ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ КООРДИНАТОР

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ КООРДИНАТОР
Полезная модель относится к области оптического приборостроения и может быть использована в оптических головках самонаведения (ОГС) летательных аппаратов (ЛА).
Известен оптико-электронный следящий координатор (ОЭСК) 1 с одногироскопной системой с двухосной коррекцией, используемый в ЛА типа Файрстрик. Он содержит ротор гироскопа , установленный в кардановом подвесе, на котором закреплен модулирующий принимаемое излучение растр. Оптическая система, в фокальной плоскости которой находится растр, и фотоприемник, преобразующий световой поток на выходе растра в электрический сигнал, связаны с внутренней рамой подвеса. Выход фотоприемника подключен к электронному блоку, вырабатывающему сигналы, поступающие на датчики коррекционных моментов, под действием которых гироскоп прецессирует, совмещая оптическую ось ОЭСК с направлением на цель. Следовательно, на вход электронного блока поступает сигнал, содержащий кодируемую с помощью рисунка растра информацию об угловом положении цели в поле зрения ОЭСК в системе координат, связанных с центром поля зрения (в данном случае относительно оптической оси ОЭСК).
В известном оптико-электронном координаторе (ОЭК) 2 с одногироскопной системой с пространственной коррекцией ротор гироскопа подвешен на сферическом шарнире. Ротор образуют постоянный магнит и оптическая система, состоящая из следующих расположенных по ходу лучей элементов: зеркала, контррефлектора, бленды, линзы, диафрагмы и растра. Фотоприемник расположен на сферическом шарнире вне ротора. Постоянный магнит расположен внутри соленоида, продольная ось которого совпадает с продольной осью ОЭК, а линия полюсов N-S магнита перпендикулярна оси вращения ротора.
Недостатком известных ОЭК является размещение в них фотоприемника вне ротора, что в условиях ударных и виброперегрузок при старте и полете ЛА приводит к ухудшению пороговой чувствительности ОЭК.
Указанный недостаток отсутствует в ОЭК 3, наиболее близком по своей технической сущности к предлагаемой полезной модели и выбранном в качестве прототипа. Кроме того, в известном ОЭК 3 на роторе гироскопа, установленном в кардановом подвесе, размещены два фотоприемника, позволяющие принимать излучение источника в двух спектральных диапазонах. Фотоприемники установлены в фокальных плоскостях оптической системы и их чувствительные элементы выполнены в виде радиально расположенных относительно оси вращения ротора полосок. Длины полосок определяют величины полей зрения ОЭК, а ширина устанавливается в соответствии с диаметром аберрационного пятна, определяемого качеством оптической системы. При этом величина углового отклонения точечного излучателя от центра поля зрения ОЭК определяется длительностью выходного сигнала фотоприемника на уровне 0,5 от его амплитуды. Таким образом обеспечивается раздельный прием излучения от каждого из разнесенных по углу в пространстве источников в поле зрения ОЭК и возможность их классификации по спектральному признаку для построения ОЭСК, защищенного от оптических помех. Ротор ОЭК представляет собой моноблок, в который, кроме фотоприемников, входят: оптическая система, состоящая из главного зеркала, корректирующей линзы, оправа которой выполняет функцию бленды, контрзеркала и спектроделителя, а также постоянный магнит. На постоянном магните ротора, линия полюсов которого расположена в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, установлены предусилители сигналов с фотоприемников, образующие электронный блок координатора, на вход которого поступают сигналы с фотоприемников, и, кроме того, закреплено кольцо из тяжелого сплава, служащее компенсатором положения центра тяжести ротора. Статор координатора снабжен обмоткой коррекции, продольная ось которой совпадает с продольной осью ОЭК.
Однако в конструкции известного координатора 3 не предусмотрена система жизнеобеспечения, так как в нем отсутствуют узлы и элементы, обеспечивающие его использование в реальных условиях работы ЛА. К ним следует отнести:
-демпфер нутационных колебаний ротора гироскопа;
-блок связи, соединяющий расположенный на роторе электронный блок координатора с внешним электронным блоком;
-систему глубокого охлаждения фотоприемника;
-балансировочное устройство ротора;
-элементы системы разгона ротора и стабилизации его оборотов .
