RU2814798C1 - Сбалансированное опорно-поворотное устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к антенной технике, а именно к опорно-поворотным устройствам антенн. Технический результат - прецизионная подвижность полноповоротных антенн с диаметром зеркала до 17 м и повышение устойчивости. Результат достигается тем, что опорно-поворотное устройство, содержащее, по крайней мере, два поворотных механизма, каждый из которых со своей осью вращения, на одной из осей с возможностью вращения по углу места установлена антенна, кинематически связанная с расположенным противоположно ей противовесом, выполненным трансформируемым таким образом, что длина плеча рычага контргруза может изменяться, отличается тем, что противовес выполнен в виде двух одноплечих рычагов с изменяемой длиной плеча контргруза, ось вращения которых симметрична оси вращения антенны по углу места и расположена ниже нее, в одной вертикальной плоскости с ней, на общей для обеих осей опорной конструкции поворотного механизма, таким образом, что плоскости обметания одноплечих рычагов не пересекают площади поворотных механизмов, а кинематическая связь с антенной каждого из одноплечих рычагов осуществлена посредством шарнирных параллелограммов, при этом длина каждого из одноплечих рычагов до контргруза изменяется прямо пропорционально вращающему моменту, действующему на оси вращения антенны по углу места. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к антенным сооружениям, а более конкретно, к опорно-поворотным устройствам (ОПУ), и может быть использовано при разработке наземных полноповоротных антенн для связи с низкоорбитальными космическими аппаратами (КА).

Для обеспечения связи с низкоорбитальными КА необходимо осуществлять высокоточное антенное наведение и отслеживание их астродинамических траекторий. Отслеживание астродинамических траекторий современных низкоорбитальных КА, способных пересекать верхнюю полусферу неба в различных направлениях за единицы минут, требует вращения антенного ОПУ в полном диапазоне углов места (от 0 град. до 180 град.) и азимутов (не менее ±270 град.) с высокой угловой скоростью (до 10 град./с) и точностью наведения антенны на КА в пределах ±0,15 угл. мин. [1 – Галимов Г.К. Антенны и спутниковая связь. Том 5. Земля и борт. – М.: Антенны-Связь НПК, 2013. – 504 с. Стр. 34]. Наземные зеркальные антенны спутниковой связи могут быть до 12–17 метров в диаметре с массой зеркальной системы до нескольких тонн. Например, масса параболического зеркала антенны диаметром 12 м составляет 4800 кг [2 – патент RU 2773815 C1. Уравновешенное опорно-поворотное устройство / Косогор А.А., Тихов Ю.И. – Опубл. 10.06.2022, Бюл. № 16]. Из-за большой массы антенны и, как следствие, большой инерционности в условиях динамического наведения и отслеживания, требования к ОПУ для тяжелых антенн значительно усложняются в части прецизионной механической подвижности. Подвижность тяжелых антенн, особенно при повороте по углу места, приводит к напряженно-деформированному состоянию поворотного механизма. В свою очередь, напряженно-деформированное состояние поворотного механизма вызывает дополнительные люфты и его быстрый износ, что в конечном итоге приводит к возникновению значительных угловых ошибок и критическим неисправностям ОПУ. Поэтому для удовлетворения требованию прецизионной подвижности, конструкция ОПУ должна, предпочтительно, обеспечивать максимально достижимое уравновешивание антенного сооружения в целом и балансировку усилий на угломестной оси поворотного механизма в частности.

