RU221260U1 - Уголковый отражатель - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к радиолокации, в частности к средствам имитации техники, а именно к уголковым отражателям, и может быть использована для имитации радиоотражающих объектов при испытании радиолокационных станций. Задача полезной модели состоит в повышении эффективности имитации радиоотражающих объектов за счет использования групп уголковых отражателей с повышенной величиной ЭПР, в сокращении времени развертывания отражателя, а также в снижении его массы и стоимости. Технический результат достигается за счет того, что в уголковом отражателе, представляющем собой конструкцию из трех взаимно перпендикулярных пластин, каждая из трех пластин имеет форму квадрата с размером стороны а, выполнена из алюмопластикового композиционного материала, пластины скреплены между собой с помощью выполненных в них вырезов и шести упругих пластиковых фиксаторов, при этом одна из квадратных пластин выполнена в виде двух отдельных прямоугольных пластин со сторонами а и а/2, фиксатор представляет собой прямую призму с квадратным основанием со стороной а/50 и высотой а/10, который имеет вырезы длиной 3а/40 по диагоналям квадрата и равными по ширине толщине пластины уголкового отражателя, в углах квадратных пластин выполнены сквозные отверстия, обеспечивающие возможность подвешивания отражателя на заданной высоте над поверхностью земли и с заданной угловой ориентацией. Полезная модель является промышленно применимой в качестве имитатора реальной техники при испытании радиолокационных станций. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Полезная модель относится к радиолокации, в частности к средствам имитации техники, а именно к уголковым отражателям, и может быть использована для имитации радиоотражающих объектов при испытании радиолокационных станций.

Известен уголковый отражатель [RU 2309493 от 14.11.2005], состоящий из трех жестко связанных между собой взаимно перпендикулярных проводящих пластин квадратной формы и трех проводящих стержней, которые одними своими концами жестко соединены друг с другом, а другие концы каждого стержня установлены в соответствующих пластинах на расстоянии 0,1а от конца диагонали пластины с возможностью регулировки угла между пластинами, где а - размер диагонали. При этом стержни расположены в одной плоскости и закреплены в пластинах посредством косых втулок. Изобретение направлено на увеличение эффективной площади рассеяния отражателя за счет обеспечения взаимной перпендикулярности пластин и возможности регулировки и фиксации в процессе эксплуатации прямых углов между пластинами. При этом под эффективной площадью рассеяния (ЭПР) объекта понимают площадь поперечного сечения изотропного отражателя, мысленно установленного на месте реального объекта и создающего в точке приема такую же поверхностно-угловую плотность потока рассеянного электромагнитного излучения, что и реальная цель.

Недостатками известного уголкового отражателя являются сложность конструкции, большая масса и невозможность разборки для транспортировки. Кроме того, конструкция отражателя имеет ограниченную в пространстве октантом (октант - часть пространства, образованная тремя взаимно перпендикулярными плоскостями) максимальную диаграмму рассеяния, что существенно снижает ЭПР при облучении его с других направлений. Ввиду этого известный отражатель малопригоден для имитации радиоотражающих объектов при испытании радиолокационных станций.

Известен уголковый отражатель [RU 2200294 от 21.12.2000], конструкция которого обеспечивает снижение массы устройства и расширение диапазона длин волн, в котором осуществляется имитация различных объектов за счет установки поляризационной решетки на каждой грани уголкового отражателя. Грани уголкового отражателя выполнены пятислойными, при этом два слоя, один из которых является проводящим, а другой - поляризационной решеткой, размещены между другими слоями, выполненными из пористого диэлектрика. Использование поляризационной решетки позволяет обеспечить отражение радиоволн на длинах: λ₁=0,8 см, λ₂=3,2 см, λ₃=6 см.

Недостатками известного отражателя являются технологическая сложность его изготовления, высокая стоимость, неразборность конструкции, относительно низкая величина ЭПР за счет выбора треугольной формы элементов (граней) отражателя и ограниченная область применения. Отражатель по своей конструкции имеет ограниченную по направлению октантом максимальную ЭПР, что делает малопригодным его применение при испытании радиолокационных станций.

