АРК-11 — Автоматический радиокомпас

Статья под цифровой редакцией подготовлена: Орловым Геннадием Викторовичем (08.11.1965) — Советским выдающимся публицистом СССР — Прозаиком СССР — Историком СССР

Страницы:     [01]     [02]

Страна:    СССР.
Название:    АТ-2.
Тип:    ?
Самолёт:   Ил-18
Создан:    ?
Завод:    ?
Отрасль:    Производство авиационной техники.

АРК-11 — Автоматический радиокомпас является самолётным автоматическим радиопеленгатором, позволяющим определять направление на передающую радиостанцию и относится к угломерным системам самолётовождения.

Повествование

Совместно с самолётными геотехническими средствами радио­компас предназначен для решения ряда задач самолётовождения.

Радиокомпас АРК-11 имеет следующие основные особенности:

• обеспечивает возможность его предварительной (фиксированной) настройки на девять частот его диапазона с последующим включением любой настроенной частоты путем нажатия кнопки с соответствующим номером на пульте управления;
• обеспечивает настройку на любую частоту его диапазона без фиксации этой частоты и нарушения фиксированной настройки;
• имеет высокие точность установки частоты настройки и её стабильность, что исключает необходимость частых подстроек радиокомпаса в полёте;
• с целью защиты от помех в радиокомпасе предусмотрены режим работы «КОМП. II», а также возможность включения узкой полосы пропускания частот приёмником;
• в радиокомпасе используется ограниченное количество электронных ламп и широко применены полупроводниковые триоды и диоды, что обеспечивает его высокую надёжность.

На самолёте устанавливаются два комплекта автоматического радиокомпаса АРК-11:

1. «АРК № 1»
2. «АРК № 2».

В состав каждого из них входят:

1. приёмник;
2. блок рамочных антенн (рамок);
3. настроенный антенный блок;
4. блок питания;
5. пульт управления;
6. индикатор настройки;
7. два указателя курсовых углов радиостанций;
8. ненаправленная (шлейфовая) антенна и распределительная коробка.

Приёмник включает в себя супергетеродинный радиоприёмник с двойным преобразованием частоты и компасную часть.

Блок рамок объединяет в себе: две рамки

1. основную;
2. дополнительную,

которые предназначены для:

• направленного приёма радиоволн;
• они укреплены на общей оси и вращаются одним электродвигателем.

• электродвигатель вращения рамок типа ДИД-0,5;
• сельсин-датчик, входящий в сельсинную систему, которая обеспечивает дистанционную передачу электрическим способом углов поворота рамок стрелкам указателей курсовых углов радиостанций;
• компенсатор радиодевиации (отклонение), предназначенный для уменьшения ошибок, возникающих в показаниях радиокомпаса за счет явления радиодевиации, т. е. за счёт приема основной рамкой радиоволн, которые отразились от обшивки самолёта;
• тахогенератор, входящий в систему демпфирования (гашения) колебаний ротора электродвигателя вращения рамок.