Для идеального уравновешивания центр тяжести антенны было бы желательно совместить с угломестной осью вращения. Однако на практике всегда имеет место рычаг от угломестной оси вращения до центра тяжести антенны. Рычаг обусловливается конструкцией антенны (вогнутое зеркало), а также наличием третьего поворотного (по углу наклона) механизма для трехосных ОПУ. Наиболее распространенным способом уравновешивания тяжелых полноповоротных антенн является установка на угломестной оси ОПУ противовеса, например, гравитационного в виде контргруза, жесткозакрепленного на противоположном плече рычага с антенной. Основное предназначение противовеса заключается в исключении опрокидывания ОПУ под весом антенны. Такой способ лишь частично решает поставленную задачу, поскольку не учитывает дисбаланс, вносимый, например, третьим поворотным (по углу наклона) механизмом для трехосных ОПУ, который, вращаясь, динамически смещает центр тяжести антенны, нарушая установившееся на угломестной оси равновесие. Также не учитывается воздействие на антенну внешних факторов окружающей среды, например, ветра. Чем больше диаметр зеркала антенны, тем больше площадь обдуваемой поверхности и, в сочетании с эффектом «парусности», тем большую ветровую нагрузку испытывает ОПУ. Основные требования, которые предъявляются к современным земным антеннам в системах спутниковой связи в части устойчивости к ветровым нагрузкам, сводятся к необходимости сохранять работоспособность при скорости ветра до 27–30 м/с [1 – Стр. 43–44]. В результате на зеркало антенны большого диаметра будет действовать сила несколько десятков тонн, причем из-за порывов ветра она быстро изменяется, создавая наряду со статическими нагрузками динамические [1 – Стр. 37]. Как следствие, воздействие на антенну сильного ветра, в зависимости от скорости и направления воздушного потока, создает значительные по величине и знаку несбалансированные (паразитные) вращающие моменты на поворотных осях ОПУ. Кроме того, порывистый характер ветра, с резкими перепадами скорости и направленности, способен вызвать в кинематических звеньях механизма ОПУ частотные колебания, которые могут негативно влиять на устойчивость антенного сооружения в целом, если собственные частоты конструкции окажутся достаточно низкими – соизмеримыми с частотами энергетического спектра ветра. Одним из способов защиты антенного сооружения от ветровой нагрузки является применение жестких общих или местных укрытий оболочечного или каркасно-оболочечного типа, которые создают вокруг антенны достаточно эффективную защиту от внешних ветровых воздействий. Однако плотный материал укрытия, расположенный на пути распространения радиоволн в направлении фокальной оси антенны, ухудшает свойства радиопроницаемости среды, вносит определенные частотные ограничения на прием и/или передачу радиосигналов и вызывает дополнительную «подсветку» антенны радиошумами Земли, особенно во время выпадения осадков.

Таким образом, для обеспечения прецизионной подвижности больших и тяжелых полноповоротных антенн, повышения устойчивости к гравитационным и внешним ветровым нагрузкам антенного сооружения в целом, важными факторами оптимизации конструкции ОПУ являются минимизация моментов инерции вращающихся масс, их несбалансированных составляющих весовых и ветровых моментов, а также повышение частоты собственных колебаний.

Известно антенное устройство, содержащее основание, на котором смонтирован корпус с возможностью вращения по азимуту, на верхнем конце корпуса установлена ось угла места, на которой установлен рефлектор с возможностью вращения по углу места, при этом рефлектор уравновешен противовесами, закрепленными на концах двух одноплечих рычагов, ось вращения которых размещена на нижнем конце корпуса, а связь рефлектора с каждым одноплечим рычагом выполнена посредством шарнирных параллелограммов [3 – авторское свидетельство SU 1584004 A1. Антенное устройство / Бубешко М.Е., Смирнов А.К. – Опубл. 07.08.1990]. Использование в конструкции антенного устройства [3] противовесов, закрепленных на концах одноплечих рычагов, кинематически связанных с рефлектором посредством шарнирных параллелограммов, ось вращения которых находится ниже угломестной оси, позволяет повысить устойчивость антенного устройства путем повышения частоты его собственных колебаний.

Первым недостатком приведенного антенного устройства [3] является свойственное для всех двухосных ОПУ азимутально-угломестного типа наличие «мертвой воронки» в области углов места, примыкающих к зениту, в пределах которой невозможно обеспечить бесперебойную связь с низкоорбитальными КА [1 – Стр. 282, 283, 290–294]. Вторым недостатком приведенного антенного устройства [3] является отсутствие механизма компенсации несбалансированных составляющих ветровых моментов, действующих на оси угла места.

