[1]Область техники, к которой относится изобретение.
[2]Изобретение относится к устройствам для изменения ориентации поля зрения и может найти применение в бортовых координаторах цели (головках самонаведения) управляемых ракет.
[4]Известны устройства изменения ориентации поля зрения, предназначенные для использования в бортовых координаторах цели (головках самонаведения – ГСН) управляемых ракет (УР):
[5]1. Виртуальный авиационный справочник "Уголок неба", http://www.airwar.ru.
[6]2. В. Сапков "Системы наведения управляемых ракет класса "воздух-воздух". Зарубежное военное обозрение. №10, 1987.
[7]3. А.А. Шилин. Обзор пассивных оптических ГСН для поражения наземных тактических целей. Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. Вып. 7.
[8]4. Р. Щербинин. Головки самонаведения перспективных зарубежных управляемых ракет и авиабомб. Зарубежное военное обозрение № 4, 2009.
[9]Во всех известных устройствах изменения ориентации поля зрения применен классический карданный подвес с подшипниками в осях вращения.
[10]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:
[11]1. Гироскопические системы. Проектирование гироскопических систем/под ред. Д.С. Пельпора. Ч.1. М.: Высшая школа, 1977.
[12]2. Л.А. Борисенко и А.В. Самойленко. Механика роботов и манипуляторов с электроприводом. Минск. «Высшая школа» 1992 г.
[13]Нелинейность зависимости угла отклонения нормали антенны (фиг. 1) от углов отклонения нормали карданового подвеса в двух плоскостях определяется выражением:
[14]tg ω0 = tg ωα · cos α, где:
[15]α – угол отклонения нормали подвеса (антенны, объектива) от оси изделия;
[16]ω – угол осмотра пространства по конусу с углом основания 2α.
[17]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.
[18]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.
[19]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.
[20]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.
[21]В качестве прототипа изобретения могут быть использованы:
[22]– патент США № 3441936, опубл. 29.04.1969, где авторы предложили основную нагрузку от веса антенны компенсировать плавучестью специальной поддерживающей сферы, размещаемой в специальном бассейне;
[23]– 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.
[24]Недостаток прототипов – отсутствие механизма фиксации осей антенны (объектива) ГСН относительно осей ракеты.
[25]Раскрытие сущности изобретения
[26]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].
[27]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.
[28]Краткое описание чертежей
[29]Фиг. 1 Нелинейность зависимости угла отклонения нормали антенны от углов отклонения нормали карданового подвеса в двух плоскостях. Цифрами обозначены:
[30]1 – основание подвеса;
[31]2 – основание антенны;
[32]3 – перпендикуляр к апертуре антенны.
[33]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.
[35]4 – объектив (антенна) ГСН;
[36]5 – сфера шаровой опоры объектива (антенна) ГСН из магнитомягкого материала;
[37]6 – основание ГСН из заранее намагниченного магнитотвердого материала;
[38]7– центрирующие шарики;
[39]8– обойма центрирующих шариков;
[40]9– делительные канавки;
[41]10 – пространство между сферой шаровой опоры объектива и основанием ГСН, залитое магнитной жидкостью.
[42]Осуществление изобретения
[43]Осуществление изобретения поясняется на фиг. 1 и 2.
[44]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.