Известен уголковый отражатель [RU 2198454 от 22.05.2000], изготовленный в виде рефлектора, который имеет центральную стойку, расположенные на ней во взаимно перпендикулярных плоскостях втулки для крепления жестких поддерживающих средств и составных гибких отражающих граней, образующих в развернутом положении поддерживающих средств групповой восьмигранный рефлектор. Рефлектор снабжен средствами фиксации его элементов в рабочем положении и регулировки точности их установки, за счет которых повышается его эффективная поверхность рассеяния. Предложены варианты исполнения втулок для крепления элементов рефлектора к плечам и друг к другу во взаимно перпендикулярных плоскостях, а также вариант рефлектора с телескопической стойкой, имеющего меньшие габариты в сложенном положении.

Недостатками известного уголкового отражателя являются сложность конструкции, а также относительно низкая величина ЭПР за счет использования треугольной формы граней отражателя.

Известна конструкция отражателя металлического уголкового (ОМУ), принятая за прототип, которая применяется для имитации объектов вооружения, военной и специальной техники (приказ Начальника инженерных войск МО СССР от 29.08.1959 г. №40). Уголковый металлический отражатель применяется для придания радиоотражающих свойств макетам техники и вооружения, изготовленным из неметаллических материалов [Руководство по инженерным средствам и приемам маскировки Сухопутных войск. Часть I. Средства и приемы маскировки. М., Воениздат. 1985, С. 114-116 (всего 264 с.)]. В рабочем положении уголковый отражатель представляет собой конструкцию из трех взаимно перпендикулярных пластин, образующих восемь отражающих углов с треугольными гранями. Уголковый отражатель ОМУ изготавливается из стали и складывается в плоскую конструкцию при помощи щелевых шарниров. Потребное количество для имитации объектов типа танк, БТР, САУ - не менее четырех отражателей, а автомобиля с кузовом типа КУНГ или вертолета Ми-8 - не менее шести. Масса одного отражателя составляет 3,25 кг, масса комплекта отражателей в укладочном ящике - 80 кг. Размер грани отражателя составляет 35 см.

К недостаткам прототипа можно отнести:

- большой вес комплекта отражателей, что препятствует быстрому развертыванию ОМУ на позиции - один отражатель собирается и устанавливается двумя специалистами не менее шести минут;

- сложность точной выставки трех образующих уголковый отражатель металлических пластин во взаимно перпендикулярных плоскостях, что приводит к снижению величины ЭПР и, как следствие, к снижению эффективности имитации;

- высокая стоимость отражателя из-за использования в конструкции преимущественно нержавеющей стали;

- относительно низкая величина ЭПР за счет использования треугольной формы граней отражателя.

Задача полезной модели состоит в повышении эффективности имитации радиоотражающих объектов за счет использования групп уголковых отражателей с повышенной величиной ЭПР, в сокращении времени развертывания отражателя, а также в снижении его массы и стоимости.

Технический результат достигается за счет того, что в уголковом отражателе, представляющем собой конструкцию из трех взаимно перпендикулярных пластин, каждая из которых имеет форму квадрата с размером стороны а и выполнена из алюмопластикового композиционного материала, пластины скреплены между собой с помощью выполненных в них вырезов и шести упругих пластиковых фиксаторов, при этом одна из квадратных пластин имеет вырез по одной из сторон длиной а/2 от середины стороны до центра, а другая квадратная пластина, кроме того, имеет дополнительно два выреза, противоположно направленных на двух других сторонах пластины длиной а/4 от середины сторон до центра, третья пластина конструктивно выполнена в виде двух отдельных прямоугольных пластин со сторонами а и а/2 с вырезом по длинной стороне от середины пластины до ее центра длиной а/4, фиксатор представляет собой прямую призму с квадратным основанием со стороной а/50 и высотой а/10, который имеет вырезы длиной 3а/40 по диагоналям квадрата, выполненными по высоте призмы и равными по ширине толщине пластины уголкового отражателя, в углах квадратных пластин выполнены сквозные отверстия, обеспечивающие возможность подвешивания отражателя на заданной высоте над поверхностью земли и с заданной угловой ориентацией.

В общем случае уголковые отражатели, в зависимости от формы составляющих их пластин, могут быть треугольными (ЭПР σ_тр), квадратными (ЭПР σ_кв) и шарообразными («круглыми»), или секторными (ЭПР σ_кр). Для треугольных, квадратных и секторных уголковых отражателей максимальные значения ЭПР, исходя из условия, что плотность потока радиоизлучения прямо пропорциональна квадрату напряженности электрического поля электромагнитной волны, а падающая волна совпадает с максимумом диаграммы рассеяния, соответственно рассчитываются по формулам [Семенихина Д.В., Юханов Ю.В., Привалова Т.Ю. Теоретические основы радиоэлектронной борьбы: радиомаскировка. Таганрог. Изд-во ЮФУ - 2017. - С. 68 (всего 130 с.)]:

где а - длина грани отражателя, λ - длина волны.

