RU2594636C1

RU2594636C1 - Retroreflective device

Info

Publication number: RU2594636C1
Application number: RU2015128303/28A
Authority: RU
Inventors: Андрей Николаевич Байков; Александр Сергеевич Илларионов; Вячеслав Владимирович Мурашкин; Анатолий Васильевич Першин; Андрей Леонидович Соколов; Наталья Михайловна Союзова; Татьяна Ивановна Хорошева
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2016-08-20

Abstract

FIELD: instrument making.

SUBSTANCE: retroreflective device contains a metal housing in which following units are located: adjusting screw, support, lodgment, prismatic corner reflector with triangle side faces and corners cutoffs at the inlet face, support ring with ledge, fixing element. Reflector corners cutoffs are rounded. Mounting platforms supported on the lodgement end are made in the upper part of cutoffs in parallel with the inlet face. Lodgment is designed as a hollow perforated cylinder and directly rests on the base edge of the cone-shaped support, having separate stepped ribs, which create spring effect. Vertical groove from the inlet face to the mounting platform are made on the outer side of one of three reflector corners cutoffs. Other groove is vertically placed on the inner housing wall. Both grooves form a single channel, in which fixing ledge made on the support ring is introduced.

EFFECT: technical result consists in improvement of measuring range accuracy, temperature stabilization, increased vibration resistance.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к конструированию креплений, оправ оптических элементов, в частности призменных уголковых световозвращателей; устройство может быть использовано в качестве комплектующего элемента ретрорефлекторных оптических антенн (или единичного отражающего элемента) в оптических системах измерения дальности до наземных и космических объектов.The invention relates to the field of optical instrumentation, namely to the design of mounts, frames of optical elements, in particular prismatic corner reflectors; the device can be used as a component of retroreflective optical antennas (or a single reflective element) in optical systems for measuring the distance to ground and space objects.

Известно наиболее близкое по технической сущности устройство, выбранное в качестве прототипа /«Разработка лазерных ретрорефлекторных антенн на основе уголковых световозвращателей для высокоточных измерений дальности до космических аппаратов», ж. Электромагнитные волны & Электронные системы, №2, т. 2, 1997, с. 50-57/.The device closest in technical essence to the prototype / “Development of retroreflector laser antennas based on corner retroreflectors for high-precision measurements of the range to spacecraft” is known, g. Electromagnetic Waves & Electronic Systems, No. 2, vol. 2, 1997, p. 50-57 /.

Это устройство содержит призменный уголковый световозвращатель с боковыми гранями в форме треугольника и срезами углов у входной грани, установленный в корпусе на 6 посадочных площадок ложемента (оправы), опора, в качестве которой выступает шестигранное опорное кольцо, шайба разрезная в качестве фиксирующего элемента, кольцо пружинное, крышка-опора, винт регулировочный. Ложемент с помощью винта регулировочного и кольца пружинного поджимается к крышке-опоре на корпус. Вершина световозвращателя «свободно подвешена» в корпусе, что обеспечивает световозвращателю осевую степень свободы при вибрационно-ударных воздействиях.This device contains a prismatic corner retroreflector with side faces in the shape of a triangle and sections of corners at the entrance face, mounted in the housing for 6 landing pads of the tool tray (frame), a support, which is a hexagonal support ring, a split washer as a fixing element, a spring ring , cover support, adjusting screw. The lodgement with the help of the adjusting screw and the snap ring is pressed against the cover-support on the housing. The top of the retroreflector is “freely suspended” in the housing, which provides the retroreflector with an axial degree of freedom during vibration and shock effects.

Со стороны входной грани световозвращатель фиксируется по трем посадочным фаскам, имеющимся на срезах углов у входной грани, шестигранным опорным кольцом, которое поджимается разрезной шайбой, установленной в кольцевой паз, для прорезки которого корпус выполнен со специальным «приливом». На боковые грани световозвращателя может быть нанесено отражающее покрытие.From the side of the input face, the retroreflector is fixed along three landing chamfers, available on the corner cuts at the input face, with a hexagonal support ring, which is pressed by a split washer installed in the annular groove, for cutting which the body is made with a special "tide". A reflective coating may be applied to the side faces of the retroreflector.

