机载无源雷达散射截面积改变装置

摘要

本实用新型公开一种机载无源雷达散射截面积改变装置，所述装置包含铰接钢片、旋转型超声电机、若干绕轴转动钢片、齿轮组，其中，所述旋转型超声电机的输出端连接在齿轮组的中部，所述齿轮组呈轴向分布，在所述齿轮组的尾部连接有变向齿轮；在所述齿轮组的外部与所述齿轮组同轴向设有若干绕轴转动钢片，在其中一组相邻的绕轴转动钢片之间连接有铰接钢片。

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种机载雷达散射截面积改变装置，具体是一种能实现准确控制的机载无源雷达散射截面积改变装置。

背景技术

在现代雷达对抗中，目标的电磁场散射特性具有极为重要的意义。雷达散射截面（Radar Cross Section，以下简称RCS）是一种表征目标在雷达波照射下所产生回波强度的物理量，不同战机所对应的RCS一般不同。通过改变飞机的RCS可在雷达中模拟出不同目标，从而在演练中实现靶机作用，以及在战争中作为诱饵机使用，以消耗敌方弹药数量和转移敌方防空系统的注意方向。

因此，亟须一种新型改变雷达散射截面积RCS的方案，以模拟不同机型。现有改变RCS的方法分为有源及无源方法，有源方法通过有意发射或转发某种类型的电磁波，对敌方电子设备进行压制或欺骗的干扰，但系统复杂、造价昂贵且需消耗能量。传统的无源方案存在RCS增量过大、增量不可控等问题，无法满足模拟特定机型的需求。

而超声电机定位精确，角位移分辨率0.375urad，运动速度平稳，低10μm/s，高250mm/s，标准应答时间为50～75μs，整定时间明显优于一般伺服电动机，以0.1μm的分辨率为例，只需1～2ms，为一般伺服电动机的1/10，且定位后没有一般伺服电动机存在的晃动问题。此外超声电机具有重量轻，体积小，行程无限制，低速大转矩，反应速度快，控制特性好，无电磁干扰等特点。将超声电机用于RCS改变装置，能利用超声电机精确控制的特点，实现机械结构的精确运动，从而引起RCS的精确变化；且超声电机定位准确、不易晃动的特点，能实现RCS的维持，减少误差。

凭借上述优势，超声电机被广泛用于航空航天机械的控制，但目前还没有将超声电机用于雷达散射截面积控制的方案。针对RCS难以精确控制等问题，本实用新型提供了一种新型无源改变RCS的设计方案，使用超声电机驱动以精确控制，可以实现RCS在一个大范围内连续变化，达到设定值。同时，外壳设计具有良好的气动性能，适用于机载。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型的目的是针对目前雷达散射截面积模拟以有源为主、无源雷达散射截面积改变装置缺乏的现状，提供一种压电驱动的机载无源雷达散射截面积改变装置，实现中小型飞行器雷达散射截面积的精确增大以模拟其他机型。

本实用新型的技术方案为：

一种基于超声电机的机载无源雷达散射截面积改变装置，所述装置包含铰接钢片2、旋转型超声电机3、若干绕轴转动钢片、齿轮组，其中，所述旋转型超声电机3的输出端连接在齿轮组的中部，所述齿轮组呈轴向分布，在所述齿轮组的尾部连接有变向齿轮；在所述齿轮组的外部与所述齿轮组同轴向设有若干绕轴转动钢片，在其中一组相邻的绕轴转动钢片之间连接有铰接钢片。

进一步的，所述的若干绕轴转动钢片包含第一绕轴转动钢片4、第二绕轴转动钢片5、第三绕轴转动钢片6、第四绕轴转动钢片7，四个绕轴转动钢片等角度分布于所述齿轮组外部。

进一步的，所述装置包含三组铰接钢片2，所述铰接钢片2由两块三角形钢片铰接而成，三组铰接钢片2位于装置前侧，第一组铰接钢片的两端固接第一绕轴转动钢片4和第三绕轴转动钢片6，第二组铰接钢片的两端固接第三绕轴转动钢片6、第四绕轴转动钢片7，第三组铰接钢片的两端固接第二绕轴转动钢片5、第四绕轴转动钢片7，铰接钢片随绕轴转动钢片的运动而运动。

