Файл: Г. В. Рудианов устройство и эксплуатация пзрк 9К38 Боевые средства пзрк 9К38.pdf

31
Спектроразделительный фильтр
Главное зеркало - магнит
Корригирую- щая линза
Фоторезистор ОК
Фоторезистор ВК
Контрзеркало
Обтекатель
ЛТЦ
Цель
Рис. 2. Оптическая схема зеркально-линзового объектива
Чтобы обтекатель пропускал лучистую энергию от цели с минимальными по- терями, он изготавливается из прозрачного материала, обладающего высокой теплопроводностью, теплоемкостью и излучающей способностью. Для того что- бы при аэродинамическом обтекании воздуха нагрев был минимальным и рав- номерным, в центре крепится специальный аэродинамический насадок, который также снижает аэродинамическое сопротивление планера ракеты в полете.
Главное зеркало-магнит представляет собой сферическую поверхность, вы- полненную на магните ротора гироскопа. В качестве отражательного слоя зерка- ла в инфракрасном диапазоне длин волн используется пленка из серебра. Глав- ное зеркало фокусирует отраженную лучистую энергию на контрзеркало, между которыми расположена корригирующая линза. Корригирующая (исправляющая) линза исправляет искажения оптического потока лучистой энергии.
После исправления оптический поток лучистой энергии попадает на контр- зеркало (линзу “Монжена”), преломляется, фокусируется в виде пятна рассеяния малого диаметра (до 1 мм) и при помощи спектроделительного фильтра разделя- ется на основной и вспомогательный спектральные диапазоны. Спектродели- тельный фильтр является оптически прозрачным для потока лучистой энергии, излучаемой целями и зеркальным (отражающим) для излучения, поступающего от помех.
В фокальных плоскостях основного и вспомогательного спектральных диапа- зонов объектива координатора находятся фотоприемники, представляющие со- бой диски с нанесенными на них в виде масок фоточувствительными слоями.
Тип материала, из которого изготовлены фотоприемников лучистой энергии в ОГС определяется характером излучения воздушной цели, фона и искусствен- ных помех. При этом для основного канала был выбран фотоприемник, наиболее

32
чувствительный к длине волны излучения цели (1,8-2,3 мкм). При охлаждении фоторезистора до t = 200С, его чувствительность смещается в сторону более длинных волн (до 3,5-5,1 мкм), что обеспечивает работу ОГСН по излучению газовой струи двигателя реактивной цели при стрельбе на встречных курсах, а также для ослабления излучения фона, помех, излучение которых находится в более короткой части ИК-диапазона волн.
Фотоприемники. Фотоприемники основного и вспомогательного каналов предназначены для модуляции лучистой энергии, проходящей через зеркально- линзовый объектив координатора цели и преобразования ее в электрические сигналы. В модулированном сигнале заложена информация о рассогласовании между оптической осью координатора и линии визирования «ракета-цель».
В ОГСН 9Э410 применена широтно-импульсная модуляция лучистого пото- ка. Фотоприемники основного и вспомогательного каналов выполнены в виде непрозрачных дисков-масок с радиально расположенными прямоугольными вы- резами из фоточувствительного материала.
Изображения удаленных источников излучения (цель, фон, помеха) располо- жены в фокальных плоскостях основного и вспомогательного каналов в виде пятен рассеяния. При совпадении направления на цель с оптической осью объек- тива, изображение удаленных источников излучения (цель, фон, помеха) фоку- сируется в центр соответствующего фотоприемника. При появлении углового рассогласования между осью объектива и направлением на цель, пятно рассеи- вания смещается. При вращении ротора гироскопа фотоприемники вращаются.
При прохождении пятна рассеивания над прямоугольным вырезом фоточувстви- тельный слой засвечивается. Такая импульсная засветка преобразуется фотопри- емниками обеих каналов в электрические импульсы, частота следования кото- рых равна частоте вращения ротора. Длительность импульсов зависит от вели- чины углового рассогласования. Чем больше рассогласование, тем дальше пятно рассеивания находится от центра анализатора изображения и тем меньше дли- тельность импульсов. Это объясняется тем, что с удалением точек вращения от центра вращения увеличивается их линейная скорость при неизменной ширине прозрачного участка.
Микрохолодильник предназначен для охлаждение фотоприемника до темпе- ратуры 200С. При этом обеспечивается максимальная чувствительность
ОГСН. В качестве рабочего хладагента системы охлаждения используется азот.
Выбор этого газа определяется простотой получения заданной температуры охлаждения фотоэлемента, относительнонай доступностью газа и возможностью получения достаточно чистого газа из жидкой фазы без применения дополни- тельных ступеней его очистки. Для получения температуры охлаждения, близ- кой к температуре кипения азота при атмосферном давлении, применен микро- холодильник «брызгающего» типа.
Охлаждающее устройство (рис. 3) состоит из двух узлов: микрохолодильника и корпуса фотоприемника с накопителем жидкого азота.