Известно трехосное ОПУ для стационарных антенных систем спутниковой связи, содержащее колонну, сверху которой установлено на двух конических подшипниках азимутальное основание, с двух сторон которого расположены угломестные кронштейны, обеспечивающие возможность вращаться антенной системе (АС) вокруг горизонтальной оси (по углу места), для компенсации веса АС в задней части кронштейнов предусмотрены противовесы, для крепления АС служит фланец, закрепленный между угломестными кронштейнами в их передней части, который обеспечивает вращение АС по оси наклона [4 – патент RU 210131 U1. Трехосное опорно-поворотное устройство для стационарных антенных систем спутниковой связи / Колмогоров А.В., Лебедев С.Ю. – Опубл. 29.03.2022, Бюл. № 10]. Использование в конструкции ОПУ [4] третьей оси (оси наклона), перпендикулярной азимутальной и угломестной осям, позволяет избежать образования «мертвых воронок» в области углов места, примыкающих к зениту, и обеспечить наведение АС на низкоорбитальные КА в полном диапазоне углов места и азимутов без ограничения сектора наведения.

Первым недостатком приведенного трехосного ОПУ для стационарных АС спутниковой связи [4] является ограниченность возможных размеров устанавливаемых антенн с зеркалами диаметром до 8 м. Ограниченность размеров устанавливаемых антенн обусловлена, в частности, конструкцией противовесов с креплением контргруза посредством кронштейнов фиксированной длины. Вторым недостатком приведенного трехосного ОПУ [4] является отсутствие механизма компенсации несбалансированных составляющих ветровых моментов, действующих на горизонтальной оси вращения антенны по углу места. Третьим недостатком приведенного трехосного ОПУ [4] является низкая частота собственных колебаний конструкции. Низкая частота собственных колебаний обусловлена, в частности, наличием угломестных кронштейнов, выполненных в виде двуплечего рычага с опорой на угломестной оси, нагруженного с двух сторон соответственно весом АС, на одном плече рычага, и противовесами – на другом. В такой конструкции противовесы оказываются непосредственно вовлеченными в колебательные процессы, которые вызывает, например, порывистый ветер, воздействующий на поверхность АС. А, так как общая длина двуплечего рычага, образованного жесткой связью между АС и противовесами, с единственной опорой на угломестной оси определяют частоту собственных колебаний конструкции ОПУ [4], то – чем больше общая длина двуплечего рычага и высота его опоры, тем ниже собственная частота.

Наиболее близким по техническому решению и выбранному авторами за прототип, является уравновешенное ОПУ, содержащее, по крайней мере, два поворотных механизма, каждый из которых со своей осью вращения, и закрепленный противоположно антенне на угломестной оси вращения противовес, который конструктивно включается трансформируемым таким образом, что длина плеча рычага груза изменяется прямо пропорционально углу наклона антенны к горизонту [2]. В частных случаях исполнения уравновешенного ОПУ [2] указанный трансформируемый противовес выполнен в виде телескопического рычага, перемещающего груз, изменяя длину плеча рычага, или в ползунковом виде так, что груз движется по балке, изменяя длину плеча рычага. Конструктивное включение трансформируемого противовеса позволило обеспечить уравновешивание гравитационного воздействия на ОПУ [2] тяжелых антенн с диаметром зеркала до 17 м, динамически управляемого в полном диапазоне углов места и азимутов без ограничения сектора наведения.

