Схема стабилизации плоскости обзора

 

Схема стабилизации плоскости обзора предназначается для исключения искажений радиолокационного изображения и обеспечения постоянства радиолокационного изображения при эволюциях самолета.

Особо важную роль играет эта схема при полетах в сложных условиях во время маневрирования при обходе очагов гроз, горных вершин и т. д.

    В РЛС «Гроза» применена одноканальная система косвенной стабилизации плоскости обзора при эволюциях самолета по крену и тангажу. Стабилизация производится изменением положением зеркала антенны, поэтому система стабилизации включает в себя основные элементы канала управления наклоном диаграммы направленности.

При наклоне продольной оси самолета вверх или вниз на угол тангажа относительно плоскости горизонта (на угол ν – при полете самолета с некоторым углом тангажа и отсутствии крена γ = 0) - на такой же угол наклоняется относительно горизонта отражатель антенны (диаграмма направленности антенны).

Чтобы обеспечить постоянство плоскости обзора, необходимо отражатель антенны поднять вверх на угол стабилизации δ, равный ν, тогда его ось снова будет лежать, как и в горизонтальном полете, в плоскости горизонта.

Однако сказанное справедливо только в случае, если антенна направлена вдоль продольной оси самолета.

При повороте антенны вправо или влево в процессе сканирования от продольной оси самолета на угол 90°, если поперечная ось самолета остается горизонтальной, то отражатель антенны окажется поднятым вверх на угол δ и изображение на экране окажется искаженным или даже исчезнет.

Чтобы не допустить этого, ось отражателя при α = ±90° должна лежать в плоскости горизонта, т. е. угол стабилизации δ должен стать равным нулю. Следовательно, для обеспечения стабилизации в плоскости тангажа при сканировании антенны угол стабилизации должен изменяться отδ=ν при α=0 до δ = 0 при α = +90°.

 

При крене самолета поперечная ось самолета наклоняется вправо или влево. При крене вправо и α= 90° ось отражателя будет наклонена к земле, а при а=-90° поднята вверх на угол крена, что вызовет значительное искажение изображения.

В PJIC «Гроза» используется косвенный метод — стабилизация плоскости обзора при крене отражателя на угол δ, изменяющийся в зависимости от крена самолета γ  и азимутального направления антенны α.

Угол стабилизации при крене и тангаже определяется как:

Δ = 1/k (sin γ sinα – sinν со sα),

где δ—угол стабилизации; γ —угол крена; ν — угол тангажа; α —угол поворота антенны в азимутальной плоскости; k — коэффициент оптической

 

редукции - k = угол наклона луча     =1,88

угол наклона отражения

 

Приведенное уравнение дает приближенное значение угла стабилизации в функции углов γ, ν и α, но степень аппроксимации для практических целей оказывается вполне достаточной. Решение приведенного уравнения осуществляется с помощью решающего вращающегося трансформатора (BTP), находящегося в блоке Гр1Б. Ротор BTP (М2) вращается азимутальным приводом антенны. На один его вход подается напряжение, соответствующее крену, а на второй вход — тангажу самолета. Выходное напряжение, характеризующее угол стабилизации, усиливается и подается на двигатель поворота отражателя на уголδ.

 

Функциональная схема (см. рис. 2.5).

Сигналы крена и тангажа поступают в виде переменного напряжения с частотой источника 36 В от датчиков гироскопического прибора типа МГВ. Фаза этого напряжения характеризует сторону, а амплитуда — величину крена или тангажа.

В блоке Гр7Б сигнал крена подается на согласующий трансформатор ТрЗ, а сигнал тангажа — на трансформатор Тр4. Косинусные выходы датчиков обоих каналов нагружены трансформаторами Тр6 и Тр5 соответственно. Резисторы R9 — «Масштаб крена» и R8 — «Фаза тангажа» предназначены для выравнивания сигналов по крутизне и фазе.

