СПОСОБ ТЕПЛОРАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ РАДИОПРОЗРАЧНЫХ ОБТЕКАТЕЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
METHOD FOR CONDUCTING THERMAL-RADAR TESTS ON RADIOPARENT AIRCRAFT RADOMES

Изобретением является способ теплорадиотехнических испытаний радиопрозрачных обтекателей (РПО) летательных аппаратов.
Изобретение относится к области авиационной техники и радиолокации, а более конкретно к технологиям создания РПО, защищающих бортовую аппаратуру в полете.
Особенно высокие тепловые и механические нагрузки РПО должен выдерживать в составе высокоскоростных летательных аппаратов. РПО выполняет две основные функции: он должен обеспечивать эффективную тепломеханическую защиту аппаратуры летательного аппарата при высоких температурах и давлении, создаваемых встречным нестационарным потоком воздуха в полете, а с другой стороны - должен сохранять неизменными заданные радиотехнические характеристики (РТХ) РПО, обеспечивающие высокоточные измерения кинематических характеристик цели бортовым радиолокатором, в частности угловые измерения, в различных режимах и условиях полета летательного аппарата.
РТХ РПО большого удлинения, обычно устанавливаемого на высокоскоростных летательных аппаратах, заметно ухудшаются (радиопрозрачность падает, ошибки угловых измерений растут), если РПО неравномерно нагревается встречным аэродинамическим потоком. Величина и законы изменения температуры на боковой поверхности РПО в результате аэродинамического нагрева зависят от ряда физических факторов: скорости и высоты полета, теплофизических свойств материала, конструкции отсека, конфигурации РПО и т.д.
Важное значение для обеспечения высоких РТХ РПО приобретают теплорадиотехнические испытания (ТРТИ), которые нужно проводить как в холодном состоянии РПО, после высокотемпературного нагревания, так и в процессе его высокотемпературного нагревания, для установления зависимостей изменения РТХ РПО от внешних воздействий.
В процессе проведения ТРТИ РПО исследуют:
- коэффициент радиопрозрачности РПО;
- точность угловых измерений (погрешности коэффициента преломления луча электромагнитной волны);
- искажения пространственной диаграммы направленности (ДН) антенной системы (АС), включая боковые лепестки АС;
- искажения пеленгационной характеристики АС;
- градиенты ошибок угловых измерений;
- крутизну пеленгационной характеристики, определяющую качественные показатели режима сопровождения цели.
Базовыми физическими (электродинамическими) параметрами, определяющими РТХ РПО, являются:
- диэлектрическая проницаемость ε;
- тангенс угла потерь tg (σ).
Задачей изобретения является разработка способа проведения исследований зависимости РТХ РПО от внешних (в данном случае тепловых) воздействий с целью получения данных для прогнозирования процессов ухудшения электродинамических характеристик РПО под воздействием высокотемпературного нагревания.
Для решения поставленной задачи большой интерес представляют технические решения, представленные в патентах: ЕР 2264472 G01R 31/12; 2009 г. - на устройство для измерения потерь; ЕР 2264480 G01S 7/40, 2009 г. - на устройство для оценки данных; US 7839137 G01R 19/60 2006 г. - на распределенную систему определения мощности СВЧ-сигнала; JP 4488177 G01S 3/06, 2004 г. - на устройство для угловых измерений; US 7761756 G01R 31/28, 2000 г. - на схему с последовательным тестированием - прототип настоящего изобретения.
Недостатком рассмотренных выше изобретений является недостаточно полная оценка электродинамических параметров исследуемого образца РПО, в частности отсутствие измерений в процессе изменения температуры в условиях высокотемпературного нагревания и при достижении сверхвысоких температур.
Предметом настоящего изобретения является способ проведения ТРТИ РПО, отличающийся тем, что он позволяет производить измерения РТХ как в холодном состоянии РПО, после нагревания, так и в процессе изменения (повышения или понижения) температуры, благодаря чему не только появляется возможность исследовать РТХ РПО при предельно высоких температурах, но и исследовать динамические параметры процесса нагревания РПО, то есть определить искомую зависимость изменений РТХ РПО от величины и скорости изменения температуры, что позволяет в дальнейшем скомпенсировать искажения РТХ РПО, возникающие в полете.
Пониманию функциональных особенностей изобретения способствуют фиг. от 1 до 7.