Первым недостатком прототипа [2] является то, что конструкция противовеса, позволяющая изменять длину плеча рычага до груза прямо пропорционально углу наклона антенны к горизонту, компенсирует лишь момент гравитационных сил, приложенных к антенне на угломестной оси, который соответственно увеличивается с наклоном антенны к горизонту. В отношении действующих на угломестной оси вращения составляющих ветровых моментов ОПУ [2] несбалансировано. Вторым недостатком прототипа [2] является низкая частота собственных колебаний конструкции. Низкая частота собственных колебаний обусловлена, в частности, конструкцией двуплечего рычага, образованного жесткой связью с угломестной осью первого плеча рычага, нагруженного весом антенны, с одной стороны, и второго плеча рычага, нагруженного трансформируемым противовесом, – с другой стороны. В такой конструкции противовес оказывается непосредственно вовлеченным в колебательные процессы, которые вызывает, например, порывистый ветер, воздействующий на поверхность антенны. При этом общая длина образованного двуплечего рычага и высота его единственной опоры на угломестной оси определяют частоту собственных колебаний конструкции ОПУ [2] – чем больше общая длина двуплечего рычага и высота его опоры, тем ниже собственная частота.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении прецизионной подвижности больших и тяжелых полноповоротных антенн с диаметром зеркала до 17 м, а также повышении устойчивости антенного сооружения в целом.

Технический результат достигается тем, что предлагается сбалансированное ОПУ, содержащее, по крайней мере, два поворотных механизма, каждый из которых со своей осью вращения, на одной из осей с возможностью вращения по углу места установлена антенна, кинематически связанная с расположенным противоположно ей противовесом, выполненным трансформируемым таким образом, что длина плеча рычага контргруза может изменяться, причем указанный противовес конструктивно выполнен в виде двух одноплечих рычагов с изменяемой длиной плеча контргруза, ось вращения которых симметрична оси вращения антенны по углу места и расположена ниже нее, в одной вертикальной плоскости с ней, на общей для обеих осей опорной конструкции поворотного механизма. При этом одноплечие рычаги установлены на опорной конструкции указанного поворотного механизма с двух сторон симметрично относительно него в вертикальных плоскостях таким образом, что плоскости обметания одноплечих рычагов не пересекают площади имеющихся поворотных механизмов, а кинематическая связь с антенной каждого из одноплечих рычагов осуществлена посредством шарнирных параллелограммов. В частном случае исполнения сбалансированного ОПУ – указанный противовес, содержащий два одноплечих рычага, на концах каждого из которых установлен кривошип с контргрузом, исполняется с возможностью вращения кривошипа с контргрузом в плоскости вращения соответствующего рычага таким образом, что, в зависимости от угла поворота кривошипа с контргрузом, общая длина плеча противовеса изменяется прямо пропорционально вращающему моменту, действующему на оси вращения антенны по углу места, компенсируя тем самым влияние несбалансированных составляющих весовых и ветровых моментов инерции вращающихся масс, возникающих соответственно при различных углах наклона антенны к горизонту и при воздействии на нее воздушного потока различной интенсивности и направленности.

Конструктивное исполнение трансформируемого противовеса в виде двух одноплечих рычагов с изменяемой длиной плеча контргруза, с отдельной осью их вращения, смещенной вниз относительно угломестной оси вращения антенны, позволяет снизить влияние несбалансированных составляющих весовых и ветровых моментов инерции вращающихся масс на ОПУ тяжелых полноповоротных антенн с диаметром зеркала до 17 м, а также обеспечивает повышение частоты собственных колебаний конструкции ОПУ.

Сравнение с прототипом и известными техническими решениями показывает, что сочетание отличительных признаков и свойств предлагаемого устройства из доступной литературы не известно, и предлагаемое устройство соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.

Изобретение поясняется на фигурах 1-3.

На фиг. 1 показан общий компоновочный вид заявляемого сбалансированного опорно-поворотного устройства с антенной.

Фиг. 2 иллюстрирует действие трансформируемого противовеса по снижению влияния несбалансированных составляющих весовых и ветровых моментов инерции вращающихся масс на заявляемое сбалансированное опорно-поворотное устройство с антенной, ориентированной на горизонт.

