшипники поперечных стоек 4, обеспечивая тем самым качание платформы 2 вокруг оси 7. В средней части плиты станины 3 сверху между поперечными стойками укреплен треугольного профиля обрезиненный сверху ограничительный выступ 8, ограничивающий с двух сторон угол поворота платформы 2 относительно станины 1. По углам платформы отверстия для жесткого крепления стабилизируемого устройства, например антенного поста НРЛС 9.

В качестве такого устройства 9 на фиг.6 изображен антенный пост НРЛС "Печора-2", состоящий из антенны с приводом вращения 10 и приемопередатчика 11.

Функционирует самостабилизирующееся устройство следующим образом. В исходном положении, при отсутствии качки, платформа 2 с установленным на ней антенным постом 9 под действием силы земного притяжения масс платформы и приемопередатчика антенного поста, центр тяжести которых находится в точке ЦТ и расположен ниже оси качания платформы 2, висит на полуосях 6. При наличии крена судна на угол 12 (см. фиг.7) станина 1 накренится вместе с судном.

Подвижная часть устройства, платформа 2 и установленный в ней антенный пост 9, под действием силы земного притяжения сохранят свое положение в пространстве, обеспечивая стабилизацию антенного поста и диаграммы направленности антенны НРЛС в вертикальной плоскости. В крайнем положении по углу качки 12 для данного устройства платформа своей нижней частью ляжет на ограничительный выступ 8. Дальнейшее относительное перемещение платформы 2 и станины 1 прекратится, предотвращая поломку устройства при еще больших углах крена. Прекратится и стабилизация антенного поста. Функционирование НРЛС при больших углах крена будет обеспечиваться, как и у современных НРЛС, за счет широкой ДН в вертикальной плоскости.

Чертеж предлагаемого универсального самостабилизирующегося устройства по второму варианту представлен на фиг.8. В отличие от первого варианта устройство второго варианта обеспечивает установку антенных постов только после их небольшой доработки. Доработка заключается в укреплении на верхних частях передней и задней стенок блока аппаратуры стабилизируемого антенного поста (для НРЛС - блока приемопередатчика) съемных стенок с полуосями. Это исключает необходимость использования в устройстве платформы и полноразмерных стенок с полуосями, что обеспечивает по сравнению с первым вариантом устройства уменьшение массогабаритных характеристик качающейся части и всего устройства.

Функционирует устройство второго варианта аналогично устройству по первому варианту.

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•d² - момент инерции тела относительно оси качания;
m - масса физического маятника;
d - длина физического маятника;
g - ускорение силы тяжести.

Если мы рассматриваем качание тела сложной формы, состоящего из n отдельных составляющих, момент инерции такого тела относительно оси качания - J определяется как сумма произведений масс всех составляющих частей тела m[i] на квадраты их расстояний от той же оси r[i].

Аналогично для суммарной величины md такого тела справедливо равенство

Используем полученные выражения для определения периода колебаний качающихся деталей предлагаемой конструкции антенного поста судовой НРЛС. Принятые для расчетов данные при изготовлении предлагаемого устройства из алюминия приведены в таблице 4.

Результаты расчетов с использованием приведенных выражений и данных таблицы 4 показывают, что период колебаний рассматриваемого физического маятника - универсального самостабилизирующегося устройства - будет равен 1,4 с. Период бортовой качки морских судов в зависимости от их размеров и конструкции корпуса колеблется от 7 до 20+30 с [В.В. Ашин. Проектирование судов. Л. : Судостроение, 1985 г.]. Это в пять и более раз превышает период колебаний предлагаемой в заявке качающейся части универсального самостабилизирующегося устройства, что исключает возможность возникновения побочных колебаний стабилизированной антенны во время качки судна.