Недостатками прототипа являются следующие:The disadvantages of the prototype are the following:

- сложность изготовления таких деталей, как шайба разрезная, шестигранное опорное кольцо, кольцо пружинное, представляющее собой сложный цилиндрический элемент с горизонтальными прорезями по поверхности, демпфирующие свойства которого существенно ухудшаются даже при незначительных отклонениях параметров материала кольца (сталь) от номинальных значений и в ходе эксплуатации (накапливаемая «усталость» материала);- the complexity of manufacturing such parts as a split washer, a hexagonal support ring, a spring ring, which is a complex cylindrical element with horizontal slots on the surface, the damping properties of which significantly deteriorate even with slight deviations of the ring material parameters (steel) from the nominal values and during operation (accumulated "fatigue" of the material);

- давление опоры на три фаски световозвращателя при вибрационных и ударных нагрузках иногда приводит к возникновению трещин, сколов на углах входной грани призмы, что может быть причиной разрушения призмы;- the pressure of the support on the three chamfers of the retroreflector under vibration and shock loads sometimes leads to cracks, chips at the corners of the input face of the prism, which may cause the destruction of the prism;

- подобные конструктивные контакты через посадочные фаски (размеры которых выдерживаются, как правило, с нежесткими допусками - «свободные размеры») не позволяют получить допустимую при прецизионных измерениях дальности погрешность расположения входной грани световозвращателя относительно посадочной плоскости корпуса, которая должна составлять величину порядка десятых долей мм. Погрешность расположения в прототипе может достигать 1-2 мм;- such constructive contacts through the landing chamfers (the dimensions of which are maintained, as a rule, with non-rigid tolerances - “free dimensions”) do not allow to obtain the error in the location of the input face of the reflector relative to the landing plane of the housing, which should be of the order of tenths of mm . The location error in the prototype can reach 1-2 mm;

- как показал опыт использования прототипа, из-за остаточных погрешностей изготовления и сборки устройства между тремя не опорными ребрами входной грани световозвращателя и шестигранной опорой могут образовываться зазоры шириной до 2 мм. Через эти щели в ходе испытаний перед запуском космического аппарата (КА), а также при длительной эксплуатации в космосе может происходить пылевое загрязнение боковых граней световозвращателя или накопление статического электрического заряда на боковых поверхностях световозвращателя. Следствием загрязнения может быть нарушение полного внутреннего отражения на боковых гранях световозвращателя и снижение уровня отраженного сигнала. Накопление статического электричества также недопустимо, поскольку создает наводки и сбои при функционировании радиотехнических систем, часто расположенных на КА вблизи систем световозвращателей.- as shown by the experience of using the prototype, due to residual errors in the manufacture and assembly of the device, gaps up to 2 mm wide can form between the three non-supporting edges of the input face of the retroreflector and the hexagonal support. Through these slots during tests before launching the spacecraft (SC), as well as during prolonged operation in space, dust contamination of the side faces of the reflector or the accumulation of static electric charge on the side surfaces of the reflector can occur. The result of contamination can be a violation of the total internal reflection on the side faces of the retroreflector and a decrease in the level of the reflected signal. The accumulation of static electricity is also unacceptable, since it creates interference and malfunctions in the functioning of radio systems, often located on spacecraft near systems of retroreflectors.

Задачей изобретения является создание световозвращающего устройства с повышенными эксплуатационными требованиями для использования в бортовой аппаратуре КА.The objective of the invention is the creation of a retroreflective device with increased operational requirements for use in the onboard equipment of the spacecraft.

Технический результат - повышение точности измерений дальности; устойчивости конструкции к воздействию динамического изменения температур; устойчивости к вибрационным и ударным нагрузкам, что характерно для наземных испытаний аппаратуры и условий запуска КА; облегчения (минимизации веса) конструкции; предотвращения накопления статического заряда вследствие воздействия открытого космического пространства.EFFECT: increased accuracy of range measurements; structural stability to the effects of dynamic temperature changes; resistance to vibration and shock loads, which is typical for ground testing of equipment and launch conditions of the spacecraft; facilitation (minimization of weight) of the structure; prevent the accumulation of static charge due to exposure to open space.

Это достигается тем, что в устройстве световозвращающем, содержащем установленный в металлический корпус на ложемент призменный уголковый световозвращатель с боковыми гранями в форме треугольника и срезами углов у входной грани, кольцо опорное, поджатое фиксирующим элементом, опору, винт регулировочный, - в верхней части срезов углов, которые выполнены скругленными, параллельно входной грани выполнены установочные площадки, опирающиеся на торец ложемента, выполненный в виде полого перфорированного цилиндра, опертого на кромку основания конусообразной опоры, имеющей отдельные ступенчатые ребра, создающие пружинящий эффект, кроме того, на внешней стороне одного из трех срезов углов световозвращателя выполнена вертикальная проточка от входной грани до установочной площадки, другая проточка выполнена вертикально на внутренней стенке корпуса, и при совмещении обе образуют единый канал, в который введен фиксирующий выступ, выполненный на опорном кольце, которое поджато фиксирующим элементом в виде прижимной гайки.This is achieved by the fact that in a retroreflective device containing a prismatic corner reflector mounted in a metal case on a lodgement with side faces in the shape of a triangle and sections of corners at the input side, the support ring, pressed by the fixing element, the support, the adjustment screw, - in the upper part of the corner sections which are rounded, parallel to the input face, installation sites are made, resting on the end of the lodgement, made in the form of a hollow perforated cylinder, supported on an edge a cone-shaped support having separate stepped ribs creating a spring effect, in addition, on the outside of one of the three sections of the retroreflector corners, a vertical groove is made from the input face to the installation site, the other groove is made vertically on the inner wall of the housing, and when combined, both form a single a channel into which a locking protrusion is introduced, made on the support ring, which is pressed by the locking element in the form of a clamping nut.