Для реализации предложенного способа измерений РТХ РПО создан специальный стенд (фиг.1), обеспечивающий выполнение следующих действий. Испытываемый образец РПО (6) устанавливают в имитатор рабочего (штатного) отсека (4), закрепляемый на опорно-поворотном устройстве (ОПУ) стапеля (3), и сопрягают с инструментальной (измерительной) головкой самонаведения (ГСП) (5), снабженной антенной системой типа АФАР, которая юстируется относительно линии визирования радиотехнического имитатора цели (РИЦ) (10). При включении стенда инструментальная ГСН, установленная в имитаторе штатного отсека с исследуемым РПО, излучает зондирующий сигнал, который отражается РИЦ и принимается ГСН ГПКР. Радиотехническая аппаратура ГСН анализирует параметры принятого отраженного РИЦ зондирующего сигнала и определяет исследуемые РТХ в одной точке поверхности РПО, через которую в данный момент в обоих направлениях проходит луч электромагнитной МПК: G01N 33/00 волны, излучаемой и принимаемой инструментальной ГСН. При вращении имитатора отсека летательного аппарата относительно оси, проходящей через фазовый центр антенной системы ГСН, синхронно с перемещением луча АФАР из одной измерительной точки на поверхности РПО в другую, измерения проводятся уже на множестве точек боковой поверхности РПО одновременно, что позволяет исследовать состояние разных областей боковой поверхности РПО с разной интенсивностью изменения температуры, а также снимать диаграмму направленности (измерять боковые лепестки) антенной системы, пеленгационную характеристику и ряд других параметров, определяющих РТХ РПО.
Обычно для обеспечения псевдонепрерывного контроля РТХ РПО при непрерывном изменении температуры в процессе нагревания или охлаждения исследуемого образца РПО с обеспечением вращения корпуса имитатора отсека с РПО в секторе углов ±30° в целях исключения искажений электромагнитного поля в раскрыве антенны инструментальной ГСП посторонними металлическими предметами (ТЭНы и их кабельная сеть) необходимо периодически отводить ТЭНы на определенное расстояние или разводить их на требуемый угол, что требует относительно больших затрат энергии и времени, в результате чего происходят трудно учитываемые нестационарные процессы остывания испытываемого образца РПО. Кроме того, из-за значительных размеров и массы используемых для нагревания ТЭНов эти операции становятся неоправданно сложными и сопряжены с большими потерями времени, что приводит к ухудшению точности измерений.
Предложенный способ проведения ТРТИ РПО обеспечивает значительное сокращение потерь времени на непроизводительные операции и базируется на выполнении периодически повторяющихся операций нагревания образца РПО в зоне нагревания (фиг.4) - и измерения РТХ РПО (фиг.2 и 3) в измерительной зоне, куда исследуемый РПО поступает в результате быстрого разворота имитатора отсека с исследуемым РПО вокруг оси стенда на 180° в горизонтальной плоскости без отвода ТЭНов (фиг 5). В зоне проведения измерений тот же поворотный механизм выполняет несколько циклов сканирования выбранных точек боковой поверхности исследуемого РПО радиолучом для определения распределения искажений РТХ по боковой поверхности исследуемого РПО, после чего с минимальными потерями времени, сопряженными с инерционными свойствами теплоотдачи материала РПО, стенд осуществляет разворот имитатора отсека с исследуемым РПО в зону нагрева. Благодаря использованию данного способа проведения измерений стенд ТРТИ позволяет собирать наиболее достоверную информацию о процессах изменения РТХ исследуемых РПО без необходимости учитывать нестационарные процессы остывания образцов в процессе проведения измерений.
Особенностью реализации предложенного способа является также то, что при вращении корпуса в пределах заданной зоны углов лучи, сформированные радиотехническими отражателями РИК, пропускаются одновременно через измерительные точки не одного, а нескольких продольных сечений конуса РПО, что позволяет сократить время исследований и делает их более подробными (см. фиг.6).
Вся собранная первичная и выходная дополнительно обработанная информация записывается в базу данных стенда, что позволяет осуществлять комплексные исследования и применять методы компенсации искажений РТХ РПО для каждой точки корпуса РПО индивидуально.
На фиг.7 показан примерный график нагревания одной из областей боковой поверхности исследуемого РПО, на котором показаны точки, в которых процесс нагревания РПО кратковременно прерывается для быстрого разворота имитатора отсека с исследуемым РПО с перемещением его в измерительную зону стенда для проведения измерений РТХ, из которой имитатор отсека с исследуемым РПО опять возвращается в зону нагревания.