TUNING OF OVERSIZED TRANSFORMABLE UMBRELLA-TYPE REFLECTORS IN DYNAMIC COORDINATE SYSTEM

Аннотация

The paper describes an innovative method of oversized transformable umbrella-type reflectors tuning in dynamic coordinate system tracing the reflector bearing structure behavior and adjusting to its geometry. The method enables to create a radio reflecting surface and a structure configuration closest to nominal value.

Толық мәтін

Постоянно растущая потребность в космических аппаратах спутников связи, навигации и геодезии, все актуальнее ставит проблему создания сетчатых трансформируемых рефлекторов работающих на больших частотах. Разработка технологии производства крупногабаритных трансформируемых сетчатых рефлекторов активно развивается на предприятии ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева. Поскольку габариты рефлектора диаметром 12 м и более велики по сравнению с длиной волны (S-диапазон), то отражающую поверхность сетчатого рефлектора можно считать оптической поверхностью. Поэтому на практике можно использовать законы 137 Вестник СибГАУ и методы геометрической оптики. Таким образом, зеркало рефлектора является конечной оптической компонентой, которая преобразует плоский волновой фронт падающего луча в сферический. При этом, размер падающего волнового фронта сжимается и направляется на облучатель. В теории антенных допусков Ruze отклонение любой точки поверхности рассматривается как случайная выборка из простого гауссового распределения с нулевым средним и стандартным отклонением, равным СКО поверхности рефлектора. При таких предположениях, коэффициент эффективности ηΓ для учета фактора фазовых погрешностей вследствие случайных отклонений отражающей поверхности представляют в виде «формулы Ruze»: ηΓ = e-4n&rms S λ) (1) где drms - стандартное отклонение от проектного параболоида в направлении нормали к поверхности. Отношение λ в формуле (1) указывает на то, что антенна предназначена для работы в области высоких частот и становится чувствительной к погрешностям формы отражающей поверхности. Формула представляет собой аппроксимацию эффектов случайных погрешностей на характеристики системы параболического рефлектора. При проектировании любой антенны с параболическим зеркалом допустимые погрешности поверхности и конструкции в целом должны быть однозначно определены для обеспечения требований по радиотехническим характеристи кам конкретной антенной системы. Для уменьшения фазовых погрешностей необходимо уменьшать отклонения точек поверхности относительно отсчетной конфигурации (проектного параболоида). При настройке радиотражающей поверхности рефлектора, приведённого на рис. 1, относительно его фланца, проблема заключается в «перекладывании» всего рефлектора, т. е. изменение усилия в вантовой системе одного сектора при итерациях регулировки, приводит к изменению положения диаметральнорасположенного сектора, что в свою очередь не позволяет настроит рефлектор отвечающий требованиям КД. Задачей научного изыскания является разработка методики, которая бы позволила настроить рефлектор отвечающий требованиям КД за минимальное количество итераций. Рассмотрим силы действующие в двух диаметрально расположенных лентах силового каркаса. n Σ Fn = 0 - основное уравнение статики. n=1 При F1I = IF21 момент = 0, в противном же случае, при |Fj I ф |F2| возникает изгибающий момент |м| = L(F1 - F2)sina , который в свою очередь уводит штангу из состояния устойчивого равновесия на угол ' L( F1 - F2)sinaN рефлектора относительно фланца, где G - жесткость штанги; L - ее длина;а - угол между мачтой и лентой. γ = arctg «перекладывание» Рис. 1. Трансформируемый рефлектор зонтичного типа 138 № 6(52). 2013 Смещение же в системе координат будут выглядеть следующим образом: Δγ _ 1?( F1 - F2)sina •-2-G-( (2) Z _ L (F1 - F2)sina . _ G , 12 При скомпенсированных усилиях при Σ Fi _ 0 i _1 смещение мачты будет определяться лишь люфтом в основании мачты. Таким образом, создаётся «мертвая зона» представляющая коническую область. Уравнение (2) характеризует имеющееся смещение мачты как результат некомпенсированных сил. Таким образом, заранее назначая координаты конца мачты {X;Y _ 0; Z _ 0} получаем новую систему координат с началом в центре фланца и осью -OX направленной по оси мачты. Полученная система координат является динамической и отслеживает все внутренние силы рефлектора, подстраивается под конфигурацию силового каркаса, позволяет выявить локальные отклонения радиотражающей поверхности от номинального параболоида. На рис. 3-5 изображены векторные отклонения измеренных точек радиотражающей поверхности рефлектора от различных геометрических поверхностей. Отклонение измеренных точек от динамической поверхности, привязанной к силовому каркасу рефлектора, описывает истинное состояние радиотра-жающей поверхности на данном этапе настройки. На рис. 6 приведен график, который одновременно отображает три значения СКО рефлектора при итерациях настройки радиотражающей поверхности. Как видно из графика, метод настройки в динамической системе координат позволяет настроить рефлектор из состояния с СКО > 7 мм до состояния с СКО < 1 мм, за 30 итераций, но следует отметить, что методика настройки в динамической системе координат только отрабатывалась и поэтому значения, выдаваемые на регулировку вантовой системы рефлектора, половинились. Таким образом настроить рефлектор, применяя динамическую систему координат, возможно за 5-8 итераций. 139 Вестник СибГАУ Рис. 3. Отклонение измеренных точек от теоретической поверхности Рис. 4. Отклонение измеренных точек от параболоида наилучшего соответствия (ПНС) 140 № 6(52). 2013 Динамика СКО Итерации настройки ^^^^от теории от ПСК Рис. 6. Динамика СКО при настройке формы рефлектора 141 Вестник СибГАУ 10.00 9.00 8.00 7.00 6.00 ° 5.00 О 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 СКО как функция количества итераций настройки Итерации настройки -Настройка в динамической СК -Настройка в статической СК Рис. 7. Динамика СКО при разных методах настройке формы рефлектора Наклон рефлектора вокруг осей OY и OZ легко убирается посредством изменения усилий в радиальных лентах формообразующей структуры. Характерным всплеском СКО на рис. 7 является 10 и 13-я итерации. Если же настраивать рефлектор базируясь только на его фланце, то перераспределяющиеся усилия в формообразующей структуре не позволяют снизить СКО до требований КД (рис. 7). Таким образом: 1. Разработана методика настройки крупногабаритного трансформируемого рефлектора зонтичного типа в динамической системе координат, отслеживающей поведение всего силового каркаса рефлектора и подстраивающейся под его геометрию. 2. Данная методика позволяет получить радио-тражающую поверхность и конфигурацию силового каркаса наиболее приближенных к номиналу.