Предлагаемая конструкция поясняется чертежами, где изображены наThe proposed design is illustrated by drawings, which depict on

фиг. 1 - устройство световозвращающее в сборке;FIG. 1 - retroreflective device in the assembly;

фиг. 2а - призменный уголковый световозвращатель: вид сбоку;FIG. 2a - prismatic corner retroreflector: side view;

фиг. 2б - призменный уголковый световозвращатель: вид сверху;FIG. 2b - prismatic corner reflector: top view;

фиг. 3 - сборка предлагаемого устройства.FIG. 3 - assembly of the proposed device.

Устройство световозвращающее содержит металлический корпус 1, в котором размещены: винт регулировочный 2, опора 3, ложемент 4, призменный уголковый световозвращатель 5 с боковыми гранями в форме треугольников и срезами углов 6 у входной грани, опорное кольцо 7 с выступом, фиксирующий элемент 8. Срезы углов 6 световозвращателя выполнены скругленными. В верхней части срезов 6 параллельно входной грани выполнены установочные площадки 9, которые оперты на торец ложемента 4. Ложемент 4 выполнен в виде полого перфорированного цилиндра и непосредственно опирается на кромку основания конусообразной опоры, имеющую отдельные ступенчатые ребра, которые создают пружинящий эффект. На внешней стороне одного из трех срезов углов световозвращателя 5 выполнена вертикальная проточка 10 (фиг. 2) от входной грани до установочной площадки, а другая проточка выполнена вертикально на внутренней стенке корпуса 1. При совмещении обе проточки образуют единый канал, в который введен фиксирующий выступ, выполненный на опорном кольце 7. Опорное кольцо 7 поджато фиксирующим элементом 8, выполненным в виде гайки прижимной.The retroreflective device comprises a metal housing 1, in which are located: an adjusting screw 2, a support 3, a lodgement 4, a prismatic corner reflector 5 with side faces in the form of triangles and sections of the corners 6 at the input face, a support ring 7 with a protrusion, a fixing element 8. Slices angles 6 of the retroreflector are rounded. In the upper part of the slices 6, parallel to the input face, installation pads 9 are made, which are supported on the end of the lodgement 4. The lodgement 4 is made in the form of a hollow perforated cylinder and directly rests on the edge of the base of the cone-shaped support having separate stepped ribs that create a springy effect. On the outside of one of the three sections of the corners of the retroreflector 5, a vertical groove 10 (Fig. 2) is made from the input face to the installation site, and the other groove is made vertically on the inner wall of the housing 1. When combined, both grooves form a single channel into which a locking protrusion is inserted made on the support ring 7. The support ring 7 is pressed by the fixing element 8, made in the form of a clamping nut.

Корпус 1 с помощью гайки разрезной 11 с контровочными винтами 12, 13, навинчивающейся на резьбовой хвостовик корпуса 1, поджимается с необходимым усилием к посадочной плоскости КА. Контровочные винты 12, 13 предохраняют гайку разрезную 11 от самоотвинчивания.The housing 1 with the help of a split nut 11 with locking screws 12, 13, screwed onto the threaded shank of the housing 1, is pressed with the necessary force to the landing plane of the spacecraft. Locking screws 12, 13 protect the split nut 11 from self-unscrewing.

В процессе сборки устройства световозвращающегося винт регулировочный 2, винты контровочные 11, 12 контрятся контровочным материалом (краской или клеем).During the assembly of the retroreflective device, the adjusting screw 2, the locking screws 11, 12 are controlled by the locking material (paint or glue).

На боковые грани световозвращателя может быть нанесено отражающее покрытие, чем обеспечивается широкое поле углов падения на входную грань световозвращателя до 45÷50 угл. град. Если допустимы меньшие углы падения света, например, для высокоорбитальных КА, могут быть использованы световозвращатели без покрытия боковых граней, работающие на основе полного внутреннего отражения.A reflective coating can be applied to the side faces of the retroreflector, which ensures a wide field of incidence angles at the input face of the retroreflector up to 45 ÷ 50 angles. hail. If smaller angles of incidence of light are acceptable, for example, for high-orbit spacecraft, retroreflectors without covering the side faces, operating on the basis of total internal reflection, can be used.