更进一步的，所述齿轮组包含内啮合齿轮8、圆锥齿轮9、外啮合齿轮10变向齿轮、变向齿轮11前侧连杆12、后侧连杆13；所述装置包含两个对称设置的圆锥齿轮，两个圆锥齿轮的锥面相对；所述装置包含两个内啮合齿轮，以及两个外啮合齿轮，其中，所述旋转型超声电机3的输出端连接到两个圆锥齿轮9中间，通过所述旋转型超声电机3驱动两侧的圆锥齿轮旋转，在两个圆锥齿轮外侧，依次为内啮合齿轮、外啮合齿轮；各齿轮安装于前侧连杆12和后侧连杆13上；

所述第一绕轴转动钢片4与后侧连杆13固接，第二绕轴转动钢片5与前侧连杆12固接，第三绕轴转动钢片6与前侧的内啮合齿轮固接，第四绕轴转动钢片7与后侧的内啮合齿轮固接。

作为本申请的一种优选实施方案，所述装置还设有外壳1，所述外壳1设置于整个装置外部，包裹住所述绕轴转动钢片；所有变向齿轮11均通过与外壳1内部引出的固接轴来固定空间位置，使其只能绕中心转动。

作为本申请的一种优选实施方案，所述外啮合齿轮10和内啮合齿轮8齿数比为1:3。

本实用新型的有益效果是：

针对目前机载无源模拟雷达散射截面积装置缺乏的现状，本实用新型提出了一种合理的方案来填补相关空缺。本实用新型采用超声电机驱动，具有重量轻，体积小，行程无限制，低速大转矩，速度快，控制特性好，无电磁干扰等特点。解决了传统控制方式精度不高，无法准确控制转动角度的问题，在计算得出转动角度和装置的雷达散射截面积的关系后，通过超声电机的控制就能模拟出预定的雷达散射截面积。同时，经过设计，该装置组成的三个类二面角反射器和三个类三面角反射器角度在变化的过程中始终分别相等，保障了各个方向的雷达散射特性基本相同。并且，通过外壳的包裹，该装置整体有较好的气动性能，适合于飞行器挂载执行任务。本实用新型可以在无源情况下有效实现预定雷达散射截面积的模拟，为机载目标模拟和对敌干扰提供了一种新方法。

本实用新型利用超声电机的精密驱动特性，通过特殊的传动装置的设计，实现了无源情况下雷达散射截面积的精确变化。

附图说明

图1是本实用新型装置的整体示意图；

图2是本实用新型装置的内部核心结构示意图；

图3是本实用新型装置的内部核心结构的后方正等轴测示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的阐述，应当指出的是，下述实施例仅用于说明本方法的某些实施特例，并不用于限制本实用新型的保护范围，在本实用新型公开后，本领域技术人员基于本实用新型中关于雷达散射截面积改变装置做出的任何修改或变化，都属于本申请权利要求书中所限定的保护的范围。

一种基于超声电机的机载无源改变RCS特征的设计方案，是对目前普遍的有源改变RCS特征的重要补充，利用超声电机低速大转矩，无需齿轮减速机构，转子惯性小、响应快的特点，可以实现对角反射器的精确控制。通过机械结构的设计，利用角反射器，达到雷达散射截面积可变的目的。

实施例1

本申请为：

一种基于超声电机的机载无源雷达散射截面积改变装置，所述装置包含铰接钢片2、旋转型超声电机3、若干绕轴转动钢片、齿轮组，其中，所述旋转型超声电机3的输出端连接在齿轮组的中部，所述齿轮组呈轴向分布，在所述齿轮组的尾部连接有变向齿轮；在所述齿轮组的外部与所述齿轮组同轴向设有若干绕轴转动钢片，在其中一组相邻的绕轴转动钢片之间连接有铰接钢片。