Фиг. 3 иллюстрирует действие трансформируемого противовеса по снижению влияния несбалансированных составляющих весовых и ветровых моментов инерции вращающихся масс на заявляемое сбалансированное опорно-поворотное устройство с антенной, ориентированной в зенит.

Заявляемое сбалансированное ОПУ, показанное на фиг. 1 (не в масштабе), закрепляется на опорную колонну 1, устанавливаемую на фундаменте (не показан на фиг. 1), на вершине которой крепится азимутальный поворотный механизм 2. На вращающейся верхней части азимутального поворотного механизма 2 размещается опорная конструкция 3, на вершине которой устанавливается угломестный поворотный механизм 4. С одной стороны угломестного поворотного механизма 4, на его оси вращения, предпочтительно посредством третьего поворотного (по углу наклона) механизма 5, закрепляется антенна 6, а с противоположной стороны посредством кронштейнов 7 и 8 кинематически связанный с ними трансформируемый противовес. Трансформируемый противовес образован одноплечими рычагами 9 и 10, на концах каждого из которых закреплен балансирующий поворотный механизм 11, вращающий кривошип 12 с контргрузом 13 на конце. Одноплечие рычаги 9 и 10 установлены соосно на опорной конструкции 3 с двух сторон симметрично относительно нее в вертикальных плоскостях, при этом ось 14 одноплечих рычагов 9 и 10 симметрична оси угломестного поворотного механизма 4, расположена в одной с ней вертикальной плоскости в нижней части (в основании) опорной конструкции 3. Кинематическая связь кронштейнов 7 и 8 с соответствующими одноплечими рычагами 9 и 10 осуществлена посредством шарнирных параллелограммов, каждый из которых образован шатуном 15, одним концом шарнирно соединенным с рычагом 9 или 10, а другим – с кронштейном 7 или 8, жестко прикрепленным к оси вращения угломестного поворотного механизма 4. Для корректного вывода шарнирных параллелограммов из «мертвого положения», при переходе ОПУ через точку с углом места 90 град., используются специальные приспособления, существо и особенности конструкции которых не входят в объем настоящего изобретения и на фиг. 1–3 не показаны.

Конструктивное разнесение точек подвеса антенны 6 и противовеса на две смещенные друг относительно друга в вертикальной плоскости оси вращения позволяет перераспределить горизонтальные усилия, передаваемые на опорную конструкцию 3 таким образом, что часть горизонтальных усилий, направленных на вершину опорной конструкции 3 посредством оси угломестного поворотного механизма 4, передаются в основание опорной конструкции 3 посредством оси 14 одноплечих рычагов 9 и 10. При возникновении колебаний ОПУ относительно опорной колонны 1, например, под действием на антенну порывистых ветровых нагрузок, масса противовеса в колебательном процессе не участвует вследствие большой жесткости ее опоры, сосредоточенной в основании опорной конструкции 3, и малого расстояния между контргрузами 13 и опорной колонной 1, образованного двумя одноплечими рычагами 9 и 10.

Таким образом реализуется увеличение частоты собственных колебаний заявляемого сбалансированного ОПУ, обеспечивающее повышение устойчивости антенного сооружения в целом.

ОПУ с антенной 6, ориентированной на горизонт (угол места 0 град. или 180 град.), во фронтальной проекции (вид спереди), показано на фиг. 2, а ОПУ с антенной 6, ориентированной в зенит (угол места 90 град.), – на фиг. 3.

Заявляемое сбалансированное ОПУ работает следующим образом.