Технический результат достигается за счет следующих изменений в конструкции.The technical result is achieved due to the following changes in the design.

Во-первых, выбранная форма опорного кольца 7, изготавливаемого точно по плоскости входной грани, повышает точность установки входной грани световозвращателя 5 и исключает щели во внутреннюю часть устройства, что ведет к отсутствию пылевого загрязнения и электростатического заряда на боковых гранях световозвращателя 5.Firstly, the selected shape of the support ring 7, made exactly on the plane of the input face, increases the accuracy of installation of the input face of the reflector 5 and eliminates gaps in the inner part of the device, which leads to the absence of dust pollution and electrostatic charge on the side faces of the reflector 5.

Во-вторых, теплопередача между металлической частью предлагаемого устройства и призменным уголковым световозвращателем осуществляется через установочные площадки площадью C=11.7 мм² и прижимные площадки кольца опорного площадью Д=31.39 мм². Суммарная площадь контактов C+Д=43.1 мм². Теплопередача от металлической части устройства на боковые грани световозвращателя в прототипе происходит через шесть посадочных площадок ложемента общей площадью А=16.6 мм², а также через шестигранное опорное кольцо на три посадочные фаски световозвращателя площадью Б=55.5 мм². Общая площадь контактов равна А+Б=71.1 мм². Из расчета видно, что площадь теплопередачи у прототипа примерно в 1.7 раза больше, чем у предлагаемого устройства: (А+Б)/(С+Д)=71.1/43.1=1,7. Это позволяет снизить температурный градиент внутри световозвращателя и стабилизировать уровень отраженного сигнала.Secondly, heat transfer between the metal part of the proposed device and the prismatic corner reflector is carried out through installation sites with an area of C = 11.7 mm ² and pressure pads of the ring with a reference area of D = 31.39 mm ² . The total contact area C + D = 43.1 mm ² . The heat transfer from the metal part of the device to the side faces of the retroreflector in the prototype occurs through six landing sites of the lodgement with a total area of A = 16.6 mm ² , and also through a six-sided support ring to three landing chamfers of the retroreflector with an area of B = 55.5 mm ² . The total contact area is A + B = 71.1 mm ² . The calculation shows that the heat transfer area of the prototype is approximately 1.7 times larger than that of the proposed device: (A + B) / (C + D) = 71.1 / 43.1 = 1.7. This allows you to reduce the temperature gradient inside the reflector and stabilize the level of the reflected signal.

Данные приведены при условии равенства размеров исходных входных граней прототипа и предлагаемого устройства (эквивалентный диаметр световой апертуры световозвращателя 28.2 мм). Как показала практика использования известного устройства в реальных условиях эксплуатации в открытом космосе, указанная площадь контактов достаточно велика и не позволяет эффективно минимизировать воздействие температурного фактора. Возникающий температурный градиент внутри светоотражателя приводит к искажению диаграммы направленности световозвращателя и к снижению уровня интенсивности отраженного сигнала.The data are provided provided that the dimensions of the initial input faces of the prototype and the proposed device are equal (the equivalent diameter of the light aperture of the retroreflector is 28.2 mm). As shown by the practice of using the known device in real operating conditions in outer space, the indicated contact area is quite large and does not allow to effectively minimize the influence of the temperature factor. The resulting temperature gradient inside the reflector leads to a distortion of the radiation pattern of the reflector and to a decrease in the intensity level of the reflected signal.

Наличие отличительных от прототипа существенных признаков позволяет признать заявляемое техническое решение новым.The presence of essential features distinctive from the prototype allows us to recognize the claimed technical solution as new.

На основе предлагаемой конструкции возможна разработка и производство семейства устройств световозвращающих с различными массогабаритными параметрами, применение которых обусловлено различными задачами и конструкцией КА.Based on the proposed design, it is possible to develop and manufacture a family of retroreflective devices with various weight and size parameters, the use of which is due to various tasks and the design of the spacecraft.

Claims

A retroreflective device, comprising a prismatic corner reflector mounted in a metal case on a lodgement with side edges in the shape of a triangle and cuts of angles at the input face, a support ring, preloaded by a fixing element, a support, an adjustment screw, characterized in that in the upper part of the cuts are angles that are made rounded, parallel to the input face, installation sites are made, resting on the end of the lodgement, made in the form of a hollow perforated cylinder, supported on the edge of the base to a mustache-shaped support having separate stepped ribs creating a spring effect, in addition, on the outer side of one of the three sections of the retroreflector corners, a vertical groove is made from the input face to the installation site, the other groove is made vertically on the inner wall of the housing, and when combined, both form a single channel , into which a locking protrusion is introduced, made on the support ring, which is pressed by the locking element in the form of a clamping nut.