CN103847975B - 一种镶嵌式机载光电转塔及飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种镶嵌式机载光电转塔及飞行器，该镶嵌式机载光电转塔内含有第一系统（17）、第二系统（18）和中央耦合镜（2），光到达中央耦合镜（2）后，一部分光从通孔（21）进入第一系统（17），另一部光经过中央耦合镜（2）的反射进入第二系统（18），将不同的光学系统耦合到同一个光学通道中，从而实现同轴和共通道，进而将现有技术两个光学窗口改为一个。使含有该镶嵌式机载光电转塔的飞行器具有良好气动性能、机动性能、结构性能及安全性能。

Description

一种镶嵌式机载光电转塔及飞行器

技术领域

本发明涉及机载光电设备技术领域，具体的是一种镶嵌式机载光电转塔，还是一种含有该镶嵌式机载光电转塔的飞行器。

背景技术

现有的机载光电转塔可分为外挂式转塔和整体式转塔两大类。其中外挂式机载光电转塔通常分为外挂转塔部分和舱内控制部分两体，而外挂转塔部分的体积、重量、结构强度和结构形状等方面的因素，对于飞机的气动性能、机动性能、结构性能和安全性能等都会产生较大的不利影响。所谓整体式机载光电转塔是将所有部件集成一个整体，贴装于飞机机身外表面，或者将转塔的头部伸在机身之外，其他部分则位于机身之内，如此便可减少机身外部的结构体积和重量对飞机的影响，但现有的转塔通常要么具有两个光学窗口，要么采用超半球形光学窗口镜。

现有的机载光电转塔，不论是外挂式转塔还是整体式转塔，都存在各自的不足之处。其中外挂式转塔因其外挂于飞机机身之外部分的体积和重量较大，从而对飞机的气动性能、机动性能、结构性能和安全性能等都会产生很大的不利影响。而整体式转塔要么因为具有两个光学窗口而导致机外部分体积较大，要么为了实现其半球空域的工作范围，还需要采用一个价值高昂的超半球形光学窗口镜。由于飞机飞行速度快和频繁起降，地面和空中的灰尘、沙石等杂物极易污染和损坏超半球形光学窗口镜。

发明内容

为了解决现有技术中整体式转塔有两个光学窗口使用不便的技术问题。本发明提供了一种镶嵌式机载光电转塔及一种飞行器，该镶嵌式机载光电转塔，既不存在机身外挂部分，也不需要开设两个光学窗口，更不需要采用价值高昂且易遭污损的超半球形光学窗口镜，能使上述影响飞行器气动性能、机动性能、结构性能、安全性能的外挂结构形式问题、体积重量问题、超半球光学窗口价值昂贵且易遭污损问题等一并得到彻底解决。

本发明为解决其技术问题采用的技术方案是：一种镶嵌式机载光电转塔，包括转塔本体和设置在转塔本体下部的整流罩；所述镶嵌式机载光电转塔内含有第一系统、第二系统和中央耦合镜，中央耦合镜设置在第一系统的镜头和第二系统的镜头之间，中央耦合镜内设有通孔，光能够从整流罩底部的窗口进入所述镶嵌式机载光电转塔并到达中央耦合镜后，一部分光从通孔进入第一系统，另一部光经过中央耦合镜的反射进入第二系统。

第一系统和第二系统均设置在转塔本体内，中央耦合镜与光轴的夹角为45°。

中央耦合镜的表面镀有全反射膜，中央耦合镜内的通孔为跑道形。

所述镶嵌式机载光电转塔内含有第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜，第一反射镜与第二反射镜平行，第三反射镜与第四反射镜平行，第二反射镜与第三反射镜之间的夹角为90°，第四反射镜与中央耦合镜之间的夹角为90°；光能够从整流罩底部的窗口进入所述镶嵌式机载光电转塔并依次经过第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜后反射至中央耦合镜。