进一步的，所述的若干绕轴转动钢片包含第一绕轴转动钢片4、第二绕轴转动钢片5、第三绕轴转动钢片6、第四绕轴转动钢片7，四个绕轴转动钢片等角度分布于所述齿轮组外部。

进一步的，所述装置包含三组铰接钢片2，所述铰接钢片2由两块三角形钢片铰接而成，三组铰接钢片2位于装置前侧，第一组铰接钢片的两端固接第一绕轴转动钢片4和第三绕轴转动钢片6，第二组铰接钢片的两端固接第三绕轴转动钢片6、第四绕轴转动钢片7，第三组铰接钢片的两端固接第二绕轴转动钢片5、第四绕轴转动钢片7，铰接钢片随绕轴转动钢片的运动而运动。

更进一步的，所述齿轮组包含内啮合齿轮8、圆锥齿轮9、外啮合齿轮10变向齿轮、变向齿轮11前侧连杆12、后侧连杆13；所述装置包含两个对称设置的圆锥齿轮，两个圆锥齿轮的锥面相对；所述装置包含两个内啮合齿轮，以及两个外啮合齿轮，其中，所述旋转型超声电机3的输出端连接到两个圆锥齿轮9中间，通过所述旋转型超声电机3驱动两侧的圆锥齿轮旋转，在两个圆锥齿轮外侧，依次为内啮合齿轮、外啮合齿轮；各齿轮安装于前侧连杆12和后侧连杆13上；

所述第一绕轴转动钢片4与后侧连杆13固接，第二绕轴转动钢片5与前侧连杆12固接，第三绕轴转动钢片6与前侧的内啮合齿轮固接，第四绕轴转动钢片7与后侧的内啮合齿轮固接。

作为本申请的一种优选实施方案，所述装置还设有外壳1，所述外壳1设置于整个装置外部，包裹住所述绕轴转动钢片；所有变向齿轮11均通过与外壳1内部引出的固接轴来固定空间位置，使其只能绕中心转动。

作为本申请的一种优选实施方案，所述外啮合齿轮10和内啮合齿轮8齿数比为1:3。

参阅图1、2、3 ，通过FEKO软件计算得出，雷达散射截面积随三组铰接钢片2、第一绕轴转动钢片4、第二绕轴转动钢片5、第三绕轴转动钢片6、第四绕轴转动钢片7围成的角度变化而变化，通过旋转型超声电机3的精确控制，可以实现RCS在一个大范围内连续变化，达到预定的反射截面积。如图，利用旋转型超声电机3带动两个圆锥齿轮9，保证了两组相反的运动，在两连杆上分别加装两个外啮合齿轮10两个变向齿轮11，再加上两个外啮合齿轮10，在保证杆上的外啮合齿轮10和内啮合齿轮8齿数比为1:3的情况下，可以算出杆和内啮合齿轮的转速比为3：1，需要注意，四块绕轴转动钢片的形状和连接方式存在差异，第一绕轴转动钢片4与后侧连杆13相连接、第二绕轴转动钢片5与前侧连杆12相连接、第三绕轴转动钢片6与前侧的内啮合齿轮8相连接、第四绕轴转动钢片7与后侧的内啮合齿轮8相连接，通过这样的设计，使得数块铁片在从最下面合起来到这样完全展开的运动过程中，各个角度始终相等，下方的钢片转动行程为0-45°，上方的铁片转动行程为0-135°，保证各方向雷达散射截面积基本一致；同时前方用六块铁片两两相铰接构成了三个类三面角反射器，增加了前方的RCS改变性能，完全展开时没有位于死点位置，便于收放。在外壳的包裹下，装置整体有较好的气动性能，能够用于飞行器搭载。