• Антенный блок (настроенный) представляет собой двухкаскадный УВЧ. Он служит для предварительного усиления сигналов, поступающих в зависимости от режима работы радиокомпаса от ненаправленной антенны или дополнительной рамки.
• Блок питания включает в себя трансформатор и выпрямители и предназначен для преобразования переменного напряжения бортовой сети 115 В, частотой 400 Гц в постоянные и переменные напряжения, необходимые для питания радиокомпаса.
• Пульт управления штурмана обеспечивает электродистанционное управление настройкой и работой радиокомпаса.
• Индикатор настройки представляет собой измеритель тока и служит для визуального определения точности настройки радиокомпаса на частоту принимаемой радиостанции.
• Указателями курсовых углов радиостанции являются сельсин-приемники, на осях роторов которых укреплены стрелки указателей. В состав каждого радиокомпаса входит один указатель БСУП-2, а двухстрелочный указатель штурмана УШДБ-2 объединяет в себе два сельсин-указателя с одной шкалой и является общим для обоих комплектов радиокомпаса.
• Распределительная коробка предназначена для электрического соединения блоков радиокомпаса.
• Радиокомпас питается от бортовых сетей постоянного и переменного однофазного тока. Цепи питания каждого радиокомпаса защищены:
  • по постоянному току — двумя АЗС-10 («Пульт» и «Приёмник»), установленными на щите АЗС,
  • по переменному току — предохранителем СП-1 расположенным на панели переменного тока (для АРК-2 этот предохранитель помещён за крышкой «Предохранители»). Цепь питания радиокомпаса по переменному току защищена также предохранителем на 2 А, установленным на блоке питания. Кроме того цепь лампочек подсвета пульта управления защищается предохранителем, который на блоке питания только радиокомпасов последних выпусков.
• Радиокомпас АРК №1 питается от аварийных шин постоянного и переменного токов.
• Пульт управления и индикатор настройки АРК №1 установлены на левой панели верхнего щитка кабины экипажа, а радиокомпаса АРК №2 — на правом пульте лётчика
• Указатели БСУП-2 расположены на средней, а указатель УШДБ-2 на правой панели приборной доски.
• Ненаправленные (шлейфовые) антенны размещены за радио-прозрачными обтекателями на нижней обшивке фюзеляжа между шпангоутами № 13—24.
• Блок рамок АРК №1 установлен на потолке фюзеляжа между шпангоутами № 13—14 под радиопрозрачной обшивкой. Приёмники, антенные блоки, блоки питания и распределительные коробки обоих комплектов радиокомпасов, а также блок рамок АРК №2 установлены под полом пассажирской кабины между шпангоутами № 12—17.

Принцип работы и особенности пользования

Радиокомпас АРК-11 может работать в одном из следующих режимов: «АНТ.», «КОМП. I», «КОМП. II» и «РАМ».

Режимы работы переключаются при помощи переключателя, который расположен на пульте управления (рис. 1) и имеет соответствующие положения.

Рис. 1. Пульт управления радиокомпаса АРК-11

1—ручка переключения режимов «ВЫКЛ. (Выключено)», «КОМП I (Компас I)», «АНТ. (Антенна)», «РАМ. (Рамка)» и «КОМП. II (Компас II)»; 4—П (кнопка режима плавной настройки); 5—1-9 (кнопки сохранения каналов); 7—розетка для подключения телефонов; 8 и 17—фиксатор переключателя поддиапазонов; 9—ручка переключения «ДИАПАЗОН»; 10—ручка переключения «РЕГ. ГРОМК. (Регулировка громкости)»; 12—кнопка  «ПЕРЕКЛ. ПУЛЬТ.»; 13—переключатель «РАМКА Л—П»; 14—переключатель «УЗК. —ШИР.»; 15—переключатель  «ТЛГ.—ТЛФ.»; 16—ручка «НАСТРОЙКА ГРУБАЯ»; 19—ручка «НАСТР. ПЛАВН. (Настройка плавная)»; 20—шкала частот.

Режим «АНТ.» 1 предназначен для настройки радиокомпаса на заданную частоту. В этом режиме приём осуществляется на антенну ненаправленного действия и в работу включены антенный блок и та часть приёмника, которая является обычным супергетеродинным радиоприёмником. В дальнейшем эта часть приёмника в отличие от блока приёмника будет именоваться радиоприёмником.

Таким образом, в режиме «АНТ.» 1 радиокомпас АРК-11 представляет собой обычный радиоприёмник (рис. 2), к которому относится также антенный блок.

Рис. 2. Структурная схема радиокомпаса АРК-11 в режиме «Антенна»

Контур сложения радиоприёмника (рис. 1). Пульт управления УВЧ. Он называется контуром сложения потому, что при работе АРК-11 в компасных режимах в нем складываются сигналы, поступающие от основной рамки и ненаправленной антенны или дополнительной рамки.