33
Азот
Р = 350 кгс/см
2
1
2
3
4
Рис. 3. Схема охлаждающего устройства:
1 – фотоприемник; 2 – камера; 3 – жидкий азот; 4 – фильтр
Охлаждающее устройство работает следующим образом. После подачи из баллона сжатого азота микрохолодильник выходит на режим, причем насыщен- ная парожидкостная струя попадает непосредственно на капсулу фоточувстви- тельного элемента и охлаждает ее.
Жидкий азот заполняет внутреннюю камеру, а избыток его перетекает через боковые отверстия в полость наружной камеры. Набивка из стекловолокна внут- ри накопителя пропитывается жидким азотом. После отключения микрохоло- дильника охлаждение фоточувствительного элемента осуществляется азотом, удержанным волокнистой набивкой камеры. Наружная камера выполняет роль изоляционной низкотемпературной рубашки и воспринимает основной тепло- приток, идущий по стенкам корпуса фотоприемника. Конструкция охлаждающе- го приемника обеспечивает выход на режим фоточувствительного элемента (до температуры 200С) за время не более 4,5 с и сохранение его чувствительности после прекращения подачи хладагента в течение 14 с.
Гироскопический блок предназначен для совмещения оси ОГСН с направле- нием на цель. Гироскопический блок конструктивно включает в себя:
 зеркало-магнит с размещенными на нем элементами зеркально-линзового объектива, предусилителями и фотоприемниками основного и вспомога- тельного каналов;
 вращающееся контактное устройство;
 карданно-гироскопический подвес.
Гироскопический блок выполнен в виде постоянного магнита, вращающегося со скоростью 100 об/с. С помощью карданно-гироскопического подвеса ротор гироскопа смонтирован таким образом, что он может поворачиваться около сво- его центра тяжести и одновременно вращаться вокруг своей продольной оси, т.е. иметь три степени свободы. Гироскопы, имеющие три степени свободы, назы- ваются трехстепенными или свободными.

34
Имея величину и направления ошибки слежения , следящая система должна сформировать сигнал, который обеспечил бы прецессию ротора гиро- скопа координатора цели в требуемом направлении. Для создания угловой ско- рости прецессии ротора гироскопа к нему необходимо приложить внешний мо- мент, вектор которого должен находиться в плоскости угла рассогласования.
В оптических следящих координаторах цели с гироскопическим приводом для создания внешнего момента, приложенного к ротору гироскопа, используют взаимодействие двух магнитных полей. С этой целью ротор гироскопа, который имеет постоянный магнит с ярко выраженными полюсами, помещают в магнит- ное поле катушки коррекции.
Как было изучено ранее, первая гармоника сигналы ошибки имеет частоту, равную частоте сканирования (f
скан
), амплитуду, определяемую величиной от- клонения цели от РСН, а фазу – направлением отклонения цели от РСН. Сигна- лы с выходов основного и вспомогательного каналов координатора поступают на схему переключения (СП) следящей системы, которая обеспечивает защиту от ЛТЦ путём стробирования (временной селекции) сигнала цели. Сигнал цели с выхода СП поступает на избирательный усилитель, настроенный на частоту пер- вой гармоники спектра. На выходе избирательного усилителя образуется гармо- нический сигнал ошибки. Далее сигнал ошибки поступает на усилитель коррек- ции, где происходит повышение качества и мощности сигнала ошибки. С выхода усилителя коррекции сигнал ошибки поступает на катушку коррекции. Ось сим- метрии катушки коррекции совпадает с осью симметрии ЗУР, поэтому вектор напряженности (h к
) магнитного поля, создаваемого катушкой коррекции, совпа- дает с осью симметрии ЗУР, а его направление и величина изменяются по закону сигнала ошибки.
В результате взаимодействия магнитных полей катушки коррекции и посто- янного магнита ротора (характеризующегося вектором магнитного момента m
р
) возникает внешний электромагнитный момент (M
вн
), приложенный к ротору гироскопа (рис. 4).
Рис. 4. Моменты, действующие на ротор гироскопа:
ω
пр
— вектор угловой скорости прецессии;

