Мини-лекции. Радионавигация. Радиокомпас

 
   Возможно Вы знаете о существование магнитного компаса? И даже о магнитном полюсе (полюсах) земли? А, чего это мы зациклились на этом магнитном? Ну, да есть ещё и гироскопический, но он тоже с приветом... Чуть-что остановился и кранты! И придумали! Искусственный полюс, свой родной. И называется он радиомаяк, приводной маяк или приводная радиостанция. А устройство показывающая направление на маяк пеленгатор... Но пеленгатор как бы не удобен, вот если бы как магнитный компас?.. Крутит стрелкой куда надо и есть не просит! И придумали, — радиокомпас. Хотя поначалу это называлось радиополукомпас. Почему полу? Потому как, чтобы он Вам, что-то показал его надо было направить куда надо?

   Устройство радиополукомпаса простое рис.2. Законодателями «мод» здесь являются: антенна в виде рамки (кольца) и обычная, ненаправленная (вертикальный штырь). Рамка же в свою очередь наоборот направленная, но в две противоположные стороны. Такая антенна работает, реагируя на магнитную составляющую радиоволны маяка и поэтому диаграмма направленности имеет вид восьмёрки. А наиболее максимальный приём сигнала получается при повороте рамки торцом к источнику. И наоборот нулевой при положение плоскости рамки к источнику. А вся фишка в том, что при повороте рамки другой плоскостью к источнику, токи в антенне МЕНЯЮТ своё направление (фазу) НА 180°.

   Посмотрите на рис.5. Здесь Вы видите как бы прямоугольную рамку стоящую вертикально на земле, столе и Вы смотрите на неё сверху. Линии идущие сверху-вниз, линии магнитного поля (H) радиоволны, приходящей слева, для Вас. Синие стрелочки показывают направление полёта самолёта по отношению в радиомаяку. А раз так, то в нашем случае (направление II) красная сторона рамки обращена к радиомаяку. Магнитные линии в положении II скользят вдоль рамки и поэтому напряжение на выводах рамки нет. На рис.1 положение II именно этот случай. На самолёте символично показана рамка и самолёт летящий строго на радиомаяк по направлению синей стрелочки. Положение самолёта и положения рамок соответствует обозначенному на рис.5.

   При отклонении самолёта от курса (на радиомаяк) влево (I) или вправо (III) еcтественно приведёт к повороту рамок. И только тогда, магнитные линии будут пересекать плоскость рамки, а на выводах появится переменное напряжение. Напряжение с частотой радиоволны радиомаяка как в положении I так и в положении III. Появится, но вот только на выводах положения III будет по фазе отличаться от положения I на 180°! Теперь обратимся к рис.2. Это упрощённая блок-схема того самого радиополукомпаса. А, на рис.3 Вы видите графики напряжений в разных точках схемы, в зависимости от положения самолёта (рамки) (I), (II) или (III).

   Как всё это работает? Напряжение сигнала с частотой радиомаяка с рамки приходит и усиливается УВЧ — усилителем высокой частоты. Затем попадает в КФ — коммутатор фазы. Туда же с ГНЧ — генератора низкой частоты (по сравнению с частотой радиомаяка) поступает это самое напряжение низкой частоты. КФ имеет два канала и каждый канал управляется переменным напряжением с ГНЧ, причём на один канал подаётся напрямую, а на второй в противофазе. Что это даёт? Коммутатор поочерёдно открывает путь сигналу с рамки. Оба канала подключены к контуру L1, обмотка которого разделена надвое. Каждая половинка работает только на свой канал. Что мы имеем в итоге? Токи от каждого канала всегда находятся в противофазе. И, что с этого?

   Мы же знаем, что кроме направленной антенны, рамки есть ещё одна антенна, ненаправленная. Напряжение сигнала с ненаправленной антенны того же радиомаяка выделяется на контуре сложения L2, C2. Напряжение же с коммутатора с помощью L1 трансформируется в контур сложения. В контуре поочерёдно напряжение с коммутатора и ненаправленной антенны складываются и вычитаются! Вот такой процесс получается. И чтобы понять смысл, обратимся к тем самым графикам на рис.3.

   На верху три самолётика (с рамочными антеннами), с тремя направлениями полёта: I, II и III. Под каждым самолётиком столбцы с графиками соответствующие направлениям. Оговорюсь сразу, Вы средний столбец можете даже и не рассматривать! В нём никаких изменений не происходит, потому на нём и крест стоит!

   Строка (a), — напряжения с рамочной антенны.

   Строка (b), — график напряжения ГНЧ.

   Строка (с), — напряжения с коммутатора.

   Строка (d), — напряжение с ненаправленной антенны.

   Строка (e) — напряжение на контуре сложения.

   Строка (f) — конечный результат, — напряжение на выходе приёмника.