На вершине опорной колонны 1, по ее центру, устройство закрепляют со стороны неподвижной нижней части азимутального поворотного механизма 2, ось вращения которого направляют вертикально, относительно плоскости земли. На вращающейся верхней части азимутального поворотного механизма 2 размещают опорную конструкцию 3, на вершине которой устанавливают угломестный поворотный механизм 4, ось вращения которого располагают горизонтально. На оси вращения угломестного поворотного механизма 4, предпочтительно закрепляют третий поворотный (по углу наклона) механизм 5, ось вращения которого ориентируют перпендикулярно оси вращения угломестного поворотного механизма 4. Непосредственно к оси вращения третьего поворотного (по углу наклона) механизма 5 крепится антенна 6 своей тыльной стороной. Поворотные механизмы 2, 4 и 5 поворачивают антенну вокруг своих независимых осей вращения – азимутальной, угломестной и третьей (по углу наклона), соответственно. Азимутальный поворотный механизм 2 поворачивает антенну 6 по всем требуемым азимутам (±270 град.) вокруг азимутальной оси вращения. При максимальном угле места астродинамической траектории низкоорбитального КА, не превышающем 80 град., предпочтительно применяют азимутально-угломестный режим работы ОПУ. При более высоких углах места астродинамической траектории, превышающих 80 град, предпочтительно применяют угломестно-угломестный режим работы ОПУ, при котором угломестный поворотный механизм 4 совместно с третьим поворотным (по углу наклона) механизмом 5 позволяют поворачивать антенну 6 в полном диапазоне углов места (от 0 град. до 180 град.), исключая образование «мертвых воронок» в области углов места, примыкающих к зениту. Поворот антенны 6 третьим поворотным (по углу наклона) механизмом 5 вокруг третьей (по углу наклона) оси вращения, предпочтительно, осуществляют в пределах ±10 град. Существо и особенности конструкций указанных поворотных механизмов 2, 4 и 5 не входят в объем настоящего изобретения.

Поворот антенны 6 угломестным поворотным механизмом 4 и третьим поворотным (по углу наклона) механизмом 5 приводит к изменению длины плеча рычага от угломестной оси вращения до центра тяжести антенны 6. При этом момент гравитационных сил увеличивается с наклоном антенны 6 к горизонту прямо пропорционально увеличению общей длины плеча рычага от угломестной оси вращения до центра тяжести антенны 6. Одновременно с моментом гравитационных сил ОПУ испытывает давление воздушного потока (ветра), который, воздействуя на антенну 6, в виду большой площади обдуваемой поверхности, создает дополнительный ветровой момент на угломестной оси вращения ОПУ. При этом ветровой момент, в зависимости от скорости и направления воздушного потока, а также угла атаки поверхности антенны 6, может принимать различные значения и иметь как положительный, так и отрицательный знак. Для того чтобы ОПУ с антенной 6 постоянно находилось в сбалансированном состоянии, должна стремиться к нулю сумма моментов всех сил относительно угломестной оси вращения. Поэтому для компенсации суммы моментов гравитационных и ветровых сил, действующих на угломестной оси со стороны подвеса антенны 6, целесообразно с обратной стороны угломестной оси включать трансформируемый противовес, создающий аналогичный по величине, но с обратным знаком, момент гравитационной силы с помощью контргрузов 13.

Трансформация противовеса осуществляется по командам блока управления (не показан на фиг. 1–3) путем изменения длины плеча рычага до контргрузов 13 в следующем порядке. Блок управления на основании известных данных о текущем положении антенны 6 (по значениям углов поворота в азимутальной, угломестной осях и по оси наклона) и показаний датчиков скорости и направления ветра (не показаны на фиг. 1–3) рассчитывает (или выбирает из таблицы предрассчитанных данных) значение момента, действующего в данный момент времени на угломестной оси ОПУ со стороны подвеса антенны 6. Далее, путем обратного пересчета по модулю полученного значения момента, рассчитываются (или выбираются из таблицы предрассчитанных данных) значения углов поворота для балансирующих поворотных механизмов 11. Балансирующие поворотные механизмы 11 по команде блока управления отрабатывают расчетные углы поворота кривошипов 12 с контргрузами 13 на конце, тем самым изменяя длину каждого из одноплечих рычагов 9 и 10 до контргрузов 13. Изменение длины одноплечих рычагов 9 и 10 до контргрузов 13 позволяет регулировать момент гравитационной силы на угломестной оси со стороны противовеса, тем самым противодействуя суммарному моменту гравитационных и ветровых сил, действующим на этой же оси со стороны подвеса антенны 6. Существо и особенности построения блока управления трансформацией противовеса, а также датчиков скорости и направления ветра не входят в объем настоящего изобретения. При изменении текущего положения антенны 6 в процессе отслеживания астродинамических траекторий низкоорбитальных КА, а также при изменении ветровой обстановки последовательность указанных действий по трансформации противовеса повторяется с требуемыми для поддержания прецизионной подвижности ОПУ периодичностью и шагом.

