Радиополукомпасы и радиокомпасы

Методы определения местоположения самолета, основанные на применении радиополукомпасов и радиокомпасов, во многих случаях приносят авиации большую пользу, в частности, в высоких широтах, где пользование магнитными компасами затруднено или невозможно.

Радиополукомпас и радиокомпас позволяют определять направление оси самолета по отношению к наземной радиостанции. Отличие радиокомпаса от радиополукомпаса состоит в том, что второй автоматически показывает направление наземной радиостанции, а первый требует вмешательства штурмана.

Радиополукомпас дает возможность определить угол П между направлением полета на данную радиостанцию и продольной осью самолета.

По радиополукомпасу и магнитному компасу можно определить угол истинного радиопеленга ПУ+П, т. е. угол между меридианом места самолета и направлением на радиостанцию (фиг. 95). Соединив все точки земной поверхности, в которых угол истинного радиопеленга имеет одну и ту же величину, получим позиционную линию, т. е. линию возможных положений самолета. В каком именно месте на этой линии находится самолет, радиополукомпас не покажет.

Фиг. 95. Показание радиокомпаса: Р - наземная радиостанция; ПУ - путевой угол, П - пеленг

Для того чтобы определить местоположение самолета, прибегают к вспомогательным средствам; можно, например, найти истинный радиопеленг для двух наземных передатчиков и получить две позиционные линии, точка пересечения которых определит положение самолета. Схема радиополукомпаса приведена на фиг. 96. Прибор имеет две антенны: рамочную и открытую вертикальную. Зависимость силы приема рамочной антенны от угла 7 между плоскостью рамки и направлением на радиостанцию приведена на фиг. 97.

Фиг. 96. Суммирование сигналов рамочной и вертикальной антенн

Фиг. 97. Диаграмма направленности рамочной антенны

Громкость достигает наибольшей величины, когда плоскость рамки направлена на передатчик, и равна нулю при двух диаметрально противоположных положениях рамки (90 и 270°), когда плоскость рамки перпендикулярна направлению на радиостанцию. Чтобы определить, какое из положений рамки является правильным, используют открытую антенну.

Высокочастотные напряжения сигналов обеих антенн складываются в общей цепи (фиг. 96). Подбором взаимоиндуктивности М добиваются равенства напряжения открытой антенны (постоянная величина) и наибольшего значения напряжения рамочной антенны (при совпадении ее плоскости с направлением на радиопередатчик). С помощью конденсатора С добиваются совпадения по фазе напряжения вертикальной антенны и напряжения рамки в случае совпадения плоскости ее с направлением на передатчик. Это совпадение возможно только в одном из двух положении рамки при отсутствии слышимости, так как при диаметрально противоположном положении знак (фаза) напряжения изменится (фиг. 98).

Фиг. 98. Получение разностного напряжения U₁ – U₂ для указателя радиополукомпаса

Складывая напряжения обеих антенн, получим суммарную характеристику, по которой видно, что при γ = 180° суммарное напряжение равно нулю.

Только в этом положении рамки сигналы передатчика (наземного) не будут слышны в телефоне приемника. При γ = 360° суммарное напряжение достигает наибольшей величины.

Указанный способ определения правильного направления не является единственно возможным. Весьма часто поступают следующим образом. Если поменять концы рамки местами, то знак напряжения, поступающего от рамочной антенны, изменится на обратный; при этом суммарное напряжение равно нулю при угле γ = 0, а не при γ = 180°.

В радиополукомпасе происходит периодическое переключение концов Рамки, и напряжение U, подводимое к указателю, является разностью двух напряжений U₁ и U₂, каждое из которых зависит от угла γ поворота рамки (см. фиг. 98) и имеет положительное значение на углах от 0 до 90° и на углах от 270 до 360° и отрицательное значение при углах от 90 до 270°.

При напряжении U=0 стрелка прибора стоит на середине шкалы. Когда U положительно, стрелка отклоняется вправо, при отрицательном U — влево. В первом положении рамки, когда γ = 90°, уменьшение угла, т. е. поворот рамки влево в направлении нулевого положения, приводит к отклонению стрелки прибора вправо. Во втором положении, когда γ = 270°, такой поворот приводит к отклонению стрелки влево. Следовательно, первое положение и будет правильным, радиостанция находится вправо от перпендикуляра к плоскости рамки. Для определения линии возможных положений самолета пользуются рамочной антенной, так как при этом минимум приема более острый. Для нахождения правильного положения пользуются обеими антеннами.

С помощью радиокомпаса решаются те же задачи, что и с помощью радиополукомпаса, только правильное положение рамки радиокомпаса находится автоматически с помощью следящем системы, устанавливающей рамку определенным образом относительно радиостанции.

Автоматический радиокомпас состоит из радиоприемника, автоматически вращающейся рамочной антенны, открытой ненаправленной антенны, указателей пеленга, пульта управления и релейной коробки. При настройке приемника на волну радиостанции выходной сигнал радиоприемника приводит в действие механизм вращения рамки, заставляя его поворачивать рамку до тех пор, пока она не займет направления на радиостанцию. После установки рамки на направление радиостанции сигналы в приемнике исчезнут и вращение рамки прекратится. Рамка связана синхронной электрической передачей с указателями радиокомпаса, стрелки которых изменяют свое положение при вращении рамки и останавливаются вместе с ней, показывая пеленг на радиостанцию.