   А, собственно, на кой все эти городки нагорожены? Ведь мы знаем, что напряжение с рамки при повороте самолёта меняют фазу надо лишь отреагировать на это и всё! Ну, да. Только вот вопрос, как это мы узнаем, что фаза поменялась?!

   Два моряка, Джо и Мо, после кораблекрушения оказались на необитаемом острове. Прошло несколько лет. Однажды Джо нашёл бутылку, которую выбросили на берег волны. Это была одна из новых огромных бутылок из-под «Кока-кола». Джо побледнел. «Эй, Мо! — крикнул он, — мы с тобой уменьшились!»

   Это конечно шутка, но?! Но вот если весь мир сойдёт с ума, кто-нибудь это заметит? Нет! Потому как все сойдут и все будут считать, что всё нормально, потому как не с чем сравнивать!!! Но разговор вообще-то не об этом. Чтобы понять, что фаза напряжения с рамки повернулась на 180° нужно её с чем-то сравнивать, а с чем? Вот и придумали, — точкой опоры (сравнения) будет частота ГНЧ, он же всегда под рукой. Но как сравнить несравнимое? Ведь частоты радиомаяков слишком высоки по сравнению с частотами ГНЧ. Если взять самую низкую для радиомаяков частоту в 500000 Гц., а с ГНЧ 1000 гц и даже в этом случае частоты будут разниться в 500 раз! И, что делать? Правильно, привязать к процессу ту самую частоту ГНЧ. Вот только как?

   Посмотрим на графики рис.3. На строках a, b и d ничего интересного, при всех изменениях здесь абсолютно ничего не меняется. Лишь в строке, а при положение самолёта III видна разность фаз (180°). В строке b частота с ГНЧ. На d частота радиомаяка. Обе частоты для наших рассуждений всегда остаются без изменений. А вот на строке с самое интересное... Здесь график частоты радиомаяка (с рамочной антенны) после «издевательства» в коммутаторе КФ. Часть синусоиды окрашенная в пурпурный цвет подверглась изменению фазы относительно напряжения с рамки. На общем фоне голубые точки на оси t показывают моменты переключения фазы, как на позиции самолёта I так и III. Картинка для позиции III несколько другая из-за сдвига фаз напряжения с рамки. И вот когда строку с и d сложили вместе, то получили графики, строка e, так ещё, произошла модуляция частоты радиомаяка частотой ГНЧ. Если такие загогулины пройдут через приёмник и будут демодулированы, то на выходе мы получим ту же частоту ГНЧ! Единственно, что если в положение I фазы колебаний будут совпадать, то в III частота будет сдвинута от «оригинала» на всё те же 180°! Остаётся подать частоты с ГНЧ и приёмника на индикатор ИК и всё! Радиополукомпас готов!

   Но не всегда есть необходимость самолёту переться прямо на радиомаяк. А держаться определённого курса хочется. Поэтому чтобы это осуществить рамку делают поворотной и крутят её вручную. Поэтому и радиополукомпас! Радиокомпасом можно считать вот такое устройство, блок-схема которого показана на рис.7. Основу составляет всё тот же радиополукомпас рис.7-2. К нему пристроили блок автоматики который управляет работой мотора рис.7-1. Если в радиополукомпасе конечный результат отображал ИК и ему не требовалась большая мощность, то для поворота антенны нужен мощный (относительно, конечно) мотор. Мотор работает от бортовой сети и стало быть нужно управлять этой сетью!

   Мотор асинхронный и имеет две обмотки. На одну подаётся переменное напряжение от бортовой сети, а на другую тоже напряжение, но управляемое с приёмника радиополукомпаса. Внешне всё как и в первом варианте. При точном наведении рамки на источник напряжение с блока автоматики равно нулю и мотор стопорится. При появлении рассогласовки мотор вращается в сторону противоположную увеличения этой самой рассогласовки. В смысле пока напряжение уменьшится до нуля. Если раньше мы только фиксировали: точный курс или неточный, то сейчас мы можем определить углы интересующие нас, а как? Путём передачи вращения антенны на репитер но не механически как в спидометрах, а электрически.

   Всё это осуществляется посредством сельсинов рис.6. Это что-то типа электродвигателей... Один из сельсинов является датчиком и его ротор вращается непосредственно мотором рис.7-1, вместе с антенной. Второй, сельсин-приёмник в точности повторяет все повороты датчика (антенны). Визуально это всё представляет собой как компас, рис.7 в низу, справа. Это авиационный автоматический радиокомпас АРК. Конечно он может быть устроен гораздо сложнее описанного мною, но?..

   И последнее, на замену громоздкой конструкции с моторами и поворотами, антенны делают с двумя неподвижными рамками и с управляемой диаграммой. Управляемой с помощью гониометра. Кому очень-очень интересно в моей мини-лекции: «Радионавигация. Пеленгатор».