Задачей полезной модели является оснащение ОЭК компонентами {узлами и элементами), необходимыми для его функционирования в оптических головках самонаведения в реальных условиях работы летательных аппаратов, т.е. в полете, при одновременном расширении технических возможностей координатора и его конструктивном выполнении в виде относительно универсального автономного прибора в составе ОЭСК.
Требования к автономности и относительной универсальности ОЭК определяются тем, что существуют различные модификации внешнего электронного ОЭСК (или ОГС). При этом оказывается целесообразным, чтобы выходные сигналы ОЭК, соответствующие угловому положению излучателя в его поля зрения, были идентичны , независимо от преобразований сигнала внутри ОЭК. Кроме того, при необходимости в ОЭК могут быть использованы команды управления (например, усилением электронного блока ОЭК), вырабатываемые внешним электронным блоком.
Для достижения этого технического результата предлагается оптико-электронный координатор, который как и наиболее близкий к нему, выбранный в качестве прототипа, содержит статор с обмоткой коррекции, установленный в кардановом подвесе ротор с фотооптической системой, компенсатором положения центра тяжести ротора и электронным блоком координатора. Особенностью предлагаемого координатора, отличающей его от известного 3, является то, что статор и кардановый подвес с ротором установлены внутри корпуса, в котором смонтированы следующие дополнительно введенные в координатор узлы: система охлаждения фотоприемника, соединенная с источником хладагента, имеющая возможность сброса избыточного давления газа в атмосферу, и расположенное коаксиально ротору контактное устройство,соелиняющее электронный блок координатора с внешним электронным блоком. Кроме того, статор координатора дополнительно содержит силовые и сигнальные обмотки системы разгона и стабилизации оборотов ротора и подключается к внешнему электронному блоку. На оправе корректирующей линзы фотооптической системы координатора установлен демпфер нутационных колебаний ротора, а на роторе установлены балансировоч 2
ные элементы. Электронный блок координатора может быть выполнен в виде двух частей, одна из которых установлена на роторе, а другая связана с корпусом координатора и подключена между контактным устройством и внешним электронным блоком.
Выполнение задач, поставленных при создании предлагаемой полезной модели, обеспечивается за счет введения в конструкцию координатора компонентов, необходимых для его эксплуатации в полетных условиях ЛА. В корпусе координатора смонтирована система охлаждения фотоприемника, которая предназначена для полной реализации возможностей фотоприемника, а следовательно и существенного повышения чувствительности координатора.
Включение в состав ОЭК блока связи электрических цепей вращающейся и невращающейся частей координатора обеспечивает конструктивное построение ОЭК в виде автономного прибора и создает возможность его использования с различными модификациями внешнего электронного блока.
Однако с применением контактного устройства увеличивается момент торможения вращения ротора и оказывется необходимым при высоких требованиях к точности ОЭК использовать, в том числе и в полете ЛА, систему стабилизации оборотов ротора (ССО). ССО парирует также воздействие на ротор составляющей момента коррекции, направленной по оси вращения ротора и изменяющей частоту его вращения. Эта составляющая возникает при ненулевых значениях угла между осью вращения ротора и продольной осью ОЭК (угла пеленга).
Установленный на оправе корректирующей линзы фотооптической системы демпфер нутационных колебаний ротора необходим в легком роторе узкопольного ОЭК, так как вязкого трения в подшипниках для гашения этих колебаний обычно недостаточно.
Балансировочное устройство необходимо для устранения колебаний при смещении центра тяжести ротора относительно оси вращения, а кроме того, с его помощью при необходимости обеспечивается разворот на требуемую величину оптической оси ОЭК относительно оси вращения ротора. При развороте оптической оси и сохранении прежнего (до разворота) положения фотоприемника относительно оси вращения ротора (то есть центр поля зрения остается на оси вращения) уменьшается рабочая зона объектива и, следовательно, максимальная величина пятна рассеяния в поле зрения ОЭК. При этом оказывается возможным уменьшить ширину полоски чувствительного элемента фотоприемника, сохранив чувствительность ОЭК, но увеличив разрешающую способность и уменьшив фоновую нагрузку.
