Расчёт К-фактора ротаторов Yaesu

Очень часто выбор поворотного устройства для антенны происходит уже исходя из самой антенны. Несколько сложнее обратное – имеем поворотное устройство и хотим поставить на него новую антенну, как правило, с лучшими характеристиками, с иными размерами, весом. Возникает вопрос – способно ли будет поворотное устройство (ротатор) надёжно работать, вращать антенну и отвечать всем требованиям по надёжности, которые заложил в него производитель. В России получили широкое распространение ротаторы Yaesu. Их технические характеристики приведены ниже в таблице.

Тормозящий момент – произведение силы трения (торможения в нашем случае) на радиус плеча (радиус поворота антенны). При его расчёте учитывается момент инерции, угловое ускорение (торможение) и изменение угловой скорости за время торможения, масса.

Вращательный момент - векторная физическая величина, равная произведению радиус-вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы. Характеризует вращательное действие силы на твёрдое тело. В физике чаще оперируют понятием «момент силы». Вращающий» момент рассматривается как внешнее усилие, возникающее в механизме ротатора под действием приложенных нагрузок.

Вертикальная нагрузка определяется исходя из массы и распределения векторов воздействия различных сил, приложенных к вертикально расположенному элементу. Куда важнее учесть линейные силы на этот элемент, чем понять ту силу (меру силы), с которой этот элемент будет оказывать давление (воздействие в момент времени) на тот материал, на котором установлен.

В нашем случае достаточно иметь данные по реальному весу антенны, кабеля коаксиального, элементов поддержки бума (трос, талрепы, изоляторы). То есть, общую массу, которая воздействует на ротатор.

Площадь ветровой нагрузки – это суммарная площадь всей конструкции антенны в горизонтальной проекции (вид сбоку). Несомненно, что воздействие силы бокового ветра на антенну будет зависеть от угла поворота этой антенн, так как площадь воздействия изменится. Для расчёта выбирают ту проекцию, в которой эта площадь максимальна. В некоторых ситуациях (расположение на склоне горы) на антенну может ветер воздействовать как сверху, так и снизу.

К-фактор – параметр, определяющийся как произведение общего веса антенной конструкции на максимальный радиус поворота антенны. Таким образом, именно К-фактор способен по своей сути учесть меру воздействия не только момента инерции антенны при её вращении (старт и остановка), но и учесть большинство значимых сил приложенных к ней, её массу. Параметр характеризует надёжность системы.

Рассмотрим расчёт К-фактора исходя из следующих исходных данных:

• Антенна 6 элементов Yagi с длиной бума 19,4 метра, вес антенны 76 кг.
• Коаксиальный кабель 8D-FB.
• Вертикальная труба из Д-16Т длиной 6 метров, которая состоит из двух труб (одна в другой) диаметром 65 и 55 мм, толщина стенки 1,5 мм.
• Ротатор G-2800DXA

К-фактор= Rповорота х Wантенны

Для определения К-фактора находим каждую величину отдельно.

1. Определим радиус поворота.

2. Определим вес антенны.

Как уже говорилось ранее, требуется определить общий вес всей конструкции. Он складывается из:

• Вес антенны и такелажа (трос, талрепы, орешковые изоляторы, симметрирующие и согласующие устройства).

• Вес коаксиального кабеля.

• Вес вертикальной трубы, на которою установлена сама антенна.

  Определить точный вес уже готовой антенны крайне сложно, но реально. Мы знаем, из чего она состоит, количество элементов, монтажных площадок, размеры, дины, плотность материала. Несколько проще использовать те характеристики, которые указывал поставщик на упаковке, в технических характеристиках антенны. По расчёту веса труб из Д16Т можно воспользоваться той информацией, которую я ранее выкладывал тут. В нашем варианте мы взяли за основу тот вес, который был указан в накладной от транспортной компании, осуществлявшей доставку антенны. Вес антенны составил 76 кг вместе с тросом, изоляторами, талрепами.

  Вес коаксиального кабеля определяем по самим характеристикам кабеля 8D-FB. По паспортным данным 1 км весит 148 кг, соответственно 0,15 кг весит 1 метр. Определяем требуемую длину с учётом того, что нужно сделать бухту кабеля в точке подключения и оставить некоторый запас на формирование «улитки» вокруг ротатора, которая позволит вращаться антенне. Потребность составила 15 метров. Общий вес кабеля 2,25 кг.

Вычисляем вес вертикальной трубы, установленной в ротатор. К ней в горизонтальной плоскости крепится бум антенны. Используя данные из статьи, получаем, вес 1 метра труб из Д16Т:

65x1.5 0.819х6=4,914 кг и 55x1.5 0.701х6=4,206 кг. Общий вес трубы 9,12 кг.

Таким образом, общий вес антенны как конструкции определяется как сумма всех составных частей:

76кг + 2,25 кг + 9,12 кг = 87,37 кг

3. Определим К-фактор.

11,41 м х 87,37 кг = 997

Как видно из произведённых вычислений, мы не укладываемся в требуемое для G-2800 ротатора значение в 950. Ну а дальше начинается самое интересно – изучение инструкции к ротаторам Yaesu. Там есть такой текст:

We recommend that your antennas (mast) should not exceed 60 % of the maximum rating, to ensure a safety margin.

Т.е. сам производитель рекомендует, чтобы Ваши антенны (мачты) не должны превышать 60% от максимально допустимых характеристик (смотри таблицу в начале статьи), чтобы обеспечить запас прочности и обеспечить надежность. Вероятно всего, в оставшиеся 40 %, производитель закладывает на то, что может повлиять на саму надёжность: порывы ветер, длина бума, увеличение веса антенны из-за обледенения. Даже несколько кг льда уже существенно повлияют на значение К-фактора. Для примера – 10 кг, что вполне реально может образоваться на антенне такой площади. Пересчитаем К-фактор: 11,41 м х (87,37+10) кг = 1111 , т.е. это уже 117% от той величины, которая заложена и определяет саму надёжность поворотного механизма.

Несомненно, что можно услышать в ответ – ерунда всё это, у меня ротатор от Yaesu и большие по весу и размер антенны вращает уже несколько лет..

Смотрите сами ..., производитель это не гарантирует и даёт определённые рекомендации. Если разница между стоимостью ротаторов невелика, то всё же следует иметь запас в эти самые проценты. Скупой платит дважды.