В зависимости от необходимых максимальных углов крена Θм, при которых должна быть обеспечена самостабилизация с использованием предлагаемого устройства, должна быть выбрана необходимая ширина платформы - а, обеспечивающая ограничение ее угла поворота в крайних точках поворота при выбранном максимальном угле крена и высоте стенки платформы - L. Указанные величины связаны соотношением
a = 2L•Tan(Θм) (7)
Полная ширина платформы (см. 5 или 9 на фиг.7а) должна быть несколько больше для обеспечения упора в ограничительный выступ станины устройства. Примем величину такой прибавки в 20 мм с каждой стороны. С учетом необходимой ширины платформы требуется определить также для каждого максимального угла крена расстояние (высоту) от оси качания платформы до вершины ограничителя - Н. Эта величина может быть определена с использованием выражения.

Необходимые значения указанных величин для первого варианта устройства в зависимости от заданных максимальных углов крена приведены в таблице 5.

Результаты оценочных расчетов для приведенных нами примеров показывают, что полученные величины вполне приемлемы для практического использования на судах.

Таким образом, предлагаемое универсальное самостабилизирующееся устройство для судовой радиолокационной станции обеспечивает
1. Самостабилизацию по углам крена судна антенного поста судовой радиоэлектронной аппаратуры в пределах заданных углов крена.

2. Функционирование антенного поста судовой радиоэлектронной аппаратуры и при углах крена, больших, чем обеспечено при самостабилизации, с ухудшением качества функционирования, как это обеспечивается в существующих образцах - за счет широкой ДН в вертикальной плоскости, но смещенных в сторону больших углов крена на величину угла стабилизации.

3. Предотвращение поломок устройства при больших углах крена.

Предлагаемое универсальное самостабилизирующееся устройство для судовой радиоэлектронной аппаратуры технически реализуемо, работоспособно и имеет значительные преимущества перед прототипом.

Формула изобретения

1. Универсальное самостабилизирующееся устройство для судовой радиоэлектронной аппаратуры, представляющее собой платформу, на которой установлена эта аппаратура и которая подвешена с помощью встроенных подшипников на станине, устанавливаемой на мачте или на надстройке судна, и противовес с рычагом, отличающееся тем, что платформа вместе с установленной на ней судовой радиоэлектронной аппаратурой, центр тяжести которых размещен ниже оси качания, подвешена только на одной оси качания, параллельной диаметральной плоскости судна, а в качестве рычага противовеса использованы стенки платформы, для чего платформа снабжена сверху передней и задней стенками с внешними полуосями в их верхних частях, станина представляет собой плиту, снабженную по бокам сверху стойками с внешними вертикальными ребрами жесткости, снабженными в верхних частях подшипниками, в которые встроены полуоси стенок платформы, плита станины сверху снабжена выступом, в который упирается при максимальных углах наклона нижняя поверхность платформы, ограничивая углы поворота платформы относительно станины и палубы качающегося судна, необходимый максимальный угол поворота платформы относительно станины устанавливается относительными вертикальными размерами передней и задней стенок платформы и стоек станины, шириной платформы и высотой треугольного сверху выступа станины.

2. Универсальное самостабилизирующееся устройство для судовой радиоэлектронной аппаратуры, представляющее собой платформу, на которой установлена эта аппаратура и которая подвешена с помощью встроенных подшипников на станине, устанавливаемой на мачте или на надстройке судна, и противовес с рычагом, отличающееся тем, что платформа вместе с установленной на ней судовой радиоэлектронной аппаратурой, центр тяжести которых размещен ниже оси качания, подвешена только на одной оси качания, параллельной диаметральной плоскости судна, а в качестве рычага противовеса использованы прикрепленные к передней и задней стенкам блока судовой радиоэлектронной аппаратуры съемные стенки платформы с внешними полуосями в их верхних частях, станина представляет собой плиту, снабженную по бокам сверху стойками с внешними вертикальными ребрами жесткости, снабженными в верхних частях подшипниками, в которые встроены внешние полуоси съемных стенок платформы, плита станины сверху снабжена продольным от стойки до стойки трехгранным сверху выступом, в который упирается при максимальных углах наклона нижняя поверхность платформы, ограничивая углы поворота платформы относительно станины и палубы качающегося судна, необходимый максимальный угол поворота платформы относительно станины устанавливается относительными вертикальными размерами стенок платформы и стоек станины, шириной платформы и высотой выступа станины.

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 13, Рисунок 14

PD4A - 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

---