КООРДИНАТОР ОПТИЧЕСКОЙ ГОЛОВКИ САМОНАВЕДЕНИЯ

КООРДИНАТОР ОПТИЧЕСКОЙ ГОЛОВКИ САМОНАВЕДЕНИЯ
Полезная модель относится к области точного оптико-электронного приборостроения и может быть использована в устройствах, предназначенных для обнаружения и последующего автосопровождения (АС) отражающих лазерный луч объектов, как движущихся, так и расположенных неподвижно на земной поверхности.
Известен координатор Ш оптической головки самонаведения (ОГСН), предназначенный для управляемого артиллерийского снаряда (УАС), выпускаемого из 155 мм гаубицы. Основным элементом известного координатора является трехстепенной астатический гироскоп.На роторе гироскопа, представляющем собой постоянный магнит, жестко установлена оптическая система (ОС), а на торце кардана размещен фотоприемник (ФП) с интерференционным фильтром. Статором гироскопа является соленоид, в витках которого в процессе слежения за объектом протекает переменный ток. Взаимодействие магнитных полей, создаваемых вращающимся постоянным магнитом и протекающим по соленоиду током, создает момент, позволяющий реализовать прецессионное движение ротора. Разгон ротора до номинальных оборотов, которые поддерживаются на постоянном уровне посредством специальной следящей системы, осуществляется пружинным двигателем. Координатор 1 снабжен датчиком угловой скорости крена и системой ее стабилизации, а также элементами газовой системы управления в контуре крена. Кроме того, в известном координаторе СИ имеется система арретирования - разарретирования ротора гироскопа, предназначенная для обеспечения быстродействия ОГСН, т.е. скорейшего выхода оптико-электронного следящего координатора (ОЭСК) на режим АС. Система представляет собой связанную с пирозапалом муфту, зажимающую ротор во время запуска снаряда и освобождающую его сразу же после старта УАС. Испытания УАС, получившего название Копперхэд, на котором была установлена лазерная полуактивная ГСН с описанным выше координатором СИ, показали его высокую эффективность .
Однако координатор Ш обладает целым рядом недостатков, к которым следует отнести:
- значительный вес координатора, обусловленный наличием сложной электронной системы управления УАС, системы стаби99 7 2 ЈV3
МПК 6 F42B 15/01 G01S 3/78
лизации оборотов ротора, громоздкой системы управления угловой скоростью крена, использующей газорезервуары и газопроводы;
-недостаточная надежность системы арретирования - разарретирования ротора гироскопа, обладающей большим количеством кинематических элементов;
-невозможность установки координатора в управляемых реактивных снарядах (УРС). Этот недостаток обусловлен тем, что при установке координатора 1 на УРС после включения маршевого двигателя обратные перегрузки могут превысить силу пружины, .вызвать её сжатие и продвижение гироскопа в сторону арретирования, что вызовет срыв слежения.
Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемой полезной модели является координатор 23, выбранный в качестве прототипа. Известный координатор 23 содержит ротор, выполненный в виде постоянного магнита, с закрепленной на нем ОС, которую дополняет обтекатель, установленный на переднем торце корпуса ОЭСК. Ротор координатора устанавливается в кардановом подвесе трехстепенного астатического гироскопа, имеющего удлиненный подпружиненный хвостовик. На торце карданова подвеса размещено фотоприемное устройство (ФПУ) в виде квадрантного ФП. В отличие от координатора 1, гироскоп координатора 23 имеет одноканальную систему электромагнитной коррекции положения его оси, что обеспечило устранение некоторых недостатков, присущих аналогу 13. Система коррекции состоит из двух парных катушек, размещенных в статоре координатора, оси которых перпендикулярны оси ОС координатора. При взаимодействии магнитных полей, возникающих при прохождении по катушкам переменного тока, и магнитного поля вращающегося постоянного магнита, возникает момент, управляющий положением оси ротора. Координатор 23 содержит также механизм разгона ротора, представляющий собой пружинный двигатель, содержащий спиральную пружину, наружный конец которой закреплён в корпусе координатора, а внутренний - на расположенной внутри корпуса координатора обойме с поводковой муфтой, представляющей собой три поворотных поводка на трёх осях, подпружиненные каждый своей пружинкой и требующие тщательного выставления при сборке для избежания возможного отказа при эксплуатации. Координатор снабжён также системой арретирования-разарретирования ротора гироскопа, включающей в сеwn ъмз
- 6 бя упоры, установленные на корпусе координатора, пиропатрон, пружину, фиксаторы.