Вместе с тем необходимо отметить, что в связи с ограниченным объемом размещаемой на роторе электроники и ограниченным числом связей электроники на роторе с внешним электронным блоком (ЭБ), предлагаемый ОЭК имеет ограниченные возможности выполнения требований, предъявляемых к нему некоторыми модификациями внешнего (ЭБ) таких, например, как расширение динамических диапазонов выходных сигналов ОЭК и/или возможность управления усилением приемных каналов ОЭК по сигналам с внешнего ЭБ. Для сохранения ОЭК как автономного прибора при одновременном получении дополнительных технических результатов в предлагаемом координаторе в соответствии с п.2 формулы полезной модели предусмотрена возможность выполнения электронного блока координатора в виде двух частей: вращающейся части, расположенной на роторе, и стационарной части, закрепленной на основании корпуса ОЭК, которые связаны между
собой контактным устройством. При этом использование известного принципа синхронной коммутации-декоммутации сигналов, изложенного, например, в 4, позволяет уплотнить передаваемую по каналам связи информацию (как поступающую на вращающуюся часть электронного блока координатора, так и снимаемую с нее). Таким образом, при заданных объеме электроники на роторе и числе связей между вращающейся и стационарной частями ОЭК оказывается возможным выполнить ряд дополнительных требований к ОЭК.
Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленные задачи.
Предлагаемый координатор иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 - 5.
На фиг. 1 показан общий вид в разрезе одного из конкретных примеров реализации предлагаемого оптико-электронного координатора (в соответствии с п.1 формулы).
На фиг. 2 - изображен статор координатора с расположенными на нем обмотками (вид А на фиг.1).
На фиг. 3 представлен общий вид в разрезе другого примера выполнения ОЭК в соответствии с п.2 формулы полезной модели.
На фиг.4 - разрез В-В на фиг.З.
На фиг.5 -вид С на фиг.4.
Оптико-электронный координатор содержит установленный в основании 1 статор 2 с обмоткой коррекции 3 и кардановый подвес 4 с ротором 5 и закрепленной на нем фотооптической системой, состоящей из главного зеркала 6, нанесенного в виде отражающего слоя на переднюю поверхность постоянного магнита 7, корректирующей линзы 8, контрзеркала 9, спектроделителя 10 и двух фотоприемников 11 и 12. Первый фотоприемник 11 размещен в центральном отверстии контрзеркала 9, а второй - охлаждаемый фотоприемник 12 расположен в центральном отверстии корректирующей линзы 8, оправа 13 которой выполняет функцию бленды, а кроме того, несет на себе демпфер 14 нутационных колебаний ротора 5. Постоянный магнит 7 ротора 5 снабжен компенсатором 15 положения центра тяжести ротора, выполненным в виде соосного с ротором кольца из тяжелого сплава, установленного за постоянным магнитом 7. В пазах постоянного магнита 7 симметрично относительно оси вращения располагается вращающаяся часть электронного блока 16 координатора, на вход которой поступают сигналы с фотоприемников 11 и 12. Вращающаяся часть электронного блока 16 может быть выполнена и в виде закрепленного на магните 7 кольца (см. фиг.З). Статор 2 и кардановый подвес 4 с ротором 5 установлены внутри корпуса координатора, образованного основанием 1 и закрепленным на нем патрубком 17 с входным окном 18. В корпусе координатора смонтирована система 19 охлаждения фотоприемника 12, которая газопроводом 20 связана с отверстием 21 в основании 1 координатора , через которое газообразный хладагент от находящегося за пределами координатора источника сжатого газа (на фиг. не показан) поступает в систему 19 охлаждения фотоприемника 12. Для сброса избыточного газа в атмосферу в системе 19 охлаждения предусмотрен клапан 22 и отверстие 23 в основании 1 координатора. Коаксиально ротору 5 установлено контактное устройство 24 с пятью электрическими связями, соединяющее вращающийся, расположенный на роторе 5 электронный блок 16 координатора с внешним электронным блоком (на фиг. не показан), находящимся за пределами координатора. Статор 2 координатора (см. фиг.2) кроме упомянутой выше обмотки коррекции 3, содержит обмотки вращения 25 ротора, обмотки 26 датчиков углового поло 5--«- /
жения полюса магнита 7 и обмотки 27 датчика угла пеленга. Обмотки 25, 26 и 27 образуют систему разгона и стабилизации оборотов ротора 5 при подключении к внешнему электронному блоку. Продольные оси обмоток вращения 25 и обмоток 26 датчиков углового положения полюса магнита 7 относительно корпуса располагаются в плоскости, перпендикулярной продольной оси ОЭК. На постоянном магните 7 ротора 5 закреплено балансировочное кольцо 28 с винтами 29, а на оправе - бленде 13 установлено второе балансировочное кольцо 30 с балансировочными винтами 31, с помощью которых осуществляется совмещение оптической оси с осью вращения ротора 5 координатора. Этими же винтами обеспечивается разворот оптической оси относительно оси вращения ротора 5 на требуемый угол.
