Введение к работе
Актуальность темы. Полет гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА) в атмосфере Земли сопровождается рядом факторов, существенно влияющих на функционирование системы связи "борт-Земля". К ним прежде всего следует отнести наличие плазменного образования и сильный аэродинамический нагрев поверхности ГЛА. который приводит к интенсивному оплавлению и уносу материала теплозащитного покрытая (ТЗП). Основными причинами, обусловленными плазмой и расплавом и затрудняющими функционирование бортовых радиотехнических систем (РГС) связи являются:
резкое ухудшение условий работы бортовых антенн (искажение диаграммы направленности, расстройка, уменьшение КПД, пробой);
резкое ухудшение условий распространения электромагнитных волн (ЭМВ) через двойной слой "плазма - расплав" (затухание, отражение, переотражение, изменение параметров сигнала).
В результате возможен отказ в работе бортовых РТС, заключающийся в потере радиосвязи в канале "борг - Земля", который вызывает:
срыв в канале управления;
поступление телеметрической информации в масштабе времени отличном от реального для испытательных ракет (ИР);
нарушение траєкторних измерений ИР.
Для борьбы с этим явлением необходимо знать электрофизические параметры полетной плазмы и слоя расплава теплозащитного материала (ТЗМ) покрытия непосредственно в месте установки антенных систем связи на борту ГЛА. Поэтому, задача по определению параметров полетной плазмы и слоя расплава ТЗИ антенн для обеспечения функционирования бортовых РТС связи ГЛА на всей траектории полета, несомненно, актуальна. Работа, направленная на решение этой задачи, проводилась в течение многих лет в Государственной Академии аэрокосмического приборостроения (г.Санкт-Петербург) в рамках Целевой комплексной программы Минвуза РСФСР "Неразрушающие методы контроля".
Цел}> работы заключается в разработке методов и средств определения электрофизических параметров полетной плазмы и слоя расплава ТЗМ для обеспечения функционирования бортовых РТС связи, установленных на летательных аппаратах (ЛА), движущихся с гипврзвуковыми скоростями в атмосфере Земли.
В соответствии с целью работы сформулированы следующие основные задачи исследования:
-
Разработать метод определения электрофизических параметров полетной плазмы и слоя расплава ТЗМ непосредственно в месте установки антенн связи на борту ГЛА.
-
Разработать аппаратуру зондовых датчиков.
-
Разработать метод калибровки зондовых датчиков.
-
Разработать метрологические основы метода.
-
Разработать стендовый комплект калибровки (СКК) зондовых датчиков.
-
Разработать методику обработки результатов исследований на СКК и в натурном эксперименте.
-
Разработать методику прогнозирования потерь ЭМВ в радиоканале связи "борт - Земля" при интенсивном нагреве ,поверхности ГЛА. используя результата зондовых измерений.
... Методы исследований. В диссертационной работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследований, для аналитических исследований использованы теория поля, физика плазмы. метрология, теплофизика,теория радиотехнических и спектрометрических измерений. Расчеты проведены на ЭВМ "Искра - 226" и СМ-2. Экспериментальные исследования проведены с использованием современной отечественной аппаратуры и специально разработанных аппаратурных комплексов.
Научна^ новизна. Научная новизна выполненного исследования состоит в следующем:
-
Разработан метод, позволявший определять электрофизические параметры плазмы и слоя расплава ТЗМ связных антенн на всей траектории полета ГЛА.
-
Разработаны принципы построения аппаратуры и конструкции датчиков, позволяющие определять параметры полетной плазмы и
расплава ТЗМ антенн связи.
-
Разработаны принципы и рекомендации и создан СКК зондо-, вых датчиков плазмы и расплава.
-
Разработана методика обработки результатов исследований на СКК и в натурном эксперименте.
-
Разработана методика прогнозирования потерь ЭМВ в радиоканале связи "борт - Земля", основанная на использовании результатов измерения параметров полетной плазмы и расплава ТЗМ антенн с помощью предложенных зондовых датчиков.
Практическая ценность работы. Практическая ценность работы заключается в том, что полученные результаты позволили:
разработать аппаратуру и зондовые датчики, реализующие предложенный метод;
определить электрофизические параметры плазмы и расплава-ТЗМ непосредственно в месте установки антенн связи радиоканала "борт - Земля" на всей траектории полета ГЛА;
проводить калибровку зондовых датчиков любых конструкций на разработанном стендовом комплексе калибровки;
прогнозировать потери ЭМВ в радиоканале "борт - Земля" при наличии участка "нагретый диэлектрик - плазма" по результатам натурного эксперимента для создания антенн с уменьшенными потерями;
дать рекомендации по установке антенн связи не борту ГЛА по результатам натурного эксперимента.
Реализация результатов, работы. Результаты диссертационной работы внедрены в Особом конструкторском бюро Московского энергетического института и лаборатории НИС кафедры "Конструирование и управление качеством РА" ГААП г.Санкт-Петербург.
В НИС кафедры иолзльзуется стендовый комплекс калибровки зондовых датчиков и результаты теоретических исследований.
Зондовые датчики прошли натурные испытания, которые показали, что их работоспособность сохраняется на всей траектории полета ГЛА.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на:
- Всесоюзной конференции по распространению радиоволн в
Г.Ленинграде на XIV в 1984 г. - 1 доклад, на XVI в 1987 г. в г. Алма-Ата - 1 доклад;
Всесоюзных семинарах "Технология неметаллических конструкций" в г.Обнинске в 1980 г. - 1 доклад, в 1S82 г. - 1 доклад, в 1985 г. - 1 доклад, в 1987 г. - 1 доклад;
Всесоюзной конференции "Метрологическое обеспечение температурных и теплофизических измерений в области высоких температур" в г.Харьков в 1986 г. - 2 доклада;
Научной сессии ВИЭИ "Ленин-89" в г. София (Болгария) в 1989 г. - 1 доклад;
Ш-ей Крымской конференции и выставке "СВЧ-техника и спутниковый прием" в г. Севастополе (Украина) в 1993г. - 2 доклада.
IY-ой Крымской конференции и выставке "СВЧ-техника и спутниковый прием" в г. Севастополе (Украина) в 1994г.-3 доклада.
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано И статей и 14 авторских свидетельств.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Диссертация изложена на 279 листах машинописного текста и содержит 119 рисунков и 3 листа приложений. Список использованной литературы включает 113 наименований.
