仲啟媛，樊　俊，徐雷林，松梓江，嚴(yán)聰

(火箭軍工程大學(xué)　a.204教研室；b.學(xué)員一旅二營(yíng)；c.學(xué)員一旅三營(yíng)，西安　710025)

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便攜式地標(biāo)照明裝置的設(shè)計(jì)

仲啟媛a，樊俊b，徐雷林c，松梓江c，嚴(yán)聰c

(火箭軍工程大學(xué)a.204教研室；b.學(xué)員一旅二營(yíng)；c.學(xué)員一旅三營(yíng)，西安710025)

架設(shè)導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)設(shè)備的三腳架不具有地標(biāo)照明功能，無(wú)法滿足夜間瞄準(zhǔn)的需要。為了提高導(dǎo)彈夜間瞄準(zhǔn)的效率，滿足部隊(duì)作戰(zhàn)訓(xùn)練的需求，設(shè)計(jì)了便攜式地標(biāo)照明裝置，分別從光源的選擇、聚光調(diào)制、方向調(diào)節(jié)和鎖緊機(jī)構(gòu)4個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。加工完成好的照明裝置能夠?qū)崿F(xiàn)方便快捷地在三腳架上安裝拆卸，滿足夜間瞄準(zhǔn)需求，同時(shí)，絲毫不影響瞄準(zhǔn)設(shè)備的架設(shè)、調(diào)平和對(duì)心。該裝置還可以用于民用測(cè)量裝置。

便攜式；地標(biāo)照明；光源；聚光；鎖緊機(jī)構(gòu)；三腳架

為了適應(yīng)現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，導(dǎo)彈武器系統(tǒng)必須具備全天候使用的功能。模型導(dǎo)彈系統(tǒng)的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，在夜間進(jìn)行瞄準(zhǔn)時(shí)，由于三腳架不具有地標(biāo)照明功能，導(dǎo)致瞄準(zhǔn)號(hào)手很難發(fā)現(xiàn)發(fā)射陣地的地標(biāo)。雖然可以采用人工手電照明的方式照明地標(biāo)，但依舊存在很多缺陷。1)瞄準(zhǔn)是高精度的工作，工作時(shí)必須在特定的點(diǎn)位上展開。2)現(xiàn)階段基層部隊(duì)夜訓(xùn)對(duì)地標(biāo)照明時(shí)，往往需要專門一個(gè)號(hào)手對(duì)地標(biāo)進(jìn)行照明或者一個(gè)號(hào)手同時(shí)兼顧瞄準(zhǔn)和照明工作，大大降低了部隊(duì)的訓(xùn)練效率。3)風(fēng)雨天氣增加了訓(xùn)練難度。設(shè)計(jì)具有地標(biāo)照明功能的三腳架可以提高效率，滿足部隊(duì)作戰(zhàn)訓(xùn)練需求，此外，在航空領(lǐng)域、鉆地場(chǎng)所和大地測(cè)量等領(lǐng)域也可廣泛應(yīng)用，具有廣泛的軍用和民用前景。

具有地標(biāo)照明功能的三腳架設(shè)計(jì)可以從改造三腳架結(jié)構(gòu)、經(jīng)緯儀基座和經(jīng)緯儀內(nèi)部3方面來(lái)具體實(shí)現(xiàn)。為了設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于快捷拆裝和維護(hù)，不改變裝置的構(gòu)造，最終采用在三腳架上安裝便攜式的照明系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)地標(biāo)的照明。為了滿足全天候瞄準(zhǔn)需求、確保精確定位、操作簡(jiǎn)便快捷等要求，該設(shè)計(jì)還必須達(dá)到以下基本要求:1)便于攜帶和快速拆裝維護(hù)，安裝穩(wěn)固，不影響三腳架的基本結(jié)構(gòu)；2)為滿足各類氣候條件，必須具有良好的防雨防水功效，且需供電簡(jiǎn)單；3)聚焦范圍必須可調(diào)，在距光源1～1.2 m處的光斑直徑在8 cm左右；4)最大光通量應(yīng)在300 lm左右，既是人眼的舒適光照，又能達(dá)到良好的照明效果。

1　光源的選擇

光源的質(zhì)量對(duì)系統(tǒng)往往起著關(guān)鍵的作用。常見的光源有:白熾燈、節(jié)能燈、金鹵燈、半導(dǎo)體激光器和LED等。