35
m
р
— вектор магнитного момента постоянного магнита (связан с линией раз- дела полюсов магнита и согласован с положением фотосопротивления, вращает- ся с частотой ω
р
, имеет постоянную величину);
Н — вектор кинетического момента ротора (имеет постоянную величину и направление; совпадает с осью вращения ротора); h
к
— вектор напряженности магнитного поля катушек коррекции (совпадает с продольной осью ракеты; изменяет величину и направление по сигналу ошиб- ки слежения);
М
вн
— вектор внешнего момента, создаваемый взаимодействием магнитных полей катушек коррекции и постоянного магнита;
ω
р
, ω
пр
— угловая скорость и направление вращения ротора и прецессии ро- тора.
Направление момента M
вн можно определить по правилу правой руки: если указательный палец направить по m
р
, а согнутый на 90° средний палец − по h
к
, то большой палец укажет направление вектора M
вн
. Учитывая, что магнит и его m
p вращаются и что h
к изменяется по синусоидальному закону ошибки слеже- ния, можно представить эпюру изменения величины и направления M
вн за один оборот ротора (рис. 5).
u
со
t
Т
ск
М
вн
h
к
ω
пр
t
t
t
Рис. 5. Образование внешнего момента M
вн
Видно, что равнодействующая внешнего момента M
вн имеет вполне опреде- ленную величину и пропорциональна ошибке слежения.
Из теории гироскопа известно, что при наличии внешнего момента, прило- женного к ротору, гироскоп будет прецессировать, т. е. стремиться совместить по кратчайшему пути вектор кинетического момента (H) с внешним моментом
M
вн
, причем с угловой скоростью ω
пр
, пропорциональной величине M
вн
. Благо- даря свойству прецессии гироскопический следящий координатор постоянно совмещает свою оптическую ось с линией визирования цели, т. е. автоматически сопровождает цель.

36
Как указывалось ранее, поскольку следящая система имеет астатизм первого порядка, при сопровождении цели сигнал ошибки не равен нулю, а пропорцио- нален угловой скорости прецессии, а значит угловой скорости линии визирова- ния «ракета–цель». Поэтому сигнал ошибки является сигналом управления для автопилота, реализующего метод пропорционального сближения.

37
видно из рисунка, при приближении цели к РСН длительность импульса увели- чивается и при совмещении цели с РСН импульсы вырождаются в постоянной напряжение.
Период следования импульсов равен 0,01 с. За начало отсчета периода при- нимается ось ОY связанной системы координат (направленная вертикально вверх). Временное положение импульсной последовательности определяется угловым положением цели относительно продольной оси ОГСН – равносиг- нального направления (РСН): ск
360
ε
Т
t 

, где  – угол между вертикальной осью и направлением на цель.
На рис. 3, б цель сместилась на 90°, поэтому импульсная последовательность также сместилась по фазе на 90°.
Чем дальше тепловое пятно от центра диска, тем больше линейная скорость пересечения им окна, соответственно, длительность импульса уменьшается. Та- ким образом, длительность импульса определяется удалением теплового пятна от центра диска: ск п
и
π
2
τ
Т
R
S