В результате снижается влияние несбалансированных весовых и ветровых моментов инерции вращающихся масс на угломестной оси заявляемого сбалансированного ОПУ, обеспечивающее прецизионную подвижность больших и тяжелых полноповоротных антенн.

Частный случай исполнения трансформируемого противовеса показан на фиг. 2. Трансформируемый противовес, содержащий два одноплечих рычага 9 и 10 (не показан в данной проекции на фиг. 2), на концах каждого из которых закреплен балансирующий поворотный механизм 11, на оси которого установлен кривошип 12 с контргрузом 13, исполняется так, что кривошип 12 с контргрузом 13 имеет возможность вращения на оси балансирующего поворотного механизма 11 в плоскости вращения соответствующего рычага 9 или 10 таким образом, что, в зависимости от угла поворота кривошипа 12 с контргрузом 13, общая длина плеча противовеса изменяется прямо пропорционально вращающему моменту, действующему на оси вращения антенны 6 по углу места, в соответствии с алгоритмом, реализованным в блоке управления. Поскольку одноплечие рычаги 9 и 10, будучи связанными с антенной 6 посредством шарнирных параллелограммов, вращаются синхронно с ней и отклоняются от центральной оси опорной колонны пропорционально наклону антенны 6 к горизонту, то и гравитационный баланс на угломестной оси между центрами масс антенны 6, с одной стороны, и контргрузов 13, с другой стороны, как условно показано на фиг. 2 сплошной линией (в нижнем их положении), будет соблюдаться. Если к вращению антенны 6 по углу места добавляется вращение вокруг оси наклона (с помощью третьего поворотного механизма 5), происходит смещение центра тяжести антенны 6 относительно центральной оси опорной колонны за счет изменения длины плеча подвеса антенны 6 относительно угломестной оси. В этом случае, как и в случае воздействия на антенну 6 воздушного потока, который создает на угломестной оси паразитные моменты разного знака (на фиг. 2 показаны стрелками с обозначениями М–, или М+), производится трансформация противовеса по командам блока управления путем уменьшения или увеличения общей длины его плеча относительно оси 14. Общая длина плеча противовеса увеличивается, когда контргрузы 13 с помощью кривошипов 12 отклоняются от опорной колонны 1, и, наоборот, уменьшается – когда контргрузы 13 приближаются к опорной колонне 1, как условно показано на фиг. 2 пунктирной линией (два крайних положения кривошипа 12 с контргрузом 13). Диапазон трансформации противовеса зависит от длины кривошипа, чем она больше, тем шире диапазон изменения общей длины плеча противовеса. Возможны и иные частные случаи исполнения трансформируемого противовеса с изменяемой длиной плеча рычага до контргруза, что не выходит за пределы существа и объема настоящего изобретения.

