Устройство для регулировки и фиксации положения радиолокационной антенны
DEVICE FOR ADJUSTING AND FIXING POSITION OF RADAR ANTENNA

Настоящее изобретение относится к области радиолокационной техники и, в частности, к устройствам для установки антенн на судах, подводных лодках и других плавучих средствах.
Известно устройство для установки антенн, содержащее несущее основание, опирающееся посредством шаровых шарниров и домкратов, установленных на опорных плитах и суппортах, в котором с целью уменьшения веса, габаритов и повышения точности установки (юстировки), под несущим основанием расположена промежуточная рама, опирающаяся своей центральной частью на ось-упор суппорта и жестко соединенная с корпусом домкратов, каждый из которых снабжен ходовым колесом, размещенным в поворотном корпусе (см. А.С. СССР №368686, 1973, Мкл. H01q 1/12).
Наличие под несущим основанием промежуточной рамы, опирающейся на ось-упор суппорта и жестко соединенной с корпусом домкратов создает избыточные (пассивные) связи. Избыточными (пассивными) связями называются такие связи, устранение которых не увеличивает подвижности механизма (см. А.Н. Решетов "Самоустанавливающиеся механизмы", М., изд. "Машиностроение", 1979 г., стр. 8).
В известном механизме устранение избыточных связей привело бы к неоправданному увеличению габаритов, веса, а также увеличило бы рабочее пространство, занимаемое антенной радиолокационной станции совместно с механизмом для ее закрепления и юстировки.
Количество избыточных связей уменьшено на одну по сравнению с первым в другом известном устройстве, принятом за прототип (см. А.С. СССР №351274, МКИ H01q 1/08, 1972 г.  и доп. А.С. №399029, H01q 1/12, 1972 г.). Это устройство содержит горизонтальный корпус и фланец, выполненный с шаровой поверхностью, сопряженной с отверстием корпуса, вертикальные подъемники, установленные на корпусе и упирающиеся в края фланца с возможностью регулировки их по длине. Особенностью известного механизма является то, что в корпусе выполнены четыре радиусных паза, расположенных радиально и ортогонально между собой, в каждый из которых упирается опора со сферическим наконечником, закрепленная на конце винта с возможностью регулирования ее по длине, причем центра радиусов сферических наконечников и шаровой поверхности фланца лежат в одной плоскости. Благодаря наличию радиусных пазов устраняется одна из избыточных связей, присущая устройству-аналогу. Тот факт, что центры радиусов сферических наконечников и центра шаровой поверхности фланца, лежат в одной плоскости, создает избыточные связи. Изложенное поясняется фиг. 1 и фиг. 2. Из фиг. 1 видно, что различные технологические отклонения в изготовлении радиусных пазов при наличии избыточных связей создают неоднозначность установки, внутренние деформации фланца и вследствие этого - потерю точности установки радиолокационной станции (см. фиг. 1, где показано действие пары сил "Р", возникающей вследствие наличия избыточной связи и технологических отклонений на несоосность, несимметричность, неплоскостность и т.п.). Тот факт, что подъемники выполнены в виде пары "винт-гайка", создает дополнительные (избыточные) связи, т.к. общеизвестно, что пара "винт-гайка" является статически неопределенной системой, количество лишних связей в которой равно n, где n стремится к увеличению с увеличением числа витков в резьбе пары "винт-гайка" и диаметра резьбы. Резьбовое соединение в этом случае работает как пара, которой присущи пластические деформации. Известно также, что пары, которым присущи пластические деформации, условно можно рассматривать как шарнирные пары. Этим и объясняется возможность использования винтовых пар при юстировке высокоточной оптики. Условное рассмотрение резьбовой пары как шарнира приводит к значительной погрешности, которую при регулировке высокоточной оптики нельзя не учитывать. Поэтому в ряде случаев, обусловленных высокой точностью юстировки, пользуются клиньями, подкладывая их под соответствующие опоры юстировочных оснований и приводя эти клинья в движение с помощью различных передаточных механизмов.
Однако использование клиньев в этом случае не может решить задачу повышения точности юстировки при уменьшении занимаемого механизмом рабочего пространства, поскольку каждый из клиньев представляет собой конструкцию, имеющую значительный (при малых углах) размер по длине, размещение которой в пространстве, ограниченном радиолокационной антенной подводного носителя, весьма затруднительно.