整流罩内含有俯仰回转机构，该俯仰回转机构包括用于安装第一反射镜的俯仰反射镜座和用于驱动第一反射镜转动的俯仰电机，该俯仰电机能够驱动第一反射镜以水平方向经过第一反射镜的光轴为轴转动。

该俯仰回转机构包括空心回转轴，空心回转轴为筒形，第一反射镜和俯仰反射镜座设置在空心回转轴内，所述俯仰电机能够驱动第一反射镜、俯仰反射镜座和空心回转轴一同转动。

空心回转轴的筒壁上设有与窗口相对应的平面光学窗口镜，光能够依次穿过窗口和平面光学窗口镜射向第一反射镜。

整流罩内含有方位回转机构，该方位回转机构包括用于安装第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜的方位反射镜座，该方位回转机构还包括方位电机，该方位电机能够驱动方位反射镜座上的第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜和所述俯仰回转机构一同以竖直方向经过中央耦合镜的光轴为轴转动。

整流罩的底部的形状为球冠，该球冠的高度小于该球冠所在球体的半径。

一种飞行器，该飞行器含有上述的镶嵌式机载光电转塔，该镶嵌式机载光电转塔的转塔本体设置在该飞行器内，整流罩的底部暴露在该飞行器的壁板外。

本发明的有益效果是：

1、本发明中的镶嵌式机载光电转塔包括机身内外两部分，机外部分为活动部件，通过360°回转和其上面可±90°俯仰的光学窗口实现半球空域工作范围，机内部分可借助中央耦合镜根据功能和空间要求灵活组合。

2、本发明中的镶嵌式机载光电转塔仅有一个平面光学窗口，且能在不工作时转到隐蔽位置以免受到污损。

3、本发明中的镶嵌式机载光电转塔，机外回转部分的形状为球冠、高度小于该球冠所在球体的半径，回转平稳、气动性能好，对飞行器的影响小。

附图说明

下面结合附图对本发明所述的镶嵌式机载光电转塔作进一步详细的描述。

图1是该镶嵌式机载光电转塔的结构示意图。

图2是中央耦合镜的示意图。

其中1.转塔本体，2.中央耦合镜，3.第一反射镜，4.俯仰反射镜座，5.平面光学窗口镜，6.空心回转轴，7.轴承，8.轴承座，9.俯仰角传感器，10.传动机构，11.控制电路，121.第二反射镜，122.第三反射镜，123.第四反射镜，13.方位反射镜座，14.空心轴承，15.方位角传感器，16.整流罩，17.第一系统，18.第二系统，19.窗口，20.壁板，21.通孔，22.传动机构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述的镶嵌式机载光电转塔作进一步详细的说明。一种镶嵌式机载光电转塔，包括转塔本体1和设置在转塔本体1下部的整流罩16；所述镶嵌式机载光电转塔内含有第一系统17、第二系统18和中央耦合镜2，中央耦合镜2设置在第一系统17下方的镜头和第二系统18右侧的镜头之间，中央耦合镜2内设有通孔21，光信号能够从整流罩16底部的窗口19进入所述镶嵌式机载光电转塔并到达中央耦合镜2后，一部分光信号从通孔21进入第一系统17，另一部光信号经过中央耦合镜2的反射进入第二系统18，如图1和图2所示。

转塔本体1可由铝合金或其他材料构成，用于镶嵌式机载光电转塔与飞行器壁板之间的安装固定、转塔内部各功能零部件之间的位置固定等。中央耦合镜2可由普通光学玻璃、石英光学玻璃或其他材料构成，通过抛光、镀膜或其他工艺实现对不同谱系光的反射、透射、分光、合光等功能要求，并以45°角安置在图1中点划线所示的光学通道的光轴上，用于将不同的光学系统（例如观察光学系统、测量光学系统等）耦合到同一个光学通道中，从而实现同轴和共通道。从而实现了将现有技术两个光学窗口改为一个。