Если самолет будет менять свой курс до тех пор, пока стрелки указателей не установятся на нуль, а затем будет лететь, сохраняя нулевое положение стрелок указателей, то это обеспечит ему полет на радиостанцию.

На фиг. 99 приведена электрическая схема радиокомпаса.

Фиг. 99. Принципиальная электрическая схема радиокомпаса

В рамочной антенне приходящими электромагнитными колебаниями наводится ЭДС, величина которой тем меньше, чем ближе положение плоскости рамки к нормали к направлению приходящей волны. В момент, когда плоскость рамки перпендикулярна направлению волны, ЭДС в рамке равна нулю. При переходе через нулевое положение ЭДС рамки меняет свою фазу на 180° по отношению к ЭДС ненаправленной антенны. Кроме того, ЭДС в рамке отстает по фазе от ЭДС открытой антенны на 90°.

ЭДС рамки после усиления в усилительном каскаде высокой частоты подается на фазовращатель, где она получает дополнительный сдвиг фаз на 90°. Теперь ЭДС рамки может либо совпадать с ЭДС ненаправленной антенны, либо (при переходе рамки через нулевое положение) будет иметь фазу, отличающуюся на 180° от ЭДС антенны. Балансный модулятор, куда попадает ЭДС рамки, предназначен для выявления ее фазы, а следовательно, и направления отклонения от нулевого положения.

Генератор колебаний низкой частоты (60—100 гц) подает два генерированных напряжения со взаимно противоположными фазами на сетки модуляторной лампы — балансного модулятора, куда также подается ЭДС рамки. Диаграмма напряжения в канале балансного модулятора показана на фиг. 100.

Фиг. 100. Диаграмма напряжения в канале балансного модулятора: а - сигнал рамки после сдвига фаз на 90°, б - модулирующее напряжение низкой частоты на балансном модуляторе; в - выход первой половины сигнала с балансного модулятора, г - выход второй половины сигнала с балансного модулятора; д - сигнал ненаправленной антенны; е - результирующий сигнал после сложения модулированного сигнала и сигнала ненаправленной антенны

На графике (фиг. 100, а) слева и справа показано изменение напряжения в рамке при отклонении ее влево и вправо от нулевого положения. Это напряжение подается на сетки модуляторной лампы (двойной триод).

На фиг. 100, б изображено изменение напряжения от генератора низкой частоты на одной из сеток лампы. Когда это напряжение положительно, то в анодной цепи этой секции лампы проходит ток высокой частоты, соответствующий напряжению на сетке, как это показано на графике фиг. 100, в.

В это время напряжение на второй сетке модуляторной лампы отрицательно и ток в анодной цепи второй секции лампы отсутствует. Когда напряжение низкой частоты на первой сетке становится отрицательным, ток в анодной цепи этой секции прекращается. Напряжение на второй сетке делается при этом положительным и в анодной цепи второй секции проходит ток высокой частоты, как показано на фиг. 100, г. Ток этой секции лампы имеет в обмотке 1’ (см. фиг. 99) трансформатора Т направление, противоположное анодному току первой секции лампы. Поэтому ток высокой частоты на фиг. 100, г показан противоположным по фазе напряжению высокой частоты, поступающему из рамочной антенны (см. фиг. 100, а).

Во вторичной обмотке трансформатора Т к модулированным колебаниям высокой частоты от рамок прибавляются немодулированные колебания той же частоты, поступающие из ненаправленной антенны через первичную обмотку 1". Ток в этой обмотке показан на фиг. 100, д.

Результат сложения колебаний, изображенных на фиг. 100, в, г и д, представлен на фиг. 100, е. Это модулированные колебания, причем фаза модуляции их амплитуды определяется направлением отклонения рамки от нулевого положения.

Суммарное напряжение высокой частоты усиливается в приемнике, после чего детектируется и вновь усиливается по низкой частоте. На выходе приемника получается напряжение низкой частоты, соответствующее закону модуляции входного сигнала. Фаза этого напряжения также зависит от направления отклонения рамки.

При нулевом положении рамки высокочастотные напряжения в ней отсутствуют. При этом отсутствуют и напряжения низкой частоты на выходе приемника.

Напряжение, снимаемое с выхода приемника, усиливается в магнитном усилителе мощности и питает одну из фазных обмоток двухфазного асинхронного двигателя. Вторая фазная обмотка питается переменным током от инвертора. Двигатель вращает рамку до тех пор, пока не установит ее в нулевое положение, после чего напряжение низкой частоты на выходе приемника пропадает и движение останавливается. При отклонении рамки в другую сторону напряжение низкой частоты изменяется по фазе на 180°, в результате чего направление вращения двигателя изменяется на обратное, и двигатель вновь приводит рамку в нулевое положение.

Питание радиокомпаса постоянным током (накал ламп, управление, сигнализация и т. д.) производится от бортовой сети самолета напряжением 27 в, а питание — переменным током (питание цепей радиоприемника, двигателя и т. д.) от инвертора напряжением 115 в с частотой 400 гц.

Фиг. 101. Комплект радиокомпаса: 1 - ненаправленная антенна; 2 - рамочная антенна; 3 - радиоприемник; 4 - распределительная коробка; 5 - указатель летчика; 6 - указатель штурмана; 7 - пульты управления; 8 - инвертор; 9 - телефон

Для дистанционного управления компаса имеется пульт управления. Комплект радиокомпаса показан на фиг. 101.