Последнее необходимо для обеспечения возможности сложения сигналов. С этой целью оба сигнала подаются из блока Гр7Б в блок Гр1Б на статорные обмотки ВТР. В его выходной обмотке, расположенной на роторе, возникает сигнал, пропорциональный углу стабилизации δ.

При ν— 0⁰ угол стабилизации равен (рис. 2.29, б): Δ = 1/к sinγsinα.

 

Рис. 2.29.

Функция синуса при переходе через ось абсцисс (α=0) меняет свой знак. Следовательно, и знак угла стабилизации также изменяется, что объясняется изменением фазы сигнала стабилизации.

Например, при крене вправо (+γ) и при повороте антенны вправо +α, для компенсации крена нужно отражатель поднять вверх +δ, а при повороте антенны влево (—α) наклонить вниз: (-δ).

При γ = 0 угол стабилизации δ = -1/к sinγ соsα

 

 

Функция косинуса при переходе через ось абсцисс (т. е. при переходе из первой четверти в четвертую) не меняет знака, следовательно, и знак угла δ при повороте антенны в пределах α = ±90° остается неизменным, что и требуется в этом случае для стабилизации плоскости обзора.

Сигнал стабилизации с выходной обмотки BTP поступает в блок Гр7Б, где через фазирующую цепь R2, С5 подается на вход ТУ и далее через МТУ в блок Гр1Б на двигатель наклона М5, который начинает отрабатывать заданный угол стабилизации.

Следящим элементом схемы стабилизации, как и схемы управления наклоном, служит BTO (М4), ротор которого связан с осью двигателя М5. Как только ротор BTO начинает поворачиваться, в статорной обмотке появляется ЭДС, фаза которой противоположна фазе сигнала стабилизации. Эта ЭДС через потенциометр также поступает на вход ТУ. Когда антенна будет установлена на угол δ, амплитуда ЭДС отработки станет равной амплитуде сигнала стабилизации, напряжение на входе ТУ исчезнет и двигатель наклона остановится.

Если с помощью ВТУ схемы ручного управления задан угол наклона, то двигатель наклона остановится тогда, когда схема отработает значение действующего угла стабилизации с учетом заданного угла наклона, т. е. с помощью ручного управления можно задавать плоскость стабилизации. Обратная связь по скорости, осуществляемая с помощью тахогенератора ТГП, исключает автоколебания отражателя в вертикальной плоскости относительно линии нулевого или заданного наклона.

Схемой предусмотрена возможность выключения схемы стабилизации, что необходимо, например, при неполадках в схеме стабилизации. Выключение схемы стабилизации осуществляется с помощью реле Р5 в блоке Гр7Б, которое отключает ротор BTP от входа ТУ. Работа схемы ручного наклона при выключенной стабилизации не нарушается. Реле Р5 управляется тумблером «Резервн. стаб.», установленным на приборной доске пилота.

Транзисторный усилитель (ТУ) предназначен для: усиления сигнала стабилизации и наклона до уровня, необходимого для нормальной работы магнитно-тиристорного усилителя; переноса огибающей сигнала стабилизации и наклона с п сущей частоты 400Гц источника 36В на несущую частоту 400 Гц источника115 В. Перенос огибающей связан с тем, что обмотка возбуждения двигателя наклона питается от источника 115 В 400 Гц. Следовательно, и на обмотку управления нужно подавать напряжение с частотой этого же источника с фазовым сдвигом 90°. В то же время датчики МГВ и схема управления наклоном питаются от источника 36В 400 Гц.

Частоты источников 115 В и 36 В не равны. При питании обмоток возбуждения и управления от разных источников невозможно получить равномерно вращающееся магнитное поле (будут возникать биения).

Функциональная схема ТУ приведена на рис. 2.29, а.

