Введение к работе
Актуальность темы. Актуальна задача повышения безопасности полетов и выживаемости летательных аппаратов (ЛА) в экстремальных условиях. Создание ЛА и воздушных судов нового поколения, таких как крылатая ракета и экраноплан, позволило осуществить горизонтальный полет в области малых и сверхмалых высот со значительными скоростями. В этих условиях особую важность приобретает задача точного измерения высоты полета с помощью бортовых высотомеров.
Нередко возникает необходимость посадки летательного или космического аппарата (КА) на неподготовленные площадки или на аэродромы в условиях сбойной ситуации в наземном обеспечении. При этом вся информация о положении аппарата и его полетных параметрах обеспечивается исключительно бортовыми информационно-измерительными системами, в том числе, высотомерами малых высот. Актуальна задача повышения точности измерения высоты для посадки вертолетов на морские нефтяные платформы, посадки самолетов на аэродромы с ограниченными размерами, посадки самолетов и вертолетов на палубу. Решение задач маловысотной навигации в экстремальных условиях, когда существующие средства оказываются недоступными или малоэффективными, предполагает использование более эффективных нетрадиционных методов. В связи с этим была поставлена задача создания принципиально нового высотомера малых высот, сочетающего преимущества известных высотомеров и лишенного их недостатков.
Цель работы:
- создание помехоустойчивого необнаружимого рентгеновского высотомера нового типа, обеспечивающего измерение высоты (Н) от 0,5 до 30 м с погрешностью (26) не более 5 см + 0, 01 Н в любых погодных условиях над подстилающими поверхностями любого типа, в том числе, в условиях радиоактивного заражения.
Для реализации поставленной цели решаются следующие задачи:
-
Разработка принципов построения нового типа рентгеновских высотомеров;
-
Разработка модифицированного время-импульсного метода опре- . деления высоты;
-
Разработка инженерной методики проектирования этого типа высотомеров.
-
Теоретическое и экспериментальное исследования характера временного распределения поля обратнорассеянного импульсного рентгеновского излучения СЛР'Л) и методов получения информации о высоте ЛА над подстилающей поверхностью (ПП) из временных аппаратных спектров этого излучения.
-
Теоретическая оценка потенциальных возможностей этого типа высотомеров в части точностей и диапазона измерения высоты.
-
Разработка, изготовление и экспериментальное исследование образцов высотомера, включая исследование совместимости высотомера со штатными системами и оборудованием ЛА в условиях реального полета.
Методы исследования. Сложность физических процессов, лежащих в основе исследуемой технической системы, обусловили необходимость органического сочетания как теоретических, так и экспериментальных методов исследования, включая математическое моделирование и основанное на нем аналитическое исследование, вычислительные эксперименты, физическое моделирование и натурные эксперименты на реальных ЛА.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Создан новый способ непрерывного измерения высоты летательного аппарата, основанный на обработке временных спектров рассеянного импульсного рентгеновского излучения, для чего предложен комбинированный метод интенсиметрического и временного измерения высоты, основанный на интегрировании сигнала в неподвижных стробах с последующей обработкой информации.
-
Предложен и реализован принцип динамического отслеживания центра пика отраженного сигнала, обеспечивающий повышение точности и надежности.
Основные положения, выносимые на защиту, представлены в разделе "Научные результаты и их новизна'.'
Достоверность полученных результатов подтверждена вычислительными и натурными экспериментальными исследованиями; апробацией работы на Международных и Всероссийских конференциях, а также получением патента РФ на способ измерения малых высот и устройство для его осуществления и ряда других патентов и авторских свидетельств по теме диссертационной работы.
Практическая ценность результатов работы:
1. В результате работы создан новый класс бортовых высотомеров,
позволяющих решить задачу измерения высоты Пк над ПП в любых погодных, и в том числе экстремальных, условиях.
-
Предложенный принцип комплексирования глобальных навигационных спутниковых систем (ГНС) с рентгеновскими высотомерами малых высот, обеспечивая точную привязку по высоте, существенно облегчает аттестацию ГНС по, категориям ИКАО и повышает ее эффективность.
-
Создана научно-техническая база для расширения областей применения рентгеновских высотомеров путем создания на их основе бесконтактных уровнемеров агрессивных жидкостей для нужд, нефте-хи-мической промышленности и других подобных приборов общепромышленного применения.
Реализация результатов работы. Все полученные результаты использованы в ГНЦ ЦНИИ РТК при проведении НИОКР, входящих в тематический план института. Разработана конструкторская документация, изготовлены и испытаны опытные образцы высотомеров: измерителя текущего значения высоты и отметчика заданной высоты. Опытные образцы высотомера отметчика поставлены АО "ОКБ Сухого" для проведения лет-но-конструкторских испытаний.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на 6 научных конференциях, в том числе двух международных, и экспериментально подтверждены протоколами межведомственных летных испытаний в Летно-Исследовательском Центре ВНИИРА. Соискателем запатентованы способ измерения малых высот и устройство для его осуществления [31. Кроме этого, в соавторстве получен патент [7], включающий способ системной стабилизации приемо-передающего тракта и устройство для его осуществления, относящиеся к теме диссертации.
Публикации. По теме диссертации написано 9 работ, из них 6 печатных.
Личный вклад автора. Все научные результаты получены автором
самостоятельно. Работы по конструированию и созданию образцов высо
томеров, их экспериментальные исследования велись в рамках темати
ческого плана ЦНИИ РТК при непосредственном участии и под руководс
твом автора [2, 3, 4, 5]. ^
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 64 наименования. Диссертация содержит 131 страницу текста, 26 рисунков, 15 таблиц и 8 приложений.