Целью изобретения является устранение указанного недостатка, т.е. повышение точности юстировки при уменьшении занимаемого механизмом рабочего пространства.
Поставленная цель согласно изобретению достигается шарнирным механизмом для закрепления и юстировки радиолокационной антенны, содержащим горизонтальные корпус и фланец, выполненный с шаровой поверхностью, сопряженной с отверстием корпуса, вертикальные подъемники, установленные на корпусе и упирающиеся в края фланца с возможностью регулирования их по длине, отличающимся тем, что каждый подъемник выполнен в виде опорной пяты, жестко соединенной с корпусом одним своим торцом, на другом торце которой выполнены три криволинейных клина, расположенных равномерно по окружности и сопряженных с тремя аналогичными клиньями на поверхности другой опорной пяты, установленной шарнирно относительно первой пяты и фланца и соединенной с рычагом для поворота вокруг своей оси, при этом длины взаимосопряженных поверхностей опорных пят ограничены одной третьей окружностей их торцов, выполнены в форме трехзаходной резьбы и образуют собой торцевую поверхность, а на поверхности другой опорной пяты выполнен хвостовик, входящий в отверстие, выполненное в первой опорной пяте. От известных распорных элементов, содержащих винт и гайку, сопряженные между собой по винтовым поверхностям, в которых хвостовик винта входит в отверстие гайки (см. В.С. Поляков, И.Д. Барбаш, О.А. Раковский "Справочник по муфтам", Лениград, II изд. "Машиностроение", 1979 г., стр. 252, рис. УП. 6) заявленное устройство имеет то отличие, что длины взаимосопряженных винтовых поверхностей винта и гайки ограничены одной третью окружностей их торцов, которые выполнены с трехзаходной резьбой и образуют собой торцевую поверхность в форме трех клиньев, при этом хвостовик на торцевой поверхности винта выполнен сферическим. Взаимное сопряжение винтовых поверхностей винта и гайки по длинам, равным одной третьей окружностей торцов гайки и винта, которые выполнены с трехзаходной резьбой и образуют собой торцевую поверхность в форме трех клиньев, обеспечивает опирание винта о гайку по трем дугам и исключает избыточные связи, присущие винтовым канавкам, сопряженным с винтовыми выступами в обычной винтовой паре. Это обстоятельство повышает стабильность монтажных площадок, принимая во внимание их нестабильность в прототипе, т.е. в случае сопряжения винта и гайки. Выполнение хвостовика на тыльной поверхности винта сферическим обеспечивает равномерное распределение контактного давления на все три поверхности клиньев при технологических неточностях изготовления упомянутых клиньев, а также устраняет избыточную связь, присущую такого типа соединением (В.С. Поляков, и др. "Справочник по муфтам" - см. вышеприведенную ссылку).
На фиг. 3 схематически показаны фланец, выполненные с шаровой поверхностью, сопряженные с отверстием корпуса, вертикальные подъемники, каждый из которых выполнен в виде опорной пяты, на торце которой выполнены три криволинейных клина, вторая пята, установленная поворотно относительно первой пяты и фланца, схематически изображена в виде жесткой треноги, установленной своей вершиной шарнирно относительно фланца. Такое изображение показано для уяснения схемы работы устройства. Из схемы видно, что при повороте второй опорной пяты относительно первой пяты и фланца на некоторый угол все три точки пяты (треноги) будут перемещаться по винтовой поверхности обусловленной формой криволинейных клиньев, расположенных на неподвижной опорной пяте. Какое-либо отклонение поверхности клиньев от геометрически правильно заданной формы, вызванное нежностью их изготовления, не будет оказывать никакого влияния на точность юстировки при вращении каждой из поворотных опорных пят относительно точек их шарниров, так как известно, что плоскость определяется тремя точками, при этом именно тремя точками, и определяется опорная поверхность каждой подвижной опорной пяты. Эти неточности, таким образом, будут компенсироваться угловыми перемещениями поворотных опорных пят относительно центров шарниров, связующих эти опорные пяты с фланцами. При сравнении показанной схемы нагружения со схемой нагружения, имеющей либо в случае использования винтовых подъемников, мы видим преимущество ее, обусловленное отсутствием лишних связей, приводящих, как было уже сказано выше, к уменьшению точности юстировки.