如图1所示，第一系统17和第二系统18均设置在转塔本体1内，中央耦合镜2与上部光轴的夹角为45°。中央耦合镜2由K9光学玻璃制成，抛光后的工作面上镀有全反射膜，中央耦合镜2内的通孔21为跑道形，如图2所示。该中央耦合镜2的通孔设计为跑道形是为了使其在图1中水平和竖直方向上的投影为圆形，该跑道形的两端半圆的半径为15mm，该跑道形的长轴为43mm。

如图1所示，所述镶嵌式机载光电转塔内含有第一反射镜3、第二反射镜121、第三反射镜122和第四反射镜123，第一反射镜3与第二反射镜121平行，第三反射镜122与第四反射镜123平行，第二反射镜121与第三反射镜122之间的夹角为90°，第四反射镜122与中央耦合镜2之间的夹角为90°；如图1中的箭头方向所示，光能够从整流罩16底部的窗口19进入所述镶嵌式机载光电转塔并依次经过第一反射镜3、第二反射镜121、第三反射镜122和第四反射镜123后反射至中央耦合镜2，然后一部分光从通孔21进入第一系统17，另一部光经过中央耦合镜2的反射进入第二系统18。

为了实现该镶嵌式机载光电转塔的半球空域工作范围，整流罩16内含有俯仰回转机构，该俯仰回转机构包括用于安装第一反射镜3的俯仰反射镜座4和用于驱动第一反射镜3转动的俯仰电机，该俯仰电机能够驱动第一反射镜3以水平方向经过第一反射镜3的光轴为轴±90°转动。该俯仰回转机构还包括空心回转轴6，空心回转轴6为筒形，第一反射镜3和俯仰反射镜座4设置在空心回转轴6内，所述俯仰电机能够驱动第一反射镜3、俯仰反射镜座4和空心回转轴6一同以水平方向经过第一反射镜3的光轴为轴±90°转动。

空心回转轴6的筒壁上设有与窗口19相对应的平面光学窗口镜5，光能够依次穿过窗口19和平面光学窗口镜5射向第一反射镜3。平面光学窗口镜5能够随空心回转轴6一通转动，这样平面光学窗口镜5能在不工作时转到隐蔽位置以免受到污损。如图1所示，该俯仰回转机构还包括轴承7、轴承座8、俯仰角传感器9、传动机构10和控制电路11。

为了实现该镶嵌式机载光电转塔的半球空域工作范围，整流罩16内含有方位回转机构，该方位回转机构包括用于安装第二反射镜121、第三反射镜122和第四反射镜123的方位反射镜座13，即第二反射镜121、第三反射镜122和第四反射镜123的位置相对固定，该方位回转机构还包括方位电机，该方位电机能够驱动方位反射镜座13上的第二反射镜121、第三反射镜122、第四反射镜123、俯仰回转机构和整流罩16一同以竖直方向经过中央耦合镜2的光轴为轴360°转动。该方位回转机构还包括空心轴承14、方位角传感器15、传动机构22和控制电路11。该控制电路11设置在转塔本体1内。

整流罩16为轻质碳纤维复合材料。整流罩16的底部的形状为球冠，该球冠的高度小于该球冠所在球体的半径。这样当该镶嵌式机载光电转塔安装在飞行器上时回转平稳、气动性能好，对飞机的影响小。

由于光是可逆的，第一系统17可以为光信号发射或接收系统，第一系统17的通光口径为20mm，第二系统18也可以为光信号发射或接收系统，第二系统18的通光口径为80mm，现以第一系统17和第二系统18均为光信号接收系统为例介绍该镶嵌式机载光电转塔的工作过程。如图1所示，光由箭头方向依次通过平面光学窗口镜5、第一反射镜3、第二反射镜121、第三反射镜122、第四反射镜124后到达中央耦合镜2，然后一部分光从通孔21进入第一系统17，另一部光经过中央耦合镜2的反射进入第二系统18。第一反射镜3能够以水平方向经过第一反射镜3的光轴为轴±90°转动，用于实现光学通道的±90°俯仰扫描；第一反射镜3、第二反射镜121、第三反射镜122和第四反射镜123能够一同以竖直方向经过中央耦合镜2的光轴为轴360°转动，用于实现光学通道的n×360°方位扫描。