实施例2

基于上述装置，本申请还提供一种基于超声电机的机载无源雷达散射截面积改变方法，所述方法包括以下步骤：

所述方法通过旋转型超声电机3驱动齿轮组旋转，从而带动绕轴转动钢片旋转，使所述绕轴转动钢片之间的夹角产生变化，从而改变雷达散射截面积改变。

进一步的，所述方法包括以下步骤：

旋转型超声电机3驱动两个圆锥齿轮向相反方向转动，带动两连杆向相反方向转动；所述内啮合齿轮8和外啮合齿轮10齿数为1:3，根据内啮合齿轮8与外啮合齿轮10的传动比等于外啮合齿轮10齿数与内啮合齿轮8齿数之比的相反数，计算内啮合齿轮连杆8和外内啮合齿轮10的转速比3:1，则连杆1213与外啮合齿轮10的转速比也为3:1；

整个装置呈现出对称的运动状态，即第一绕轴转动钢片4和第三绕轴转动钢片6以设定比例同向运动，第二绕轴转动钢片5和第四绕轴转动钢片也以所述设定比例同向运动，使得数块钢片在从重合完全展开的运动过程中，各个角度始终相等，相邻两片绕轴转动钢片在展开过程中带动连接的铰接钢片2展开，保证了各个方向的雷达散射截面积一致。

旋转型超声电机3前端加装一个圆锥齿轮，与前侧连杆12、后侧连杆13上的两个相同的圆锥齿轮啮合，驱动两个圆锥齿轮向相反方向转动，带动两连杆向相反方向转动；在两连杆上分别加装两个外啮合齿轮10，与两个变向齿轮惰轮11啮合变向齿轮11惰轮被由外壳内部引出的轴被固定在空间确定位置上，只能绕中心转动，在传动过程中该变向齿轮不改变轮系传动比，只改变齿轮旋转方向，变向齿轮与再加上两个内外啮合齿轮810啮合，在保证杆上的外啮合齿轮10和内啮合齿轮8齿数比为1:3的情况下，变向齿轮惰轮不改变传动比，可以算出连杆和内啮合齿轮的转速比为3：1，需要注意，四块绕轴转动钢片的形状和连接方式存在差异，第一绕轴转动钢片4与后侧连杆13相连接、第二绕轴转动钢片5与前侧连杆12相连接、第三绕轴转动钢片6与前侧的内啮合齿轮8相连接、第四绕轴转动钢片7与后侧的内啮合齿轮8相连接，通过这样的设计，第一绕轴转动钢片4和第三绕轴转动钢片6运动方向相同，且转速比为3:1，因此行程比也为3:1；第二绕轴转动钢片5和第四绕轴转动钢片运动方向相同，转速比为3:1，行程比也为3：1，在四块绕轴转动钢片从收拢与最下端到展开的过程中，整个装置呈现出对称的运动状态，前侧连杆12、后侧连杆13和内啮合齿轮8的转动都输出为了四块绕轴转动钢片的运动，由于连杆和内啮合齿轮角度行程比始终为3:1，且左右两侧运动方向相反，所以四块绕轴转动钢片围成的下方三个夹角使得数块铁片在从最下面合起来到这样完全展开的运动过程中，在变化过程中各个角度始终相等，相邻两片绕轴转动钢片在展开过程中带动连接的铰接钢片2展开，保证了各个方向的雷达散射截面积基本一致。

实施例3

本申请还提供一种基于超声电机的机载无源雷达散射截面积改变装置的应用，所述应用的过程包括以下具体步骤：

步骤1：在飞机起飞前，将此装置吊挂在飞行器机翼下方，所有铁片处于下方合拢的初始位置，此时雷达散射截面积最小；

步骤2：飞行器携带该装置起飞，通过计算得出的该装置的雷达散射截面积与张开角度的关系式，根据任务需求，通过控制超声电机的转动角度使得铁片呈现不同夹角来达到预定的雷达散射截面积。

上面对本实用新型实施例结合附图进行了说明，但本实用新型不限于上述实施例，还可以根据本实用新型的实用新型创造的目的做出多种变化，凡依据本实用新型技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本实用新型的实用新型目的，只要不背离本实用新型的技术原理和实用新型构思，都属于本实用新型的保护范。