Радиоприёмник выполнен по схеме с двойным преобразованием частоты, имеет систему АРУ с задержкой и третий гетеродин, предназначенный для приёма на слух телеграфных, тонально не модулированных сигналов. В нём предусмотрена возможность работы с широкой или узкой полосой пропускания частот. С этой целью контуры нескольких первых каскадов усилителя напряжения второй промежуточной частоты настроены на узкую, а контуры остальных каскадов — на широкую полосу пропускания частот. При работе с узкой полосой включены все каскады этого усилителя, а когда включена широкая полоса, каскады с узкополосными контурами отключаются.

Узкая полоса пропускания частот используется для улучшения помехозащищенности приёмника при работе в условиях помех. Следует иметь в виду, что при ее включении позывные приводной радиостанции прослушиваются слабее, чем при работе с широкой полосой, а в некоторых случаях могут совсем не прослушиваться. Это вызвано частичной демодуляцией принимаемого сигнала («срезанием» составляющих его боковых частот) за счет малой ширины полосы пропускания приёмника:

• ширина узкой полосы на уровне ослабления в 2 раза по мощности составляет около 0,6 кГц,
• сигнал приводной радиостанции занимает полосу частот около 2 кГц.

Однако на работе компасной части АРК-11 описанное явление не сказывается.

Для обеспечения стабильности частоты настройки радиоприёмника приняты меры, обеспечивающие стабильность частот его первого и второго гетеродинов. С этой целью контур первого гетеродина помещён в термостат, а второй гетеродин стабилизирован кварцем. В термостате поддерживается постоянная температура путём его электроподогрева, который включается и выключается автоматически при помощи термореле. Цепь подогрева питается от бортовой сети постоянного тока. Ее питание включается с помощью АЗС-10 «Приёмник», расположенного на щите АЗС.

В режимах работы АРК-11 «КОМП. I» и «КОМП. II» 1 радиоприёмник работает с автоматической, а в режимах «АНТ.» и «РАМ» 1 — с автоматической и ручной регулировками усиления. В компасных режимах обеспечивается ручная регулировка громкости по низкой частоте.

Так как при настройке (в режиме «АНТ.» 1) АРУ автоматически не выключается, то для обеспечения более точной настройки следует ручным регулятором установить такой уровень усиления, при котором АРУ выключается системой её задержки.

Режим «КОМП. I 1 — является основным режимом работы радиокомпаса и предназначен для автоматического пеленгования радиостанций. В этом режиме приём осуществляется на основную рамку и ненаправленную антенну, включены в работу все элементы радиокомпаса, за исключением дополнительной рамки. В режиме автоматического пеленгования указатели непрерывно показывают курсовой угол станции, на которую настроен радиокомпас.

Принцип работы АРК-11 в компасном режиме основан на свойстве рамки направленно принимать радиоволны. При этом сигнал, наведенный радиоволной пеленгуемой станции в основной рамке, сравнивается по фазе с сигналом, который создается той же радиоволной в ненаправленной антенне. Сравнение фаз сигналов основной рамки и ненаправленной антенны осуществляется, в конечном счете, с помощью электродвигателя ДИД-0,5, вращающего рамки.

Рис. 3. Диаграммы направленности: а — рамки; б — ненаправленной антенны

Рамка имеет диаграмму направленности (рис. 3, а) в виде двух соприкасающихся окружностей. Такую диаграмму называют «восьмёркой». (Под диаграммой направленности приёмной антенны понимается зависимость амплитуды э. д. с, наводимой радиоволной в антенне, от направления прихода волны. При этом имеется в виду, что интенсивность радиоволны остается одинаковой, т. е. изменяется только направление её прихода к антенне).

Таким образом, рамка не принимает радиоволны из двух взаимно противоположных направлений, которые перпендикулярны плоскостям ее витков и называются направлениями нулевого приёма рамки. Когда направления нулевого приема и прихода радиоволны к рамке совпадают, то говорят, что рамка находится в положении нулевого приёма. При повороте рамки от положения нулевого приёма величина сигнала, наводимого в ней радиоволной, изменяется в соответствии с диаграммой направленности.