一种飞行器，该飞行器含有上述的镶嵌式机载光电转塔，如图1所示，该镶嵌式机载光电转塔的转塔本体1设置在该飞行器内，转塔本体1与该飞行器的壁板20固定连接，只有整流罩16的球冠形底部暴露在该飞行器的壁板20外。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (2)

1.一种镶嵌式机载光电转塔，其特征在于，所述镶嵌式机载光电转塔包括转塔本体(1)和设置在转塔本体(1)下部的整流罩(16)；

所述镶嵌式机载光电转塔内含有第一系统(17)、第二系统(18)和中央耦合镜(2)，中央耦合镜(2)设置在第一系统(17)的镜头和第二系统(18)的镜头之间，中央耦合镜(2)内设有通孔(21)，光能够从整流罩(16)底部的窗口(19)进入所述镶嵌式机载光电转塔并到达中央耦合镜(2)后，一部分光从通孔(21)进入第一系统(17)，另一部光经过中央耦合镜(2)的反射进入第二系统(18)；

第一系统(17)和第二系统(18)均设置在转塔本体(1)内，中央耦合镜(2)与光轴的夹角为45°；

中央耦合镜(2)的表面镀有全反射膜，中央耦合镜(2)内的通孔(21)为跑道形；

所述镶嵌式机载光电转塔内含有第一反射镜(3)、第二反射镜(121)、第三反射镜(122)和第四反射镜(123)，第一反射镜(3)与第二反射镜(121)平行，第三反射镜(122)与第四反射镜(123)平行，第二反射镜(121)与第三反射镜(122)之间的夹角为90°，第四反射镜(123)与中央耦合镜(2)之间的夹角为90°；

光能够从整流罩(16)底部的窗口(19)进入所述镶嵌式机载光电转塔并依次经过第一反射镜(3)、第二反射镜(121)、第三反射镜(122)和第四反射镜(123)后反射至中央耦合镜(2)；

整流罩(16)内含有俯仰回转机构，该俯仰回转机构包括用于安装第一反射镜(3)的俯仰反射镜座(4)和用于驱动第一反射镜(3)转动的俯仰电机，该俯仰电机能够驱动第一反射镜(3)以水平方向经过第一反射镜(3)的光轴为轴转动；

该俯仰回转机构包括空心回转轴(6)，空心回转轴(6)为筒形，第一反射镜(3)和俯仰反射镜座(4)设置在空心回转轴(6)内，所述俯仰电机能够驱动第一反射镜(3)、俯仰反射镜座(4)和空心回转轴(6)一同转动；

空心回转轴(6)的筒壁上设有与窗口(19)相对应的平面光学窗口镜(5)，光能够依次穿过窗口(19)和平面光学窗口镜(5)射向第一反射镜(3)；

整流罩(16)内含有方位回转机构，该方位回转机构包括用于安装第二反射镜(121)、第三反射镜(122)和第四反射镜(123)的方位反射镜座(13)，该方位回转机构还包括方位电机，该方位电机能够驱动方位反射镜座(13)上的第二反射镜(121)、第三反射镜(122)、第四反射镜(123)和所述俯仰回转机构一同以竖直方向经过中央耦合镜(2)的光轴为轴转动；

整流罩(16)的底部的形状为球冠，该球冠的高度小于该球冠所在球体的半径。

2.一种飞行器，其特征在于：该飞行器含有权利要求1所述的镶嵌式机载光电转塔，该镶嵌式机载光电转塔的转塔本体(1)设置在该飞行器内，整流罩(16)的底部暴露在该飞行器的壁板(20)外。