Радиокомпас

Радио 1956 №7

Истинный курс (ИК) самолёта, т. е. угол между на правлением на север и продольной осью самолёта, а также курсовой угол радиостанции (КУР), т. е, угол между продольной осью самолёта и направлением на наземную радиостанцию (рис. 1), можно определить с помощью радионавигационных приборов, которыми оборудованы современные самолёты. Зная эти углы, можно вычислить истинный пеленг радиостанции (ИПР) - угол между направлением на север и направлением на принимаемую радиостанцию, а по пеленгу радиостанции можно определить и истинный пеленг самолёта (ИПС), т. е. угол между направлением на север в точке А расположения наземной радиостанции и направлением на самолёт.

Рис. 1.

Определив с помощью самолётного радиопеленгатора КУР для двух известных наземных радиостанций А и Б (рис. 2) и зная ИК самолёта, можно вычислить значения ИПС от этих радиостанций ИПС_А и ИПС_Б. Если провести теперь на карте из точек А и Б под соответствующими углами прямые, то точка их пересечения укажет местонахождение самолёта (точка С).

Рис. 2.

Наиболее распространенным типом самолётных радиопеленгаторов является так называемый радиокомпас - устройство, с помощью которого можно производить отсчёт углов сразу же после настройки на принимаемую радиостанцию без каких-либо дополнительных операций.

Определение КУР с помощью радиокомпаса основано на использовании направленных свойств рамочной антенны. Зависимость ЭДС на зажимах рамки от угла α между плоскостью рамки (а, б) и направлением прихода радиоволны характеризуется её диаграммой направленности, имеющей форму восьмёрки (рис. 3, а). С направлений OI и OII, перпендикулярных плоскости рамки, приём отсутствует (нуль приёма). При переходе через линию нулевого приёма, осуществляемого поворотом рамки либо перемещением передатчика (например, из точки А в точку С1, фаза результирующего напряжения на зажимах рамки меняется на обратную, так как при этом волна раньше достигает уже другого плеча рамки. Это изменение фазы условно обозначено знаками «+» «-» на левом и правом лепестках диаграммы направленности (рис. 3, а).

Рис. 3.

Вертикальная антенна в силу своей полной симметрии имеет диаграмму направленности в виде окружности, т. е. амплитуда и фаза наводимой в ней ЭДС не зависят от направления на принимаемую радиостанцию. Если сложить ЭДС рамки и ненаправленной антенны, то при приёме с направлений, лежащих слева от линии нулевого приёма I II (рис. 3, б), ЭДС рамки и вертикальной антенны будут совпадать по фазе, а при приёме с направлений, лежащих справа от линии I II, находиться в противофазе. Результирующая диаграмма направленности получится путем алгебраического суммирования значений напряжений для каждого из направлений отрезков ОР и OA.

Принцип действия радиокомпаса

Сигналы пеленгируемой радиостанции принимаются рамочной антенной и после предварительного усиления по высокой частоте поступают в устройство, называемое коммутатором фазы, и далее на вход приёмника в контур сложения ЭДС. К этому же контуру одновременно подводится напряжение от ненаправленной антенны. Коммутатор фазы периодически под воздействием напряжения низкой частоты местного генератора (60 Гц) изменяет фазу усиленного напряжения рамки на 180° (рис.4). Коммутатор фазы представляет собой двухтактный усилитель напряжения высокой частоты, у которого то одна, то другая лампа поочередно отпираются положительными полуволнами подаваемого в противофазе напряжения И_зг от местного генератора. В результате в контуре сложения ЭДС периодически, через каждую половину периода напряжения местного генератора, происходит то сложение то вычитание напряжений рамочной и ненаправленной антенн. Суммарное напряжение, действующее на входе приёмника, получается модулированным по амплитуде с частотой местного генератора. Глубина модуляции тем больше, чем больше отклонение рамки от нулевого положения. В положении нулевого приёма рамки модуляция отсутствует. С выхода приёмника выделенное напряжение низкой частоты подается на управляющее устройство, посредством которого управляется двигатель вращения рамочной антенны. Управляющее устройство автоматически устанавливает рамку так, что минимум приёма (нулевое положение) совпадает с направлением на пеленгуемую станцию.