Из приведенных выражений следует, что из трех отражателей с различной формой граней при одних и тех же параметрах а и λ максимальной ЭПР обладает отражатель с квадратными гранями: ее значение в 9 раз больше, чем у «треугольного» отражателя, и в 6 раз больше, чем у «секторного» отражателя.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-5:

- фиг. 1 - общий вид отражателя в сборе;

- фиг. 2 - общий вид составных частей отражателя;

- фиг. 3 - общий вид фиксатора отражателя;

- фиг. 4 - сравнительные результаты моделирования величины ЭПР уголковых отражателей для алюмопластикового композитного материала (АКМ) и стали;

- фиг. 5 - сравнительные результаты натурного эксперимента по определению относительной величины сигнала уголковых отражателей из АКМ и нержавеющей стали.

На фиг. 1-5 использованы следующие обозначения: 1 - грани отражателя; 2 - вырезы граней отражателя; 3 - отверстия подвеса; 4 - фиксаторы; 5 - вырезы фиксатора.

Заявляемый уголковый отражатель в рабочем положении представляет собой конструкцию из трех взаимно перпендикулярных пластин квадратной формы, образующих восемь отражающих углов. Он конструктивно состоит из четырех пластин 1 (см. фиг. 1, 2), две из которых выполнены равными по размерам в форме квадратов со стороной а и вырезами 2 длиной, равной а/2, выполненными в середине каждой из пластин от края до центра. Кроме того, одна из указанных пластин имеет два дополнительных выреза 2 на двух противоположных сторонах квадрата размером а/4 от середины стороны до центра пластины. Две другие пластины выполнены в форме одинаковых прямоугольников со сторонами а и а/2 с вырезами 2 длиной, равной а/4, выполненными в середине каждой из длинных сторон пластин от края до центра. Ширина всех вырезов пластин одинакова и равна толщине самой пластины.

Для увеличения сектора рассеяния применяют группы уголковых отражателей, по-разному ориентированных в пространстве. С этой целью для имитации техники используются группы из трех и более отражателей, которые подвешиваются, например, на горизонтальные растяжки через одно из сквозных отверстий 3 (см. фиг. 1), выполненных в углах пластин каждого из отражателей, на заранее известной высоте от земли.

Сборка отражателя с квадратными гранями (см. фиг. 2) состоит в соединении по вырезам 2 двух квадратных пластин, которые при этом образуют две пересекающиеся под прямым углом плоскости. Две прямоугольные пластины своими вырезами 2 вставляются в соответствующие вырезы 2 квадратной пластины так, чтобы образованные пластинами плоскости пересекались под прямым углом и обеспечивали в пространстве отражение РЛ-излучений по восьми направлениям (по числу углов, образованных гранями отражателя).

Соединение и закрепление пластин в единую конструкцию проводится с использованием упругих деталей [Машиностроение. Энциклопедия. Том III-5. Технология сборки в машиностроении. / Гл. ред. Фролов К.В. М.: Машиностроение, 2006. С. 206], в качестве которых выступают шесть фиксаторов 4 (см. фиг. 1, 3), которые могут быть изготовлены, например, из ABS-пластика.

Каждый из фиксаторов 4 (см. фиг. 3) представляет собой деталь в виде прямой призмы высотой а/10 с квадратным основанием со стороной а/50, который имеет по два выреза 5 длиной 3а/40 по диагоналям квадрата вдоль высоты призмы, а по ширине размер выреза равен толщине пластины уголкового отражателя.

Фиксаторы помимо закрепления пластин между собой одновременно обеспечивают их взаимную перпендикулярность за счет перпендикулярности вырезов в фиксаторах для обеспечения максимальной величины ЭПР, которая, как известно, сильно зависит от точности выдержки прямых углов между гранями [Семенихина Д.В., Юханов Ю.В., Привалова Т.Ю. Теоретические основы радиоэлектронной борьбы: радиомаскировка. Таганрог. Изд-во ЮФУ - 2017. - С. 68 (всего 130 с.)].