Фаза сигнала рамки зависит от направления прихода радио­волны. (Под сигналом рамки понимается напряжение на её выводах U_p, которое создается радиоволной). В зависимости от того, из сектора А или Б (см. рис. 3, а) приходит радиоволна, фаза сигнала рамки изменяется на 180°.

Ненаправленная антенна имеет диаграмму в виде окружности. Это значит, что ни величина, ни фаза её сигнала U_A не зависят от направления прихода радиоволны.

Следует отметить, что на временные диаграммы сигналов рамки и антенны изображены так, что сигнал рамки по фазе совпадает с сигналом ненаправленной антенны или отличается от него на 180° (противоположен ему). В действительности сигналы этих двух антенн различаются по фазе приблизительно на 90°. Но на входе приемника фаза сигнала ненаправленной антенны «доворачивается» на 90°, после чего соотношение фаз сигналов обеих антенн будет таким. В связи с этим можно считать, что упрощение, допущенное в изображении временных диаграмм сигналов рамки и ненаправленной антенны, при объяснении принципа работы радиокомпаса значения не имеет.

Таким образом, в зависимости от того, в каком направлении от положения нулевого приема будет повернута рамка, сигналы рамки и ненаправленной антенны по фазе будут совпадать или будут противоположны. Это дает возможность путем сравнения фаз данных сигналов с помощью системы автоматического управления устанавливать рамку всегда в одно и то же положение нулевого приёма.

Рис. 4. Структурная схема радиокомпаса АРК-11 в режиме «КОМП. I»

В результате при работе радиокомпаса в режиме «КОМП. I» курсовой угол радиостанции определяется однозначно, хотя рамка имеет два направления нулевого приёма.

Электродвигатель ДИД-0,5 является двухфазным асинхронным двигателем. Он имеет короткозамкнутый ротор и две обмотки на статоре и обладает следующими особенностями:

• когда хотя бы одна его обмотка обесточена, двигатель не вращается, т. е. не поворачивает рамки;
• если фазу напряжения, подводимого к одной его обмотке, изменить на 180°, направление вращения электродвигателя изменится на противоположное.

Принцип работы АРК-11 в режиме «КОМП. I» (рис. 4) состоит в следующем. Предположим, что радиоволна приходила с направления нулевого приема, которое на рамке обозначено стрелкой, но рамка повернулась (например, вместе с самолетом) от этого положения на угол меньше 180°. В зависимости от того, в каком направлении она повернулась, фазы сигналов рамки и ненаправленной антенны будут совпадать или различаться на 180° (рис. 5). Сигнал рамки после предварительного выделения контурами входной цепи и УВЧ, а также усиления УВЧ поступает на коммутатор фазы. Сюда же подается напряжение частотой 30 Гц от генератора звуковой частоты. В коммутаторе фаза сигнала рамки изменяется на 180° с частотой 30 Гц. Это значит, что в каждый момент, когда изменяется полярность напряжения генератора звуковой частоты, фаза сигнала рамки на выходе коммутатора тоже изменяется на 180°.

Коммутированное по фазе напряжение рамки подается на контур сложения радиоприемника, куда также поступает напряжение ненаправленной антенны. В контуре сложения эти два сигнала складываются, в результате чего получается сигнал той же часто­ты, но амплитудно модулированный напряжением генератора звуковой частоты. Причем, при изменении фазы сигнала рамки на 180° фаза огибающей тоже изменяется на 180°.

Модулированное с частотой 30 Гц напряжение проходит через радиоприёмник как и при работе АРК-11 в режиме «АНТ.» 1 (см. рис 1). На выходе радиоприёмника детектор выделяет напряжения модуляции принятого сигнала («озвучивания») и частотой 30 Гц. При помощи фильтра эти два напряжения разделяются, после чего напряжение «озвучивания» усиливается и подаётся на телефоны, а напряжение частотой 30 Гц поступает на систему автоматического управления рамкой. На эту же систему подаются напряжения от генератора звуковой частоты и частотой 400 Гц от блока питания, а на её выходе получается напряжение частотой 400 Гц.

При изменении фазы напряжения, поступающего от радиоприёмника, на 180° фаза напряжения на выходе системы изменяется тоже на 180°.