Рис. 4.

С осью рамочной антенны механически связан ведущий сельсин, который дистанционно управляет стрелкой индикатора, установленного на приборной доске пилота. Стрелка индикатора указывает по шкале, разделённой на 360°, направление на пеленгуемую радиостанцию по отношению к продольной оси самолета (КУР).

Рассмотрим, какой характер имеет суммарное напряжение для различных положений рамки относительно принимаемой радиостанции (рис. 5).

Рис. 5.

Пусть, например, в первый полупериод частоты коммутации фаза ЭДС рамки будет такова, что диаграмма направленности имеет вид кардиоиды, показанной на рис. 5, в сплошной кривой, а во второй полупериод — пунктирной кривой.

Установим рамку так, чтобы вертикальное плечо а было ближе к принимаемой радиостанции, чем плечо б (рис, 5, а). Тогда амплитуда суммарного напряжения

U_сум определяемая отрезком 01 (по «сплошной» кардиоиде), будет больше, чем амплитуда этой ЭДС во второй полупериод (рис. 5,а), определяемая отрезком 02 (по пунктирной кардиоиде).

Высокочастотное напряжение на входе приёмника окажется модулированным по амплитуде с частотой коммутации (рис. 5, г). Это напряжение усиливается и преобразовывается в соответствующих каскадах приёмника и затем детектируется. В результате детектирования на него выделяется переменное напряжение частоты коммутации (рис. 5, д), совпадающее по фазе с U_зг (рис. 5, е).

Если рамка установлена в положение нулевого приёма, амплитуда U_сум будет неизмененной в оба полупериода коммутации. Модуляция отсутствует, U_~=0.

Установим рамку так, чтобы плечо б было ближе к принимаемой радиостанции, чем плечо а. Теперь амплитуда U_сум, в первый полупериод частоты коммутации, определяемая отрезком 01, будет меньше, чем амплитуда U_сум во второй полупериод, определяемая отрезком 02. Полученное после усиления и детектирования переменное напряжение частоты коммутации U_~ окажется в противофазе с U_зг. При отклонении рамки от нулевого положения на выходе приёмника возникает переменное напряжение частоты коммутации, которое либо совпадает по фазе с U_зг, либо отличается от него на 180°, в зависимости от того, какое из плеч рамки отклонено в сторону принимаемой радиостанции.

Рис. 6.

Управляющее устройство (рис. 6) включает в себя управляющий каскад на лампах Л1 и Л2, каскад питания управляющих ламп на лампе Л3 и балансный мост с магнитными усилителями. Вращение рамки осуществляется с помощью двухфазного двигателя М, обмотка А которого питается напряжением с частотой 400 Гц от зажимов 4 и 5 силового трансформатора Тр1. Другая обмотка двигателя Б включена в диагональ 2-6 балансного моста, питаемого напряжением (400 Гц) с зажимов 1-3 обмотки Тр1. Необходимый для вращения двигателя сдвиг фаз в 90° между токами, текущими через его обмотки, достигается включением конденсатора С. Плечами моста являются две одинаковые обмотки 1-2 и 2-3 Tp1 и вторичные обмотки магнитных усилителей МУ-I и МУ-II.

Величина и направление тока, текущего через включённую в диагональ моста обмотку Б двигателя, а следовательно и направление вращения ротора двигатели зависят от соотношения индуктивных сопротивлений вторичных обмоток магнитных усилителей МУ-I н МУ-II.

Магнитные усилители представляют собой трансформаторы с сердечниками из легко насыщающегося ферромагнитного материала. Их первичные обмотки состоят из большого числа витков тонкого провода и включены в анодные цепи ламп Л1 и Л2. Таким образом, даже небольшой постоянный ток, текущий через первичную обмотку магнитного усилителя, подмагничивает его сердечник до насыщения, вследствие чего резко уменьшается его магнитная проницаемость и, следовательно, падает индуктивное сопротивление вторичной обмотки. Такая схема позволяет небольшими постоянными токами, текущими в первичных обмотках магнитных усилителей, вызывать большие изменения тока в цепи двигателя.