В качестве материала для изготовления пластин уголкового отражателя выбран алюмопластиковый композитный материал [https://www.signbusiness.ru/material/Al/chto-takoe-alyuminievyi-kompozitnyi-material.php], конструктивно состоящий из двух алюминиевых листов и полиэтиленового или минерального наполнителя между ними. Толщина серийно изготавливаемых алюмопластиковых композиционных материалов составляет от 3 до 4 мм. К преимуществам АКМ следует отнести:

- малый вес (в четыре раза легче нержавеющей стали);

- точные плоскостные характеристики (противодействие скручиванию);

- однородность нанесения слоев при изготовлении листов композита;

- высокая жесткость и стойкость к короблению в условиях ветровых нагрузок и осадков;

- стойкость к температурным воздействиям: от минус 50°С до плюс 80°С;

- долговечность и высокая коррозионная стойкость;

- удобство механической обработки и формовки.

Выбор АКМ для изготовления уголкового отражателя обоснован результатами моделирования и натурного эксперимента путем сравнения величин ЭПР указанного материала и нержавеющей стали, представленными на фиг. 4, 5.

Моделирование уголковых отражателей проводилось с помощью программного обеспечения вычислительного электромагнетизма Altair FEKO. Для моделей уголковых отражателей использовались реальные свойства материалов (нержавеющей стали и АКМ).

Результаты моделирования приведены на фиг. 4, из которой видно, что использование в качестве материала отражателя АКМ повышает его эффективность на 20% по сравнению с нержавеющей сталью.

При помощи радиолокатора с длиной волны излучения 3 см, предназначенного для обнаружения и определения дальности до объектов, отражающих РЛ-сигналы, были экспериментально получены кривые относительного уровня сигнала в зависимости от материала отражателя (см. фиг. 5), которые показывают, что:

- положения максимальных относительных уровней РЛ-сигнала для обоих материалов совпадают и соответствуют истинному значению расстояний между отражателями и приемником излучения;

- АКМ-отражатель обеспечивает уровень отраженного сигнала примерно на 20% выше, чем стальной отражатель тех же размеров и той же конфигурации;

- превышение уровня сигнала от АКМ-отражателя над уровнем сигнала от стального отражателя больше, чем уровень флуктуаций отраженного сигнала от фона, т.е. не является ошибкой эксперимента и подтверждает результаты моделирования.

Улучшенные характеристики АКМ-отражателя, полученные в ходе моделирования и подтвержденные в ходе эксперимента, обеспечиваются более высокой проводимостью алюминия по сравнению со сталью.

Моделирование и натурные эксперименты подтвердили возможность получения с помощью предложенных уголковых отражателей примерно одинаковых диаграмм направленности и совпадающих по уровню ЭПР радиолокационных портретов, соответствующим реальным объектам.

Технический результат заключается в решении задачи полезной модели, а именно в повышении эффективности имитации радиоотражающих объектов за счет использования групп уголковых отражателей с повышенной величиной ЭПР, в сокращении времени развертывания отражателя, а также в снижении его массы и стоимости.

Claims (2)

1. Уголковый отражатель, представляющий собой пространственную фигуру из трех пересекающихся взаимно перпендикулярных пластин, отличающийся тем, что каждая из трех пластин выполнена в форме квадрата с размером стороны а из алюмопластикового композиционного материала, пластины скреплены между собой с помощью выполненных в них вырезов и шести упругих пластиковых фиксаторов, при этом одна из квадратных пластин имеет вырез по одной из сторон длиной а/2 от середины стороны до центра, а другая квадратная пластина, кроме того, имеет дополнительно два выреза, противоположно направленных на двух других сторонах пластины длиной а/4 от середины сторон до центра, третья пластина конструктивно выполнена в виде двух отдельных прямоугольных пластин со сторонами а и а/2 с вырезом по длинной стороне от середины пластины до ее центра длиной а/4, фиксатор представляет собой прямую призму с квадратным основанием со стороной а/50 и высотой а/10, который имеет вырезы длиной 3а/40 по диагоналям квадрата, выполненными по высоте призмы и равными по ширине толщине пластины уголкового отражателя, в углах пластин отражателя выполнены сквозные отверстия, обеспечивающие возможность подвешивания отражателя на заданной высоте над поверхностью земли и расположения их с заданной угловой ориентацией.

2. Уголковый отражатель по п. 1, выполненный разборным с возможностью быстрой сборки и разборки.