白熾燈是廣泛使用的一種光源。它能散發(fā)出溫暖暈黃的光線，價(jià)格便宜，安裝方便，但壽命短，電光轉(zhuǎn)換效率低，大部分用來(lái)發(fā)熱，使用時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離紙張、紡織品或塑膠制品。

節(jié)能燈的工作原理是利用氣體放電，又叫自鎮(zhèn)流熒光燈，是由熒光燈管與鎮(zhèn)流器共同組成的一種新型緊湊型光源。它具有發(fā)光效率高(是普通白熾燈泡的5倍以上)、壽命長(zhǎng)(按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求平均壽命應(yīng)能達(dá)到5 000 h以上，是普通白熾燈泡壽命的5倍)、結(jié)構(gòu)緊湊(有U形、H形、螺旋形、環(huán)形等多種結(jié)構(gòu))等特點(diǎn)，且價(jià)格適中，安裝方便，節(jié)能。但缺點(diǎn)是生產(chǎn)過(guò)程中和使用廢棄后有汞污染，頻閃，容易損壞，開關(guān)次數(shù)影響壽命[1]。

金鹵燈除與熒光燈一樣充填汞和稀有氣體外，還充填發(fā)光的金屬鹵化物(以碘化物為主)。金鹵燈顯色指數(shù)較高。其優(yōu)點(diǎn)為光效高，顯色指數(shù)高；缺點(diǎn)是壽命短，啟動(dòng)慢，頻閃嚴(yán)重[2]。

發(fā)光二極管(light emitting diode,LED)的基本結(jié)構(gòu)是一塊發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用。LED照明光源體積小、重量輕、方向性好、耗能少、穩(wěn)定性高、壽命長(zhǎng)、抗震性能好。缺點(diǎn)是價(jià)格高，不適用于大功率照明，照明范圍窄。

半導(dǎo)體激光器體積小，重量輕，但方向性差。表1～表4從經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益、節(jié)能效益以及

各類光源產(chǎn)品性能參數(shù)等方面，對(duì)白熾燈、節(jié)能燈、鹵素?zé)艉蚅ED燈進(jìn)行了對(duì)比[3]。

表4　各類燈源對(duì)比

燈具種類光 效/(L·W-1)壽命/h色溫/K電壓/V啟動(dòng)時(shí)間/s表面溫度/℃可調(diào)光暗顯色指數(shù)白熾燈15.010002000/3000AC220.0﹥0.5170～550有95～99節(jié)能燈45.050002700/6500AC220.0﹥60﹥70無(wú)70～90金鹵燈21.620003000AC230.0﹥600﹥300有95～99LED燈70～1101000003000/7000DC3.30﹤65有60～85

2　聚光調(diào)制技術(shù)

LED燈的聚光方式有光學(xué)透鏡聚光和反光罩聚光兩種。在傳統(tǒng)的反光罩聚光中，反光面為一個(gè)拋物面，LED的發(fā)光中心位于拋物面的焦點(diǎn)上，通過(guò)拋物面的反射作用，將位于焦點(diǎn)上的光強(qiáng)聚焦反射，反射后的光束沿著反光罩的軸線平行地向前照射出去。但是由于LED的最大光強(qiáng)位于其軸線的正前方，而照射到反光罩上的光是偏離了中軸線的，照射到反光面上的光并不是最大的光強(qiáng)。故傳統(tǒng)反光罩沒(méi)有充分利用LED的最大光強(qiáng)。

透鏡聚光可以做到特別聚光，這種聚光方式比較適合本設(shè)計(jì)。同時(shí)，單面凸透鏡只有一面是突出的，另外一面預(yù)留的空間對(duì)散熱也有好處。使用這種平凸非球面透鏡，光線會(huì)聚于一點(diǎn)，此時(shí)光斑角度最小，里面采用方形的LED，射出后會(huì)成像為方光斑，縮短LED和透鏡距離，光斑逐步變大，光斑為圓形、亮度均勻[5]。

當(dāng)透鏡位于LED的軸向正前方，能夠完全利用LED的最大光強(qiáng)，利用效率比較高，而且可以通過(guò)透鏡表面的不同形狀棱面的折射，起到調(diào)節(jié)光強(qiáng)分布的目的，是目前采用比較多的一種方式。但缺點(diǎn)是透鏡的光學(xué)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，對(duì)材料和制造工藝要求都比較高，透鏡的通透性也直接影響了其工作效率。透鏡同時(shí)具備聚光與防護(hù)作用，避免了光的重復(fù)浪費(fèi)。在本次設(shè)計(jì)中，由于光線經(jīng)過(guò)透鏡聚光后的照射距離為1～1.2 m，所以可以彌補(bǔ)聚光距離短的缺陷。在本設(shè)計(jì)中采用平凸非球面透鏡，在使用時(shí)為了實(shí)現(xiàn)聚焦范圍的可調(diào)節(jié)，采用螺紋結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)光源到透鏡的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。