Рис. 7.

Для автоматического управления работой балансного моста в зависимости от положения рамки служит управляющий каскад на лампах Л1 и Л2. На аноды этих ламп через первичные обмотки магнитных усилителей одновременно подаются положительные трапецеидальные импульсы напряжения U_a2 (рис. 7, в) с частотой коммутации, поступающие с каскада питания управляющих ламп. Эти импульсы совпадают по времени с положительными полупериодами напряжения местного генератора. С выхода приёмника на управляющие сетки ламп Л, и Л2 подаются в противофазе напряжения частоты коммутации U_c1 и U_c2 (рис. 7, г), фаза и амплитуда которых зависят от положения плеч рамки относительно принимаемой радиостанции. На управляющие сетки поступает также начальное постоянное отрицательное смещение Е_с, почти полностью запирающее лампы в исходном состоянии.

Если рамка находится в нулевом положении, переменные напряжения U_c1 и U_c2 отсутствуют, лампы Л1 и Л2 заперты. При этом индуктивные сопротивления вторичных обмоток обоих магнитных усилителей равны, мост сбалансирован и двигатель не вращается.

При отклонении рамки от нулевою положения фаза напряжения частоты коммутации на выходе приёмника, а следовательно, и определяемое ею направление вращения двигателя зависят только от того, какое из плеч рамки находится ближе к радиостанции. Пусть, например, рамка занимает одно из двух положений, показанных на рис. 7, а (плечо а ближе к радиостанции). Тогда (рис. 7, в, г) положительные полупериоды сеточного напряжения U_c1 совпадут с положительными полупериодами напряжения U_a12 и через лампу Л1 буду протекать импульсы анодного тока I_a1.

В следующий полупериод лампа Л1 будет заперта. В лампе же Л2 положительные полупериоды напряжения U_c2 совпадут по времени с импульсами напряжения U_a12 и лампа будет все время заперта. Постоянная составляющая анодного тока первой лампы, протекая по первичной обмотке МУ-I, вызовет насыщение сердечника, вследствие чего индуктивность вторичной обмотки этого магнитного усилителя уменьшится. Баланс моста нарушится, через обмотку Б электродвигателя потечет ток и электродвигатель начнет вращать рамку в направлении против часовой стрелки до тех пор, пока она не займет положения первого минимума.

Если установить рамку в положение, когда плечо б ближе к радиостанции, то фазы напряжений U_c1 и U_c2 изменятся на обратные и с импульсами анодного напряжения U_а12 будут совпадать по времени положительные полупериоды U_с2. Теперь отпираться будет уже лампа Л2 и насыщение наступит в магнитном усилителе МУ-II. Произойдёт разбалансирование моста, но фаза тока, протекающего через обмотку Б мотора, будет обратной по сравнению с предыдущим случаем, вследствие чего электродвигатель будет вращать рамку в другую сторону до тех пор, пока она снова не окажется в положении первого минимума.

Таким образом, при любом исходном положении рамки следящая система автоматически устанавливает её в положение первого минимума. Положение второго минимума неустойчиво, так как при любом незначительном отклонении рамки электродвигатель уводит её в положение первого минимума.

Поворот рамки относительно продольной оси самолета передается с помощью системы сельсинов на стрелочный указатель курсовых углов. Сельсин представляет собой небольшой электродвигатель, имеющий одну роторную и три расположенные одна к другой под углом в 120° статорные обмотки. Ротор одного из сельсинов (ведущего) вращается вместе с рамкой. На оси ротора другого сельсина (ведомого) находится стрелка указателя курсовых углов. Статорные обмотки обоих сельсинов соединены параллельно.

Роторные обмотки также соединены между собой параллельно и питаются напряжением с частотой 400 Гц. Находящаяся на оси ротора стрелка указателя покажет значение курсового угла радиостанции. На многоместных самолетах устанавливают два стрелочных указателя курсовых углов - один у пилота, другой у штурмана.

Э. Гойхман