, где S – ширина окна; R
п
– расстояние от центра диска до пятна; Т
ск
– период ска- нирования.
Таким образом, сигнал ошибки слежения содержит информацию о положе- нии цели относительно РСН, заключенную в фазе импульсной последовательно- сти – направление смещения цели относительно РСН и в длительности импуль- сов – величина смещения цели относительно РСН.
Данный способ реализует принцип широтно-фазовой модуляции сигнала.
Спектр импульсной последовательности представляет собой бесконечную сумму гармоник.
f
F
ск
S(f)
1/τ
и
2/τ
и
3/τ
и
0 2F
ск
Рис. 7. Амплитудный спектр периодической последовательности прямоугольных видеоимпульсов
Расстояние между соседними гармониками спектра равно частоте повторения импульсов (частоте сканирования)
Гц
100
/
1
ск ск

 Т
F
. Расстояние между «нуля-

38
ми» составляет и
1/ τ
. Таким образом, чем шире импульс, тем меньше ширина лепестка спектра.
Для того чтобы из всей совокупности гармоник выделить напряжение сигна- ла ошибки (первую гармонику спектра), импульсная последовательность с вы- хода фоторезисторов поступает на избирательный усилитель, представляющий собой фильтр НЧ, настроенный на частоту сканирования 100 Гц. Избирательный усилитель подавляет высшие гармоники и выделяет гармоническое напряжение сигнала ошибки частотой 100 Гц. Амплитуда напряжения сигнала ошибки про- порциональна длительности импульсов, т.е. – величине смещения цели относи- тельно РСН, а фаза определяется направлению смещения цели относительно
РСН.
В дальнейшем напряжение сигнала ошибки используется для обеспечения слежения ОГСН за целью, а также для выработки команд управления рулями.
При автоматическом слежении за движущейся в пространстве воздушной це- лью, оптическая ось координатора всегда будет отставать от линии визирования
“ракета-цель”. Задача следящей системы ОГС заключается в формировании та- кого управляющего сигнала от цели, который был бы направлен на уменьшение ошибки слежения. Необходимая для этого информация об ошибке слежения за- ложена в электрическом синусоидальном сигнале на выходе электронного блока координатора.
2.3. КООРДИНАТОР ЦЕЛИ
Назначение и состав координатора цели
Координатор цели (КЦ) предназначен для непрерывного автоматического определения угла рассогласования между оптической осью координатора и линией ракета-цель, слежения за целью и выработки сигнала, пропорцио- нального угловой скорости вращения линии визирования цели.
Координатор цели состоит из собственно координатора и электронного блока.
Координатор включает в себя два основных узла: статор и ротор (гиро- скоп).
Статор обеспечивает вращение ротора гироскопа, его электрическое арре- тирование и электромагнитную коррекцию. На статоре размещены катушки:
 коррекции;
 вращения;
 разгона;
 пеленга (арретира);
 ГОН.

39
4
1
2
3
6
5
Рис. 1. Устройство ОГСН:
1 – статор; 2 – катушка коррекции; 3 – блок катушек вращения; 4 – блок ка- тушек разгона; 5 – катушка пеленга (арретира); 6 – катушка ГОН
Ротор представляет собой вращающийся с частотой 
г постоянный маг- нит с явно выраженными полюсами, имеющий сферическую отражающую поверхность. Ротор установлен на кардановом подвесе, обеспечивающим возможность «прокачиваться» на углы пеленга. На роторе закреплены детали оптической системы, два фотоприемника (основного и вспомогательного каналов) и два предусилителя сигналов (рис. 2).
4
7
5
1
2
3
6
8
9
10
Рис. 2. Устройство координатора:
1 – аэродинамический насадок; 2 – обтекатель; 3 – контрзеркало; 4 – светоде- лительный (интерференционный) фильтр; 5 – корригирующая линза; 6 – ФП
ОК; 7 – зеркало-магнит; 8 – предусилитель ОК; 9 – предусилитель ВК; 10 –
ФП ВК