圖1　聚光調(diào)制

3　方向調(diào)節(jié)

由于三腳架座板下方有一個(gè)定位固定圓環(huán)，在設(shè)計(jì)照明裝置時(shí)要避免光路被阻擋，可以從兩方面來(lái)考慮:1)通過(guò)改變光路實(shí)現(xiàn)；2)通過(guò)改變固定燈源的照明方向?qū)崿F(xiàn)。如果改變光路，需考慮導(dǎo)光材料的選擇、光路的設(shè)計(jì)優(yōu)化、快速找到點(diǎn)位等方面的問(wèn)題，不符合快速簡(jiǎn)便的原則。所以，在本設(shè)計(jì)中考慮改變燈源的照明方向來(lái)避免光路被阻擋。

3.1萬(wàn)向接頭改變方向

萬(wàn)向接頭主要起連接作用，是機(jī)械領(lǐng)域中非常常見的零件。常見的有單節(jié)式及雙節(jié)式萬(wàn)向接頭，可伸縮式萬(wàn)向接頭和流體萬(wàn)向接頭等[6]。其中，單節(jié)式萬(wàn)向接頭可實(shí)現(xiàn)兩軸夾角37°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)靈活，軸徑可做成精密萬(wàn)向節(jié)8～50 mm；雙節(jié)式萬(wàn)向接頭可實(shí)現(xiàn)兩軸夾角37°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)靈活，可補(bǔ)償軸向移位及徑向移位軸徑可做成8～50 mm；可伸縮式萬(wàn)向接頭除擁有單節(jié)萬(wàn)向接頭和雙節(jié)萬(wàn)向接頭的使用性能外，因中間帶伸縮是花鍵設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)軸向0～1 000 mm的移位，便于安裝，軸徑可做成8～50 mm，安裝長(zhǎng)度150～4 000 mm，公稱扭矩可達(dá)到2 000 N·m。

3.2蛇形管改變方向

蛇形管(serpentuator)是在一個(gè)平面內(nèi)能夠多次迂回的管子，有水平和垂直兩種布置方式。蛇形管的縱向節(jié)距與彎管半徑R有關(guān)，R一般不小于外徑的1.5倍，以保證彎管質(zhì)量，如圖2所示。

圖2　蛇形管實(shí)物圖

蛇形管能自由彎曲定型，能夠隨意調(diào)節(jié)其彎曲度，且具有良好的固定性，使用起來(lái)方便簡(jiǎn)潔，能夠快速實(shí)現(xiàn)定位要求[7]。

對(duì)比萬(wàn)向接頭，蛇形管在此設(shè)計(jì)中具有很大的優(yōu)勢(shì)。蛇形管的金屬材料是良好的導(dǎo)體，為電路提供了回路；其兩端口直徑分別為8 mm和10 mm，方便布置導(dǎo)線和器件的安裝；它的長(zhǎng)度可以根據(jù)燈具安裝的位置靈活選擇，并且可以折疊，沒(méi)有嚴(yán)格的限制；它的自由彎曲調(diào)節(jié)定型功用，符合戰(zhàn)標(biāo)提出的快速展開、簡(jiǎn)便操作的要求。因此，在本設(shè)計(jì)中采用蛇形管作為方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

4　機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)

在大型器械中主要使用液壓鎖緊，而在小物件上主要采用螺母、螺釘和銷套進(jìn)行固定。由于本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且沒(méi)有油源系統(tǒng)，故采用簡(jiǎn)單的機(jī)械鎖緊方式。

4.1傳統(tǒng)鎖緊方式

傳統(tǒng)的鎖緊裝置主要有螺母鎖緊裝置、螺釘套鎖緊裝置和銷套鎖緊裝置等。其中，螺母鎖緊裝置的軸端螺紋往往設(shè)計(jì)得比較長(zhǎng)，而螺距又比較小，雖然能夠鎖緊，但會(huì)造成裝拆效率低；螺釘套鎖緊裝置為了確保鎖緊的可靠性，增加了螺釘?shù)男o力，這樣既增加了拆卸難度，又增加了軸面損傷、螺釘及螺孔螺紋損壞的可能；銷套鎖緊裝置是靠套內(nèi)彈性定位鎖銷入軸上鎖孔而定位的軸向鎖緊裝置，特點(diǎn)是可靠性高，但軸向調(diào)整連續(xù)性差[8]。