Конструкция предложенного частного случая исполнения трансформируемого противовеса позволяет также динамически регулировать осевой момент инерции ОПУ с антенной в целом, не только относительно угломестной оси вращения, но и относительно азимутальной оси вращения, что улучшает динамические характеристики ОПУ при работе как угломестного поворотного механизма 4, так и азимутального поворотного механизма 2, особенно в режимах ускорения и торможения. Осевой момент инерции является мерой инертности ОПУ с антенной и противовесом при вращательном движении и зависит от распределения массы относительно оси вращения. Поскольку массу контргрузов 13 предпочтительно уменьшать, максимальную длину одноплечих рычагов 9 и 10 со стороны противовеса увеличивают насколько это возможно. При этом возможность динамического изменения длины одноплечих рычагов 9 и 10 до контргрузов 13 сохраняется во всем диапазоне углов места (от 0 град. до 180 град.), включая положение ОПУ с ориентированной в зенит (угол места 90 град.) антенной 6, как показано на фиг. 3. Это стало возможным вследствие того, что плоскости обметания одноплечих рычагов 9 и 10 с кривошипами 12 и контргрузами 13 не пересекают поверхности поворотных механизмов ОПУ и проходят за пределами опорной колонны. В положении ОПУ с ориентированной в зенит антенной 6 момент гравитационных сил, приложенных к антенне 6, стремится к нулю, однако, действующие на угломестной оси составляющие ветрового момента (на фиг. 3 показаны стрелками с обозначениями М–, или М+), как и при других положениях антенны 6, могут быть компенсированы с помощью трансформируемого противовеса путем поворота балансирующим поворотным механизмом 11 кривошипа 12 с контргрузом 13 на конце в ту или иную сторону, как условно показано на фиг. 3 пунктирной линией (два крайних положения кривошипа 12 с контргрузом 13).

В примере частного случая исполнения заявляемого сбалансированного ОПУ угол наклона антенны 6 к горизонту задается угломестным поворотным механизмом 4 совместно с третьим поворотным (по углу наклона) механизмом 5. Другими словами, совместно с азимутальным поворотным механизмом 2, угломестный поворотный механизм 4 и третий поворотный (по углу наклона) механизм 5 формируют трехосное ОПУ. Однако возможно использование отличного от трех количества осей вращения ОПУ, что не выходит за пределы существа и объема настоящего изобретения.

Конструктив заявляемого сбалансированного ОПУ, также, как и прототипа [2], позволяет устанавливать тяжелые антенны с зеркалом диаметром до 17 м.

Таким образом, в заявляемом сбалансированном ОПУ снижено влияние несбалансированных составляющих весовых и ветровых моментов инерции вращающихся масс на угломестной оси ОПУ, обеспечивающее прецизионную подвижность больших и тяжелых полноповоротных антенн с диаметром зеркала до 17 м, а также реализовано увеличение частоты собственных колебаний ОПУ, обеспечивающее повышение устойчивости антенного сооружения в целом.

Claims (2)

1. Сбалансированное опорно-поворотное устройство, содержащее, по крайней мере, два поворотных механизма, каждый из которых со своей осью вращения, на одной из осей с возможностью вращения по углу места установлена антенна, кинематически связанная с расположенным противоположно ей противовесом, выполненным трансформируемым таким образом, что длина плеча рычага контргруза имеет возможность изменяться, отличающееся тем, что противовес выполнен в виде двух одноплечих рычагов с изменяемой длиной плеча контргруза, ось вращения которых симметрична оси вращения антенны по углу места и расположена ниже нее, в одной вертикальной плоскости с ней, на общей для обеих осей опорной конструкции поворотного механизма, таким образом, что плоскости обметания одноплечих рычагов не пересекают площади имеющихся поворотных механизмов, а кинематическая связь с антенной каждого из одноплечих рычагов осуществлена посредством шарнирных параллелограммов, при этом длина каждого из одноплечих рычагов до контргруза изменяется прямо пропорционально вращающему моменту, действующему на оси вращения антенны по углу места.

2. Сбалансированное опорно-поворотное устройство по п. 1, отличающееся тем, что противовес, содержащий два одноплечих рычага, на концах каждого из которых установлен кривошип с контргрузом, выполнен с возможностью вращения в плоскости вращения соответствующего рычага таким образом, что в зависимости от угла поворота кривошипа с контргрузом изменяется общая длина плеча противовеса.