Таким образом, известный координатор СЕ1 благодаря одноканальному принципу управления носителем, позволившему отказаться от датчика крена системы его стабилизации, а также от элементов управления газовой струей, обладает улучшенными характеристиками в отношении веса и габаритов, надежности и простоты в эксплуатации. Однако его существенными недостатками остаются: сложность конструкции и возможность срыва слежения при установке координатора на УРС. После включения маршевого двигателя под воздействием перегрузок, как и в известном устройстве СИ возможно обратное движение ротора, т.е. срыв слежения.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение надёжности работы координатора при одновременном упрощении его конструкции, технологии сборки координатора, а также возможности использования координатора с различного рода носителями (пассивными - УАС и активными - УРС).
Для достижения этого технического результата предлагается координатор оптической головки самонаведения, который как и наиболее близкий к нему, выбранный в качестве прототипа, содержит статор, трёхстепенной гироскоп, имеющий возможность перемещения в осевом направлении, и состоящий из карданова подвеса с фотооптической системой и ротора с закрепленными на нем зубцами. Координатор содержит также механизм разгона ротора, представляющий собой спиральную пружину. Наружный конец пружины закреплен в корпусе координатора, связанном шпоночным соединением с хвостовиком карданова подвеса, а внутренний - на расположенной внутри корпуса обойме с поводковой муфтой, передающей вращение ротору. В координаторе имеется устройство арретирования, состоящее из закрепленных на корпусе координатора упоров, пиропатрона и взаимодействующей с хвостовиком кардана пружины, установленных во втулке, закрепленной на корпусе координатора.
Особенностью предлагаемого координатора, отличающей его от известного С23, является то, что поводковая муфта снабжена зубцами с выступами, сопряженными с направленными навстречу выступами, выполненными на зубцах ротора. Осевой зазор между выступами зубцов поводковой муфты и ротора превышает высоту упоров, установленных на корпусе координатора. Шпонка, соединяющая хвостовик
кардана с корпусом координатора, выполнена ступенчатой.Один конец пружины, взаимодействующей с хвостовиком кардана, закреплен во втулке, а другой - жестко связан с хвостовиком кардана.
Технический результат, достигнутый в предлагаемой полезной модели, обеспечивается за счёт введения в конструкцию поводковой муфты взамен целой группы кинематических элементов (рычагов, осей, пружинок), имеющихся в прототипе, зубцов с выступами. Введённые зубцы с выступами в сочетании с сопряженными с ними и расположенными навстречу выступами, выполненными на зубцах ротора, обеспечивают надёжную передачу вращения от механизма разгона к ротору гироскопа. Кроме того, в связи с тем, что в заарретированном положении ротора зазор между выступами зубцов поводковой муфты и ротора превышает высоту головок упоров, установленных на корпусе координатора, при срабатывании пиропатрона обеспечивается необходимая величина продвижения гироскопа в осевом направлении, снятие ротора с упоров, его разгон, соскальзывание выступов после окончания раскручивания спиральной пружины и продвижение гироскопа вперёд до упора под действием связанной с хвостовиком кардана пружины. Однако эта пружина благодаря закреплению одного её конца к хвостовику кардана, а другого - к корпусу координатора (через втулку) работает не только на сжатие, как это было в прототипе, но и на кручение. Этим обеспечивается в конце перемещения гироскопа разворот хвостовика гироскопа на угол р (см. фиг.5), а его фиксация в этом положении осуществляется ступенчатой шпонкой, выходящей в конце продвижения гироскопа вперёд из шпоночного паза. Выступ шпонки упирается в корпус, препятствуя обратному перемещению гироскопа под воздействием продольных ускорений.
Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленные задачи.
Предлагаемый координатор иллюстрируется чертежами. На фиг.1 представлен общий вид координатора (осевой разрез) в заарретированном положении гироскопа. На фиг.2 - расположение зубьев ротора и поводковой муфты механизма разгона ротора (вид А на фиг.1). На фиг.З показано положение ступенчатой шпонки в заарретированном состоянии ротора (сечение Б-Б на фиг.1); на фиг.4 представлен вид В на фиг.З; фиг.5 иллюстрирует положение ступенчатой шпонки в разарретированном состоянии гироскопа, а на фиг.6 представлен разрез Г-Г на
фиг.5.