Напряжение с выхода системы автоматического управления рамкой подводится к одной обмотке электродвигателя вращения рамки. На другую обмотку двигателя от блока питания подаётся напряжение частотой 400 Гц, фаза которого не зависит от положения рамки.

Таким образом, в зависимости от направления поворота рамки от положения нулевого приёма изменяются на 180° фазы напряжений рамки, на компасном выходе радиоприёмника и на выходе системы автоматического управления рамкой, в связи с чем изменяется направление вращения рамок электродвигателем.

Рис. 5. К принципу работы радиокомпаса АРК-11 в компасном режиме

1—положение основной рамки относительно направления прихода волны; 2—сигнал ненаправленной антенны; 3—сигнал основной рамки; 4—напряжение генератора низкой частоты; 5—напряжение на выходе коммутатора фазы; 6—напряжение в контуре сложения; 7—напряжение на компасном выходе радиоприемника; 8—напряжение частотой 400 Гц на входе системы автоматического управления рамкой; 9—напряжение на выходе системы автоматического управления рамкой; 10—направление автоматического вращения рамок электродвигателем.

Когда основная рамка находится в положении нулевого приема, то в соответствии с ее диаграммой направленности сигнал от неё не поступает на вход приёмника, поэтому нет напряжения на выходе системы автоматического управления и электродвигатель не вращает рамки. Но вследствие приёма рамкой помех, по частоте близких к полезному сигналу, а также возникновения собственных шумов в приемнике в этом случае с выхода системы управления на обмотку электродвигателя будет поступать незначительное по величине напряжение, фаза которого зависит от случайных факторов. Это приведет к тому, что двигатель повернет основную рамку хотя бы на небольшой угол от ее положения нулевого приёма. Тогда рамка станет принимать сигнал пеленгуемой радиостанции, в результате чего двигатель будет вращать ее в направлении, которое соответствует фазе сигнала рамки в данном случае. Если основная рамка находилась в положении нулевого приёма, которое обозначено стрелкой (см. рис. 5), и двигатель случайно повернул ее, то вследствие приема рамкой сигналов радиостанции двигатель будет вращать ее в обратном направлении, т. е. вернет рамку в то же положение нулевого приема. Если направление прихода волны совпадало с противоположным направлением нулевого приёма рамки и двигатель случайно повернул рамку в любом направлении, то в результате приёма сигнала станции рамкой он будет продолжать вращать её в том же направлении до тех пор, пока не повернёт рамку на угол 180°, т. е. пока не установит в положение нулевого приёма, обозначенное стрелкой.

Таким образом, в результате работы рассмотренной системы в режиме «КОМП. I» одно положение нулевого приёма основной рамки является динамически устойчивым, а другое — неустойчивым. Рамка колеблется электродвигателем в небольшом секторе (обычно равном 1—2°) около устойчивого положения нулевого приема и не может в течение заметного времени находиться в неустойчивом положении. Это значит, что при работе радиокомпаса в режиме «КОМП. I» рамка автоматически устанавливается всегда в одно и то же положение нулевого приёма, что обеспечивает одно­значность определения курсового угла пеленгуемой радиостанции.

Через компенсатор радиодевиации (отклонение), при помощи которого вводятся поправки в показания радиокомпаса, и посредством сельсинной системы угловое положение основной рамки передаётся стрелкам указателей курсовых углов радиостанций.

Режим «КОМП. II» предназначен для автоматического пеленгования радиостанций при работе в условиях помех, главным образом — электростатических.

Принцип действия радиокомпаса в режиме «КОМП. II» аналогичен его принципу действия в режиме «КОМП. I». Но в режиме «КОМП. II» взамен ненаправленной антенны, используемой в режиме «КОМП. I», подключается дополнительная рамка. В результате этого улучшается помехоустойчивость радиокомпаса, а также показания указателей могут либо соответствовать курсовому углу пеленгуемой радиостанции, либо отличаться от него на 180°.