На фиг. 4, прилагаемой к настоящей заявке, показано предлагаемое устройство, которое изображено с разрезом по его оси симметрии.
На фиг. 5 показан вид на устройство сверху, на фиг. 6 показан узел перемещения основания по вертикали, на фиг. 7 показан узел поворота основания в горизонтальной плоскости, на фиг. 8 показан один из возможных вариантов механизма для поворота верхней опорной пяты, на фиг. 9 - узел стопорения, на фиг. 10 показан общий вид антенны, установленной на основании и закрытый радиопрозрачным колпаком.
Шарнирный механизм содержит горизонтальный корпус 1, выполненный в виде днища в форме полуэллипсоида, в центре которого расположено силовое кольцо 2, возвышающееся над нижним уровнем основания. К боковой поверхности кольца приварены под углом 120° друг к другу три кронштейна 3, являющихся силовыми, т.е. несущими на себе всю нагрузку от веса антенны. В нижней части кольца имеется площадка 4 для монтажа корпуса, а вместе с ним и антенны, на торце подъемно-мачтового устройства (ПМУ). Кронштейны имеют силовые кожухи 5 и 6, укрепленные на концах кронштейнов. В стенках силовых кожухов 5 и 6 выполнены вертикальные, соосные друг к другу отверстия 7 и 8, а в кожухе 5 дополнительно к отверстию 8 выполнены горизонтальные соосные друг другу резьбовые отверстия 9 и 10. Вертикальное отверстие (7) выполнено гладким и предназначено для вхождения сферического выступа хвостовика верхней опорной пяты (о которой будет сказано ниже), а второе вертикальное отверстие (8) выполнено с резьбой, предназначенной для вворачивания верхнего опорного винта (о которой также будет сказано ниже).
С фланцем жестко связаны три разнесенные одна относительно другой под углом 120° друг от друга шаровые опоры 16, упирающиеся в плоские торцевые поверхности верхней опорной пяты 15. В устройстве имеются винты 17, ввернутые в вертикальные резьбовые отверстия (8) кожухов.
Винты упираются своими плоскими концами в точки шаровых опор, диаметрально противоположные точкам упора в них верхних опорных пят. В устройстве имеются вторые дополнительные винты 18, 19, ввернутые в горизонтальные боковые отверстия силового кожуха (5), которые благодаря взаимной соосности и горизонтальности резьбовых отверстий (9 и 10) взаимно соосны и расположены в горизонтальной плоскости. Опорные поверхности вторых дополнительных винтов взаимно параллельны и сопрягаются с поверхность одной из шаровых опор (16). В устройстве имеются также стопорные хомутики 20, с возможностью обжатия их с помощью стопорных винтов 21. В корпусе выполнены окна 22 и 23. Каждый подъемник устройства выполнен в виде нижней опорной пяты 24, жестко соединенной с днищем корпуса первым своим торцом.
На другом торце опорной пяты выполнены три криволинейных клина 25, расположенные равномерно по окружности и сопряженные с аналогичными клиньями на поверхности верхней опорной пяты (15), расположенные поворотно относительно первой пяты и фланца. При этом длины взаимосопряженных поверхностей опорных пят ограничены одной третьей окружностей их торцов, выполнены в форме трехзаходной резьбы и образуют собой торцевую поверхность, а на поверхности другой (верхней) опорной пяты 15 выполнен сферически хвостовик 34, входящий в отверстие, - в выполненное в опорной пяте 24.
С верхней опорной пятой связан рычаг 27, в конец которого упираются винты 28 и 29, ввинченные в отверстие соответствующего силового кожуха, оси которых расположены параллельно горизонтальной плоскости.
