Вертолет, 2004 №2 - Журнал Вертолет. Страница 13
Для работы в дневное время канал наведения должен включать в себя оптический или телевизионный канал или оба эти канала. Если же система должна работать круглосуточно, в КН обязательно должен входить и тепловизионный датчик. Помимо этого, как правило, в состав обзорноприцельной системы включается лазерный дальномер.
Существуют две принципиально различающиеся конструктивные схемы построения обзорно-прицельных систем. В основе первой лежит гиростабилизированное зеркало, на плоскость которого сведены все необходимые каналы, размещенные неподвижно (рис. 2). Эту систему мы будем впоследствии называть «зеркальной», а вторую, в которой все каналы размещаются на единой стабилизированной платформе — «платформенной» (рис. 3).
Первую группу представляют отечественные приборы «Радуга», «Шквал» и иностранные разработки BEZU, SFIM, АРХ-334 и ряд других. Ко второй группе относятся российские приборы типа ГОЭС, американские системы TADS, М-65, французские Strix, Osiritis, Viviane и ряд других. Рассмотрим особенности обоих вариантов, их преимущества и недостатки.
Рис. 4. Зона обзора обзорно-прицельной системы
Рис. 5. Схема геометрических параметров «зеркальной» системы
D — диаметр светового потока
в в. н — угол места (верх, низ)
? п.л.- угол азимута (право, лево)
Л.В. -линия визирования
L-длина зеркала
L — расстояние до входного отверстия
На — высота входного окна
Вб — ширина входного окна
Нв. н — высота верхней (нижней) части входного окна
m в.л. — проекция ЛВ на плоскость
h в.н. — часть светового потока в плоскости окна
? — угол падения (отражения)
?? в.л. — поворот зеркала относительно нулевого положения (4–5 гр.)
П — «перископичность»
? в.н. — предельное значение угла места (верх, низ)
Первая задача, которая возлагается на обзорно-прицельную систему (ОПС), — это поиск и обнаружение целей. Для этого ОПС должна иметь максимально возможную зону просмотра в связанной системе координат вертолета. Это позволяет производить разведку местности, не накладывая ограничений на траекторию полета вертолета. Иными словами, ОПС должна обеспечивать перемещение ЛВ по горизонтали и вертикали по командам операторов в широких диапазонах (рис. 4).
В «зеркальной» системе это достигается изменением наклона зеркала для перемещения ЛВ по вертикали и поворотом узла зеркала вокруг вертикальной оси для перемещения JIB по горизонтали. Конструктивно «зеркальная» ОПС, как правило, выполняется в виде перископа, у которого головное зеркало подвешено на кардане, гиростабилизировано и управляется по двум осям.
Поворот зеркала вокруг горизонтальной оси приводит к угловому перемещению ЛВ в вертикальной плоскости на удвоенный угол. Размеры зеркала зависят от диаметра пропускаемого светового потока (D), по этому его ширина примерно равна D, а длина зависит от диапазона перемещения ЛВ по вертикали (рис. 5 и 6).
Из графика L=f(?) на рис. 6 видно, что при достижении угла места около 48° происходит удвоение длины зеркала от номинального, а при 60° — утроение. Соответственно растут габариты всей головной части прибора, отодвигается и растет по размерам входное окно (см. рис. 6). Увеличение размера зеркала, кроме веса, увеличивает его момент инерции по «кубу». Если в «платформенных» системах момент инерции подвижной части является стабилизирующим, то есть полезным фактором, то в «зеркальных» системах это вредный фактор, так как приходится преодолевать инерцию зеркала и поворачивать его один к одному, а точно на половину угла перемещения ЛВ.
Из графика Нo= f(?) можно увидеть, как растут размеры входного окна при увеличении «прокачки» ЛВ по вертикали. Для прибора с диапазоном перемещения ЛВ по вертикали ??=+20–30° размер входного окна составляет около 1,9 D, для приборов с ??=+20–40° — около 2,4 D, а для ??=+20–50° — около 3,22 D. При этом нужно помнить, что толщина оптических защитных стекол должна составлять не менее 10 % от линейного размера стекла.
Как уже говорилось, сканирование ЛВ по горизонтали в «зеркальной» системе осуществляется поворотом рамки головного зеркала относительно вертикальной оси. Перископическая система, как это видно на рис. 7, имеет свойство разворота поступающего на вход изображения при повороте головного зеркала относительно вертикальной оси. При повороте ЛВ по горизонтали на угол В на такой же угол наклоняется изображение в окуляре (на экране МФИ). Для устранения этого явления при конструировании оптических перископических приборов, работающих в видимом участке спектра, применяются специальные компенсационные устройства в виде разворачивающихся призм («Дове», «Пехана»), помещенных на участке параллельного светового пучка. При конструировании «ночных» систем, работающих в ИК-диапазоне, с объективом большого диаметра создание подобных компенсационных устройств практически нереально, поскольку слишком велики габариты и вес призмы, большие потери на светопропускание и высокая цена материала.
Другие способы компенсации, например, разворот камеры тепловизира или электронный разворот изображения на экране МФИ, также являются плохим решением. Прибор с разворачивающейся камерой значительно усложняется, зазоры в опорах (подшипниках) могут привести к ухудшению разрешающей способности системы.
Электронная компенсация фактически означает, что поле зрения системы становится круговым и мгновенное поле зрения сужается до величины развертки по вертикали, то есть в отношении 3/4 (рис. 8).
При сканировании ЛB по горизонтали необходимо также обеспечивать соответствующие размеры входного окна. Если диапазон ?? не слишком велик, входное окно может быть выполнено с помощью двух V-образных стекол, образующих фонарь, который обеспечивает пропускание светового потока в заданном диапазоне (рис. 5). Однако применение V-образного окна имеет жесткие ограничения из-за возможного переотражения и возврата светового потока (так называемый «нарцисс-эффект»). Наибольший диапазон перемещения ЛВ в горизонтальной плоскости около ±35° достигается при угле между стеклами 90-100°. При дальнейшем увеличении диапазона такое техническое решение себя исчерпывает, и потребуется создание входного окна, перемещающегося совместно с зеркалом, то есть разворачивающийся колпак. Такая конструкция возможна, но она также приводит к усложнению и лишает прибор одного из преимуществ «зеркальной» системы — герметичности. Кроме того, еще актуальнее становится решение вопроса о компенсации разворота изображения на экране.
В системе со стабилизированной платформой вопрос о диапазонах углов прокачки ЛВ по вертикали и горизонтали решается практически полностью. Гиростабилизированная платформа имеет по крайней мере две оси: вертикальную главную и горизонтальную подвижную (то есть «кардан»). Угловые перемещения платформы по обеим осям ограничиваются лишь соединительными кабелями, если не используются токосъемные устройства, vi, как правило, они значительно больше фактически востребованных.
Зона обзора «платформенной» обзорноприцельной системы определяется ее размещением на вертолете, при котором в определенных участках в поле зрения прибора неизбежно попадают элементы конструкции вертолета. Как известно, при подходе ЛВ к 90° по углу места в карданной системе с вертикальной главной осью резко возрастают угловые скорости вокруг вертикальной оси (до бесконечности). Иными словами, практически существует мертвая зона в виде конуса около 10° к вертикальной оси.