4.2槍形鎖緊方式

傳統(tǒng)的鎖緊裝置不太適用于頻繁拆裝或軸向調(diào)整，且有的鎖緊可靠性不高，不能達(dá)到快速、簡(jiǎn)便、有效鎖定的設(shè)計(jì)要求。通過(guò)參考頭燈設(shè)計(jì)和越野自行車照明燈固定方式，設(shè)計(jì)制作出了適合三腳架使用的槍形鎖緊裝置[9]，既能快捷拆卸，又能有效固定，其效果圖如圖3所示，加工后得到的實(shí)物如圖4所示。此槍形鎖緊裝置主要由一個(gè)可由螺絲調(diào)節(jié)松緊的套筒，兩個(gè)螺紋墊片和一個(gè)緊定螺釘套鎖緊裝置組成，最大光通量為240～350 lm，適合2.7～3.1 cm直徑的燈源，也適合2.3～3.2 cm直徑的三腳架固定，且里面配有彈性塑料，可以通過(guò)夾緊或放松的方式來(lái)調(diào)節(jié)松緊，解決了普通燈架夾不緊的缺陷。

圖3　槍形鎖緊機(jī)構(gòu)效果

圖4　加工后的槍形鎖緊機(jī)構(gòu)

固定在三腳架上的是一個(gè)快拆扣子，燈具可以隨時(shí)裝上或取下，使用起來(lái)非常方便，即它既可以鎖定燈具，又可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易快捷的拆裝。同時(shí)，使用合金材料做外殼，具有良好的防雨防水功效，完全符合各項(xiàng)指標(biāo)要求[10]。對(duì)各部件分別設(shè)計(jì)后，進(jìn)行簡(jiǎn)單裝配，連接后的實(shí)物如圖5所示。

圖5　連接后的照明裝置

該照明裝置應(yīng)用在三腳架上的效果如圖6所示，可以隨意調(diào)節(jié)蛇形管來(lái)定位光源，既能起到較好的地標(biāo)照明效果，又絲毫不影響經(jīng)緯儀的架設(shè)、調(diào)平和對(duì)心，完全滿足部隊(duì)夜間的作戰(zhàn)訓(xùn)練需求，也可以應(yīng)用在民用的道路和隧道施工中。

圖6　照明裝置在三腳架上的效果

5　結(jié)束語(yǔ)

便攜式地標(biāo)照明裝置在夜間瞄準(zhǔn)時(shí)可以方便地安裝在三腳架上，不會(huì)破壞三腳架的構(gòu)造，能夠?qū)崿F(xiàn)在夜間快速便捷的對(duì)地標(biāo)進(jìn)行有效照明，彌補(bǔ)了現(xiàn)階段基層部隊(duì)夜訓(xùn)瞄準(zhǔn)時(shí)只能依靠外部提供手電來(lái)照明地標(biāo)而導(dǎo)致訓(xùn)練效率低、操作麻煩的缺陷。該照明裝置可以廣泛應(yīng)用于民用和軍事領(lǐng)域，如車床、機(jī)械加工等。

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Design for Portable Landmark Lighting Equipment

ZHONG Qiyuana，F(xiàn)AN Junb，XU Leilinc，SONG Zijiangc，YAN Congc

(a.204 Staff Room; b.the Second Battalion in the First Brigade;c.the Third Battalion in the First Brigade，Xi’an Research Institude of Hi-Tech,Xi’an 710025，China)

The tripod on the missile aiming equipment has not the function of landmark lighting equipment and couldn’t satisfy the demand of aiming at night.In order to improve the efficiency of missile aiming and to satisfy the demand of combat training of army at night，a kind of portable landmark lighting was designed.The equipment was designed from four aspects such as light source selection，light -concentrating modulation，direction adjustment and locking mechanism.After designation，the equipment could be installed and disassembled conveniently on the tripod.This kind of lighting equipment could satisfy the demand of missile aiming combat training of army at night.At the same time，the equipment doesn’t influence the erection，leveling and centering of aiming equipments at all.This kind of lighting equipment could be used on the civil measuring equipments.

portable; landmark lighting； light source； light-concentrating； locking mechanism； tripod

2014-10-11；修改日期: 2014-12-03

仲啟媛(1973-)，女，博士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事定位定向與光電瞄準(zhǔn)方向的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研工作。

TH761

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.01.033