Наличие трех разнесенных одна относительно другой шаровых опор с возможностью обжатия винтами (17) и плоскими поверхностями верхней опорной пяты (15) позволяет исключить избыточные связи, т.к. при перемещении шаровых поверхностей в горизонтальной плоскости между соприкасающимися с ней параллельными плоскостями, образуемыми торцами упомянутых винтов и верхней опорной пяты, реализуется только одна степень свободы фланца, а именно вращение в горизонтальной плоскости фланца. Эта степень свободы упраздняется с помощью вторых взаимно соосных дополнительных винтов (28 и 29), расположенных в горизонтальной плоскости и имеющих встречно направленные взаимно параллельные опорные поверхности, сопрягающиеся с шаровой поверхностью одной из опор. Таким образом, при юстировке радиолокационной антенны будут устранены деформации, вызываемые появлением избыточных связей, вследствие чего будут исключены деформации основания антенны, ведущие к нарушению точного расположения антенны относительно носителя. Кроме того, при юстировке системы обеспечивается повышение точности юстировки при одновременном обеспечении возможности вращения вокруг вертикальной оси. Действительно, обратившись к фиг. 11, прилагаемой к настоящей заявке, мы видим, что после того, как фланец будет повернут на некоторый угол по отношению к горизонтальной плоскости, чем будет обеспечена строгая перпендикулярность оси антенны 30 к базовой плоскости "П", мы видим, что даже после такого поворота (на угол α) будет обеспечена возможность поворота фланца вокруг вертикальной оси на угол β, лежащий в горизонтальной плоскости, без нарушения перпендикулярности вертикальной оси к базовой плоскости "П" антенны.
Устройство используют следующим образом. Предварительно все подвижные части антенны стопорят по всем осям в нулевых положениях. Затем отвинчивают винты 17. На горизонтальные угломестные оси вращения отражателя антенны устанавливают плоскопараллельное зеркало, ориентировав его на окно 22 корпуса, а на азимутальную вилку 31 антенны устанавливают кронштейн 32 с отражающей призмой 33, ориентировав ее на окно 23 корпуса. Посылают световой луч через окно 22 от базовой горизонтальной площадки на плоскопараллельное зеркало. Вращают верхнюю пяту (15) путем вращения винтов 28 и 29. При вращении винтов добиваются того, чтобы посланный и отраженный от плоскопараллельного зеркала лучи совпали между собой, что будет свидетельствовать о строгой вертикальности азимутальной оси вращения антенны. Строгое совпадение точки пересечения азимутальной и угломестной осей вращения антенны с геометрическим центром сферической части радиопрозрачного колпака 12 обеспечивают путем одновременного вращения всех верхних опорных пят (15) на один и то же угол. Контроль правильности проведения этой операции осуществляют с помощью измерений расстояния между облучателем и внутренней поверхностью колпака. Это расстояние должно быть постоянным при любых возможных положениях облучателя антенны по углу места.
При замерах этих расстояний подход осуществляют через окно 22, которое после измерения закрывают герметичной крышкой.
Для обеспечения совпадения оптической оси антенны с диаметральной плоскостью носителя через окно 23 на призму 33 посылают световой луч, привязанный к диаметральной плоскости носителя. При этом вращают дополнительные винты 18 и 19, предварительно расстопорив их с помощью винтов 21 и хомутиков 20. При вращении этих винтов происходит поворот фланца 13 и связанной с ним антенны, кронштейна 32 и призмы 33. При совпадении посланного и отраженного лучей одну из шаровых опор фиксируют с помощью винтов 18 и 19, затем винты стопорят с помощью стопорных винтов 21 и хомутика 20.
После окончания юстировки антенну закрепляют в вертикальном направлении с помощью винтов 17, а затем стопорят эти винты с помощью контрящих винтов 21 и хомутиков 20.
В качестве базового объекта сравнения выбрано изделие завода 033 ("У"), требуемая точность выставления оптической оси которого была ориентировочно равна 5÷10 угловых минут. Для обеспечения указанной точности необходимо было производить ручную подгонку мест сопряжения с подъемно-мачтовым устройством, что влекло за собой многократную установку и снятие антенны с подъемно-мачтового устройства и требовало для своего осуществления работы целой бригады, состоящей из 3-х высококвалифицированных слесарей-сборщиков на протяжении 2÷3 дней. Экономическая эффективность от использования заявляемого устройства составляла 1800 руб. (в ценах на 1981 г.) на одно изделие. Учитывая, что годовой выпуск изделий ориентировочно составляет 10 шт. в год на одном предприятии, экономическая эффективность от использования составлял 18 тыс. руб. в год (в ценах на 1981 г.).
Кроме того, заявляемое устройство позволило решить задачу юстировки радиолокационных антенн относительно носителей с точностью 30′′, что в 20 раз превышает точность установки известных радиолокационных антенн на подвижных носителях. Решение данной задачи было связано с необходимостью повышения точности обнаружения подвижных целей с помощью указанной системы, входящей в состав радиолокационного комплекса.