Введение к работе
Современная бортовая радиоаппаратура (FA) имеет различное назначение - это РА связи, телеметрии, управления посадкой и др. /спешное решение задач, поставленных перед гіперзвуковими летательными аппаратами (ГЛА), невозможно без эффективного функционирования размещенной на борту РА. Однако, обеспечить непрерывную сзязь с внешним пространством на протяжении всей траектории полета ЛА до сих пор полностью не удается. Это связано, .в первую очередь, с тяжелыми условиями эксплуатации закрытых диэлектрическим теплозащитным материалом бортовых антенн.
При прохождении плотных слоев атмосферы ГЛА подвергается аэродинамическому нагреву, что, во-первых, ухудшает температурный режим работы бортовых антенн, вызывая абляцию и температурные изменения электрических параметров диэлектрической теплозащиты, а, вс-згорых, приводит к ионизации воздуха, окружающего ГЛА, т.е. образованию плазмы. Плазма и нагретая теплозащита с расплавленной поверхностью увеличивают потери . , '
проходящего сигнала, вплоть до полного его экранирования. Поэтому связь с ГЛА в плотных слоях атмосферы прерывается на (10 * 12)с, что ведет к срыву в канале управления, потере и искажению во зреыенком масштабе телеметрической информации. Энергетика какала "борт.-. Земля" до сих пор неизвестна, т.к. неизвестен вклад потерь в теплозащите и потерь в плазме в суммарные потери з какала. Этот вклад весьма важно о высокой степенью точности оценить, поскольку способы уменьшения потерь в теплозащите и плазме совершенно различны. Для расчета потерь в плазме необходимо знать ее электрофизические параметры. Поэтому задача диагностики бортовой плазмы в настоящее время является очень важной. Все расчетные методы определения параметров плазмы обладают настолько низкой точностью, что являются наработоспособными, В связи с этим особую актуальность приобретает задача экспериментальной диагностики. Решение этой задачи п течение многих лет проводилось в Санкт-Петербургском институте авиационного приборостроения в рамках Целевой комплексной программы Минвуза РСФСР "Неразрушающие методы контроля".
JiS№J«4^l83SU3&5Q№ Целью работы является разработка метода и аппаратуры количеств енного восстановления профиля бортовой плазмы для оценки потерь в радиоканале "борт - Земля" ГЛА в плотных слоях атмосферы. .' В соответствии с целью работ поставлены следующие задачи:
1. Разработать метод активной диагностики бортовой плазмы, позво
ляющий количественно восстановить ее профиль цо направданию распро
странения эмэ, для чего:
построить электродинамическую модель многослойной среда о потерями (антенного окна под слоем плазмы);
решить задачу разделения комплексных коэф-фициэнтоэ отражения (ККО) отдачьных границ многослойной среда о потерями и определить ККО от границы с плазмой;
разработать алгоритм количественного восстановления профиля плазмы по ККО от границы с плізмой Н юд зондирующей волнь^
разработать программное обеспечение метода.
-
Разработать многоходовую диагностическую аппаратуру.
-
Оценить диагностические воаіожшош метода.
-
Разработать ыатролоияеокиэ основы метода.
-
Разработать методику проведе нт и обработки результатов эксперимента, выбрать реши ыногомодового зондирования, прсаести экопери-ыемальное восстановив ние профиля плазмы.
ЙШЗЗЗиШ8Ш1ЙЛЗЗЛ$одн. заключается в оледущем: I. Разработан активный многомодовый метод количественного восстановления профиля бортовой плазмы по экспериментально измеренным комплексным коэффициентом отражения системы бортовая антенна с теплозащитной вставкой - плазма, включающий:
рзсенш обратной задачи многоходовой диагностики плазмы при наличии заграждающей плазму двуслойной среда о погарами;
разработку методики разделенш комплексных коэффициентов отра-кенш ог границ многослойных сред, со держащих слои о потерями, по полному комплексному коэффициенту отражения многослойной среды',
разработку алгоритма воостановлвшя функции рассеяния и потенциала рассеяни плазмі по комплексным коэффициентам отражения Н юд зондлруюд8й волны;
определенна аналитических внразений для функции рассеяния и потенциала рассеяния сред о щльда потеряли;
нахождение количественной связи между потенциалом рассеяния плазмы и ее электрофизическими параметрами;
разработку методики численного решения интегрального уравнения 2-го рода и получение его аналитического решения для постоянных пределов интегрирования.
-
Определены принципы построения шюгомодовой диагностической аппаратуры.
-
Определены принципы построения програшного обеспечения метода.
-
Разработаны метрологические основы и
определены диагностические возможности метода, для чего:
разработана методика определения пространственного разрешения и пространственной глубины восстановления профиля плазш;
проведен анализ и предложены количественные критерии оценки составляющих методической погрешности восстановления;
проведен анализ составляющих приборной погрешности и количественно исследовано их влияние на общую погрешность восстановления профиля плазмы.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
-
Разработана многошдовая диагностическая аппаратура.
-
Разработана двухмодовая ( Н^ , Нгі ) антенна.
-
Разработан алгоритм количественного восстановления профиля бортовой плазш при наличии заграждающей плазму двуслойной среды с потерями.
-
Создано программное обеспечение метода в виде пакета вычислительных программ.
-
Разработаны рекомендации по выбору режимов зондирования для толстых и тонких слоев плазьюобразованиЗ.
-
Разработаны рекомендации по метрологическому обеспечении диагностической аппаратуры.
-
Получены экспериментальные данные, подтверждающие результаты теоретических исследований, техническую реализуемость метода и работоспособность созданной шюгомодовой диагностической аппаратуры.
Реализация результатов работы.
Результаты работы в виде измерителя комплексных коэффициентов отражения на двух модах зондирующей волны, методики измерений и обработки результатов совместно с разработанным программным обеспечением многомодовой диагностики плазш внедрены в Олытном конструкторском биро Московского энергетического института и лаборатории НИР кафедры "Конструирования и управления качеством РА" СПИАП. Б НИЛ кафедры также используется экспериментальная установка многомодовой диагностики лабораторной плазмы и результаты теоретических исследований, а в учебном процессе-пакег расчетных программ. Образцы даухмодовой антенны прошли бортовые испытания.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:
Всесоюзной научной конференции "Оптический, радиоволно-вый и тепловой метода нэразрушающего контроля качества промышленных изделий" в г. Могилеве, 1989 г.;
2-й Межотраслевой конференции "Теория и техника РЛС миллиметрового диапазона" в г. Львове, 1990 г.;
, - Всесоюзной научное конференции "Устройства и метода прикладной электродинамики" в г. Одеосе, 1991 г.
Методы исследований. Теория метода многомодовой диагностики строилась на основе универсального математического метода решения обратных задач рассеяния Гельфонда - Левитана,' Марченко, Еспользуютаго технику интегральных операторов преобразования П-го рода; такие в исследованиях использовались волновые уравнения Гельмгольца и Штурма - Лиувилля, 'методы решения трансцендентных уравнений, численные методы решения интегральных уравнений П-го рода; метод исключения Гаусса, матричный анализ с использованием формул Эйлера и формул Френеля, теория комплексного анализа и майорантные оценки, а также теория аппроксимации с использованием модуля непрерывности и функции Стеклова.
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 12 работ: 7 статей и 5 авторских свидетельств. .
Структура и объем работы. Диссертационная работа соотоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Диссертация изложена на 129 листах машинописного текста и содержит 19 листов рисунков,