Координатор состоит из трёхстепенного астатического гироскопа, в кардановом подвесе 1 которого установлен ротор 2, представляющий собой постоянный магнит, жестко связанный с корпусом 3. На внутренней рамке 4 карданова подвеса 1 крепится объектив 5, за которым размещается фотоприемное устройство б, представляющее собой квадрантный ФП с интерференционным фильтром. Оптическая система координатора дополнена обтекателем 7, установленным на переднем торце ОГСН (на фиг. не показан). Статор координатора образуют две парные катушки 8, оси которых перпендикулярны оптической оси координатора, смонтированные на каркасе 9. Взаимодействие магнитных полей статора и ротора обеспечивает управление прецессионным движением ротора. Для приведения ротора 2 во вращение служит связанный с ротором механизм разгона, представляющий собой пружинный двигатель, состоящий из корпуса 10, являющегося корпусом координатора, в котором размещается спиральная пружина 11, наружный конец которой закреплен в корпусе 10, а внутренний соединен с обоймой IE, вращающейся на подшипниках 13. На обойме 12 закреплен поводок 14 с тремя зубцами 15, находящимися в зацеплении с зубцами 16 кольца 17, закрепленного на корпусе 3 ротора 2. Зубцы 15 поводка 14 имеют  образные выступы, направленные навстречу  образным выступам зубцов 16 кольца 17 (см.фиг.2). На внешней стороне корпуса 10 координатора, обращенной в сторону ротора, закреплены упоры 18, высота которых меньше, чем осевой зазор между зубцами 15 и 16. Упоры 18 предназначены для удержания ротора 2 от вращения в заарретированном состоянии. Хвостовик 19 гироскопа вместе с навинченной на него втулкой 20 находится под действием пружины 21, один конец которой закреплён во втулке 20, а другой - во втулке 22, закреплённой на корпусе 10 координатора. Во втулке 22 установлен также пиропатрон 23, смонтированный в корпусе 24. Между внутренней стенкой втулки 22 и корпусом 24 пиропатрона 23 образуется полость 25, которая при срабатывании пиропатрона 23 наполняется газами. Корпус 24 снабжён тонкой перемычкой 26, разрушающейся под действием газов при срабатывании пиропатрона 23. Гироскоп, на хвостовике 19 которого установлена ступенчатая шпонка 27, имеет возможность осевого перемещения вдоль отверстия и шпоночного паза корпуса 10.
Устройство работает следующим образом.
В момент старта при заведённой спиральной пружине 11 и сжатой винтовой пружине 21 ротор гироскопа зафиксирован и удерживается от вращения тремя упорами 18. Его масса, состоящая из корпуса 3 и постоянного магнита 2 упирается в корпус 10 координатора, благодаря чему гироскоп выдерживает большие стартовые перегрузки. После попадания в поле зрения координатора отражённого от объекта лазерного луча, оптическая система координатора, состоящая из объектива 5 и обтекателя 7 фокусирует изображение объекта на ФПУ 6. В этот момент происходит захват объекта. Когда сигнал на выходе ФП достигнет определённой величины, срабатывает пиропатрон 23. Пороховые газы создают давление в полости 25, перемычка 26 корпуса 24 пиропатрона 23 разрывается и под действием пружины 21 гироскоп вместе с ротором и ступенчатой шпонкой 27 перемещается по шпоночному пазу корпуса 10 в направлении по стрелке Д (см. фиг.1) на величину зазора между выступами Г - образной формы, выполненными на зубцах 15 и 16 соответственно (см.фиг.2). В результате этого продвижения ротор 2 снимается с упоров 18 и под действием спиральной пружины 11 разгоняется до номинальных оборотов. После окончания разгона ротора  образные выступы зубцов 16 кольца 17 ротора соскакивают с  образных выступов зубцов 15 поводка 14 механизма разгона и гироскоп под действием пружины 21 продвигается по шпонке 27 до упора, обеспечивая полное разарретирование гироскопа. В конце этого движения , когда выступ шпонки 27 выйдет из шпоночного паза корпуса 10 координатора, под действием крутящего момента пружины 21, которая работает и на сжатие и на кручение, хвостовик 19 гироскопа развернётся на угол Ф , обеспечивающий упор торца шпонки 27 в стенку Ж корпуса 10 (см. фиг 5, 6), что препятствует обратному перемещению ротора под воздействием перегрузок, которые могут возникнуть при старте ОГСН, установленной на УРС, при работе маршевого двигателя. После разгона и разарретирования гироскопа, координатор переходит в режим АС объекта посредством управления прецессионным движением ротора 3. Это управление осуществляется путем воздействия переменного магнитного поля катушек 8 статора на постоянное магнитное поле ротора 2.
оптико-электронный координатор, конструкция которого по сравнению с прототипом обладает повышенной надежностью и высокой технологичностью. Кроме того, такой координатор является универсальным, так как может быть эффективно использован как в управляемых артиллерийских, так и в реактивных снарядах.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ:
1.Р.А.Налк, Х.Л.Пастрик, Ф.А.Моррисон. Разработка полуактивной лазерной системы наведения снаряда Копперхэд. Ракетная техника и космонавтика, т.18,N2, с.128 - 138.
2.Лазерная полуактивная головка самонаведения (ЛПГС) Краснополь, Техническое описание, с.5-б (прототип).