На вход усилителя подается суммарный сигнал стабилизации и наклона, представляющий собой переменное напряжение частоты 400 Гц источника 36В, промодулированное по амплитуде по закону:

δ = 1/к (sin γ sinα — sinνcos α)

 

Этот сигнал через двусторонний ограничитель (Д1, Д2), который служит для исключения перегрузок в оконечных каскадах, подается на первую ступень усиления, состоящую из усилителя ПП1 и эмиттерного повторителя ПП2, и далее поступает на фазовый (синхронный) детектор ППЗ, ПП4.

С помощью опорного напряжения с частотой источника 36В в детекторе сигнал преобразуется в постоянное напряжение. Величина и полярность этого напряжения пропорциональны суммарному сигналу стабилизации и наклона.

Работа фазового детектора иллюстрируется выборочной схемой              (см. рис. 2.29, а).

В те полупериоды опорного напряжения, когда на базах транзисторов существует положительное напряжение относительно коллекторов, проходное сопротивление обоих транзисторов резко уменьшается. Под действием входного сигнала появляется ток, который проходит по цепи; источник сигнала (ПП2), проходные сопротивления транзисторов ППЗ, ПП4, резистор R11, накопитель СЗ, корпус, источник сигнала. При другой полярности напряжения входного сигнала ток проходит по этой цепи в обратном направлении.

 

В полупериоды, когда на базах транзисторов существует отрицательное напряжение относительно коллекторов, транзисторы глубоко закрываются, и ток не проходит. Однако на выходе детектора напряжение продолжает существовать за счет большой постоянной времени цепи разряда конденсатора СЗ.

На рис. 2.29, в приведены эпюры, поясняющие работу фазового детектора. На верхней эпюре показано входное напряжение, представляющее собой переменное напряжение с частотой 400 Гц источника 36В, амплитуда которого промодулирована по закону изменения углов стабилизации и наклона. Для примера взят случай, когда углы тангажа и наклона равны нулю; существует только крен.

На второй эпюре показано опорное напряжение, а на третьей и четвертой эпюрах— результат детектирования.

На конденсаторе СЗ из напряжения, выделенного фазовым детектором, вычитается напряжение обратной связи, поступающее от тахогенератора.

Разностное напряжение через двусторонний ограничитель Д5, Д6 подается на модулятор ПП5, ПП6. На него также подается напряжение с частотой источника 115В. С помощью модулятора постоянное напряжение сигнала преобразуется в переменное (см. рис. 2.29, а).

К промежутку база — коллектор транзисторов ПП5, ПП6 подводятся переменные противофазные напряжения с частотой 400Гц от трансформатора Др3 в схеме МТУ, на первичную обмотку которого подается напряжение от источника 115В. Под действием этих напряжений транзисторы открываются поочередно. В один полупериод открыт транзистор ПП5, и через него проходит ток заряда конденсатора С5. Он протекает по цепи: выход ограничителя (принимаем его за источник сигнала), проходное сопротивление транзистора ПП5, конденсатор С5, корпус, ограничитель. При другой полярности напряжения сигнала он проходит в обратном направлении.

Во время заряда конденсатора С5 на выходе возникает импульс прямоугольной формы той или другой полярности.

Во второй полупериод транзистор ПП5 закрывается, и ток заряда прекращается. Одновременно транзистор ПП6 открывается, и конденсатор С5 разряжается через его проходное сопротивление.

 

На рис. 2.29, г приведены эпюры, поясняющие работу модулятора. На верхней из них показано изменяющееся при вращении антенны напряжение сигнала стабилизации. На средней эпюре показано переменное напряжение с частотой 400 Гц (источника 115В), под действием которого открываются и закрываются транзисторы ПП5, ПП6. На нижней эпюре показано выходное напряжение модулятора.

Переменная составляющая этого напряжения, показанная на «четвертой строчке, усиливается двухкаскадным усилителем (ПП7, ПП8 и ПП9, ПП10) и подается на вход МТУ. Таким образом, на выходе ТУ появляется напряжение с частотой 400Гц (источника 115В), промодулированное по амплитуде по закону изменения угла δ.