В представленном на фиг.3 примере выполнения координатора электронный блок выполнен в виде двух частей: вращающейся, смонтированной в едином корпусе 32 кольцевой формы и расположенной на постоянном магните 7 ротора 5 и невращающейся части, расположенной на электронных платах 33, 34, установленных на основании 1 корпуса ОЭК. В данном примере выполнения координатора невращающаяся часть электроники подключается между контактным устройством 24 и находящимся за пределами координатора внешним электронным блоком (на фиг. не показан), который электрически соединяется с координатором при помощи контактных элементов 35, смонтированных на электронных платах 33, 34.
Устройство работает следующим образом.
Излучение объекта, пройдя через входное окно 18 ОЭК, поступает на главное зеркало 6 и, отразившись от него, проходит через корректирующую линзу 8 на контрзеркало 9. Отраженное от контрзеркала излучение попадает на спектроделитель 10, установленный между контрзеркалом 6 и корректирующей линзой 8. Прошедшая через него средневолновая часть ИК-излучения фокусируется на чувствительном элементе фотоприемника 12, а отраженная ближневолновая часть - на чувствительном элементе фотоприемника 11. При этом длительности выходных сигналов фотоприемников зависят от углового положения изображения излучателя относительно оси вращения ротора 5 гироскопа, составной частью которого является выполненная в виде моноблока вся фотооптическая система ОЭК, включающая и вращающуюся часть 16 электронного блока, на вход которого поступают сигналы с фотоприемников. Вращающаяся часть электронного блока ОЭК электрически связана с внешним по отношению к ОЭК электронным блоком либо непосредственно, либо через расположенную на электронных платах 33 и 34 стационарную часть электронного блока ОЭК с помощью установленного коаксиально ротору 5 контактного устройства 24 с пятью электрическими связями. Таким образом, во внешний электронный блок поступает информация об угловом положении источника излучения в поле зрения ОЭК, а также информация о спектре излучения и при необходимости о его мощности. Внешний электронный блок формирует поступающий в обмотку коррекции 3 сигнал управления положением в пространстве ротора гироскопа, установленного в кардановом подвесе 4. Образуемое при этом магнитное поле обмотки коррекции взаимодействует с постоянным магнитом 7 ротора, в результате чего формируется механически момент, вызывающий перемещение ротора относительно продольной оси обмотки, совпадающей с продольной осью ОЭК. Для повышения устойчивости ротора на нем установлен демпфер 14 нутационных колебаний. Для обеспечения
ботоспособности фотоприемника 12, он связан с системой охлаждения 19, подключаемой к внешнему источнику сжатого газа. Для разгона и стабилизации оборотов ротора гироскопа во внешний электронный блок с обмоток 26 датчиков углового положения полюсов магнита 1 и обмоток 21 датчика угла пеленга подаются сигналы, наводимые в них магнитными полями ротора 5 и силовыми обмотками коррекции 3 и вращения 25. В обмотки вращения поступают сигналы, вырабатываемые внешним электронным блоком. При взаимодействии полей обмоток вращения и магнита ротора формируется механический момент, тормозящий (разгоняющий) ротор гироскопа. Таким образом образуется система разгона и стабилизации оборотов ротора.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет создать ОЭК, оснащенный необходимыми узлами и элементами для его использования в ОГС в реальных условиях работы ЛА. Технические возможности координатора значительно расширены, а конструктивно он выполнен в виде относительно универсального прибора.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ:
1.Л.П.Лазарев. Оптико-электронные приборы наведения летательных аппаратов. М.: Машиностроение.-1984, с. 357-358, рис.9-25.
2.Л.П.Лазарев. Оптико-электронные приборы наведения летательных аппаратов. М.: Машиностроение.-1984, с.359, рис.9-26.
3.Патент РФ 2101742, кл.в02В 26/10, G01S 3/78,опубл.10.01.97прототип. 4. Полупроводниковые формирователи сигналов изображения, под ред. Йесперс П., Ван-Виле Ф., Уайт М., М.: Мир, 1979, с.430.
f/wy/