При использовании дополнительной рамки взамен ненаправленной антенны помехоустойчивость радиокомпаса улучшается за счёт того, что рамка в отличие от этой антенны слабо принимает радиоволны, в том числе и помехи, с направлений, которые близки к направлениям её нулевого приема. Поэтому помехи, приходящие со всех направлений, наводят в рамке сигнал меньше, чем в ненаправленной антенне, имеющей круговую диаграмму направленности. Кроме того, рамка принимает только магнитную составляющую радиоволн, в результате чего она не принимает помехи, представляющие собой электрические поля.

Рис. 6. К принципу работы радиокомпаса АРК-11 в режиме «КОМП. II»

1—основная рамка; 2—дополнительная рамка.

Пеленгование радиостанции в режиме «КОМП. II», как и в режиме «КОМП. I», осуществляется по положению нулевого приёма основной рамки. Основная и дополнительная рамки укреплены на их общей оси вращения так, что продольные оси симметрии рамок взаимно перпендикулярны. Благодаря этому при положении пеленга основной рамки обеспечивается максимальный приём сигнала пеленгуемой станции дополнительной рамкой (рис. 6).

Из принципа работы радиокомпаса в автоматическом режиме следует, что направление вращения рамок элекродвигателем изменяется на противоположное не только при изменении на 180° фазы сигнала основной рамки, но также и в том случае, когда изменится на 180° фаза сигнала, поступающего в приемник от антенного блока, как это может иметь место в режиме «КОМП. II». В результате этого в режиме «КОМП. II» оба положения нулевого приёма основной рамки являются устойчивыми. При включении режима «КОМП. II» электродвигатель устанавливает основную рамку в ближайшее её положение нулевого приёма, т. е. автоматически поворачивает рамки на угол не более 90°.

Таким образом, в результате того, что фаза сигнала дополни­тельной рамки зависит от направления прихода радиоволны, пеленгование радиостанции в режиме ««КОМП. II» осуществляется двузначно, т. е. с ошибкой на 180° или без этой ошибки. Неоднозначность пеленгования может быть устранена включением режима «Компас I» или с помощью других навигационных устройств.

Из изложенного следует, что при работе в режиме «КОМП. II» с помощью радиокомпаса невозможно определить пролёт радиостанции, так как в этом случае при пролёте над радиостанцией показания указателей курсовых углов не изменяются.

Режим «РАМ.» — предназначен для неавтоматического пеленгования радиостанций по минимуму приёма их сигналов и используется в случаях отказа автоматической части радиокомпаса.

В режиме «РАМ.» приём сигналов радиостанций осуществляется только на основную рамку, радиокомпас работает как обычный радиоприёмник (автоматическая часть отключается). Для поворота основной рамки используется система дистанционного ручного управления вращением рамок, углы поворота рамок через компенсатор радиодевиации и с помощью сельсинной системы передаются стрелкам указателей курсовых углов радиостанций.

Для пеленгования радиостанции при работе в режиме «РАМ.» необходимо:

• настроить радиокомпас на частоту пеленгуемой станции;
• вращая рамки (стрелки указателей) при помощи переключателя «Рамка Л-П», расположенного на пульте управления, добиться минимального приёма сигналов радиостанции, т. е. наименьших отклонения стрелки индикатора настройки и слышимости сигналов радиостанции в телефонах.

После настройки радиокомпаса на нужную частоту следует с пульта управления установить возможно малое усиление сигналов радиоприёмником. Это позволит более точно определить положение рамки, соответствующее минимальному приёму сигналов радио­станции.

При минимуме приёма сигналов радиостанции основная рамка будет установлена в положение её нулевого приёма. Но так как рамка имеет два таких положения, по направлению отличающихся на угол 180°, то указатели радиокомпаса будут показывать курсо­вой угол радиостанции с ошибкой в 180° или без этой ошибки.

Выявление ошибки в показаниях радиокомпаса при пеленговании станции в режиме «РАМ.» производится с помощью других навигационных устройств или путём повторного пеленгования радиостанции через некоторое время при условии, что полёт не осуществляется на радиостанцию или от неё.

[01]     [02]