Магнитно-тиристорный усилитель (МТУ) предназначен для усиления мощности сигнала стабилизации и наклона до уровня, достаточного для управления двигателем наклона.

Он содержит два каскада:

 

1. Предварительный магнитный усилитель (МУ), формирующий импульсы для управления тиристорами, длительность которых пропорциональна амплитуде сигнала стабилизации и наклона;

2. Тиристорный усилитель, питающий обмотку управления двигателя наклона.

Выборочная схема МТУ приведена на рис. 2.30.

Первый каскад МУ представляет собой однополупериодный реверсивный магнитный усилитель, собранный на двух дросселях Др1 и Др2 с тороидными сердечниками. На каждом сердечнике имеются четыре обмотки: управления, питающая, смещения и выходная. Через питающую обмотку проходит ток источника 115В (через трансформатор Др3), намагничивающий сердечник дросселей Др1 и Др2 в одинаковом направлении. На обмотку управления подается импульсное напряжение с выхода транзисторного усилителя. Обмотки управления намотаны так, что ток, протекающий через них, размагничивает один сердечник и дополнительно намагничивает другой, переводя его в состояние магнитного насыщения.

 

Через обмотку смещения проходит ток источника —25В. С помощью потенциометра R23 «Зона» выбирается нужное положение рабочей точки на характеристике МУ, а с помощью потенциометра R33 «Смещ.» достигается симметрия схемы. Через выходные обмотки проходит ток эмиттера транзистора ПП11 (П307В, n—р— n), который питается от источника           —25В. К промежутку эмиттер— база транзистора ПП11 подводится напряжение от трансформатора Др3 (с большой амплитудой), поэтому транзистор ПП11 работает в ключевом режиме как прерыватель.

Ток коллектора транзистора ПП11 проходит по цепи: «плюс» источника 25В; корпус; переход коллектор—эмиттер (ППИ), диод, Д12 или Д13, выходная обмотка дросселя Др1 или Др2, сердечник которого насыщен; диод Д17 или Д18; тиристор Д15 или Д16, резистор R36; источник питания.

Ток коллектора транзистора ПП11, проходя через тот или другой тиристор (промежуток управляющий электрод — катод), переводит его в состояние проводимости, т. е. открывает его.  Если сигнал на входе МУ отсутствует, то сердечники дросселей Др1 и Др2 находятся в ненасыщенном состоянии, индуктивности выходных обмоток велики, поэтому ток коллектора транзистора ПП11 мал и тиристоры находятся в закрытом состоянии.

В тиристорный усилитель входят: трансформатор Др3, имеющий два тороидальных сердечника (в техническом описании он назван дросселем), тиристоры Д15, Д16 (Д235В), диоды Д17, Д18 (Д814А) и резисторы.

На каждом сердечнике Др3 имеются обмотки: выходная; управляющая транзистором ПП11; управляющие модулятором ТУ (на рис. 2.30 не показаны); питания МУ; сетевая обмотка, на которую подается напряжение источника 115В 400 Гц.

Выходные обмотки включены встречно, поэтому в исходном режиме, т. е. при отсутствии сигнала на выходе МТУ (тиристоры закрыты), напряжение на обмотке управления двигателя наклона равно нулю.

При появлении на входе МТУ сигнала положительной полярности открывается тиристор Д15. Он закорачивает часть витков обмотки Др3, поэтому общее напряжение на выходе не будет равно нулю. Через обмотку управления двигателя наклона пройдут импульсы тока, повторяющиеся с частотой 400 Гц, которые определяют частоту вращения ротора двигателя.

 

При отрицательной полярности входного сигнала откроется тиристор Д16 и закоротит другую часть витков выходной обмотки трансформатора Др3. Направление тока в обмотке управления двигателя наклона изменится на 180°, и его ротор начнет вращаться в противоположную сторону.

 

 

Рис. 2.30.