CC BY
37
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ, ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИ-
- акустический шум до 140 дБ в диапазоне частот 100...10000 Гц;
- искро-взрыво-пожаробезопасность в средах «кислород - водород»;
- помехоустойчивость и электромагнитная совместимость;
- широкие диапазоны измерений, например, для давления от единиц мм рт. ст. до сотен МПа;
- многократность применения до 1000 раз;
- вероятность безотказной работы от 0,99 до 0,999 при обеспечении механической надежности до 0,99999.
УДК681.586.5.
Бростилов1 С.А., Бростилова1 Т.Ю., Бекбаулиев2 А. О., Ермекбаев1 С.Ш.
*ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
2Военный институт Сил Воздушной Обороны имени дважды героя Советского союза Т.Я. Бигельдинова, Актубе, Казахстан
СОЗДАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ НА ИЗДЕЛИЯХ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ И АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ
В данной статье проведен рассмотрен вопрос создания и внедрения волоконно-оптических систем и датчиков давления на изделиях ракетно-космической и авиационной техники. Дальнейшее совершенствование изделий РК и АТ требует от проектировщиков создания датчиковой аппаратуры с использованием новых материалов и методов измерений, физических эффектов и явлений, а также совершенствования приемов конструирования и технологических процессов. Одним из таких направлений следует считать внедрение волоконно-оптических технологий
Ключевые слова:
ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ, СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, ТЕЛЬНЫМИ КОМПЛЕКСАМИ
Непрерывное усложнение создаваемых летательных аппаратов (ЛА), исключительно высокая насыщенность их специальными техническими системами, информационно-измерительными комплексами, системами управления и контроля различных физических параметров, значительный рост взаимосвязей и взаимодействий этих систем, конструктивных элементов агрегатов и подсистем как внутри ЛА, так и в комплексе с наземными измерительными пунктами, требует увеличения объемов измерения и контроля параметров в различных системах ЛА.
Для реализации этих задач требуется создание и широкой номенклатуры датчиковой аппаратуры с высокими метрологическими и эксплуатационными характеристиками. Значительные отличия технических требований к датчиковой аппаратуре авиационных систем, особенно систем многоразового использования, привели к тому, что, начиная с 80-х годов, более 90 % датчи-ковой аппаратуры было разработано вновь, при этом потребовалось резко изменить традиционные подходы к конструированию и технологии изготовления датчиковой аппаратуры.
Роль основного информативного элемента о контролируемом или измеряемом физическом параметре выполняет датчик. При внешней простоте и миниатюрности датчик - это сложнейшее физическое устройство.
На изделиях РК и АТ датчик работает в жесточайших эксплуатационных условиях: в широких диапазонах температур, при больших температурных перепадах, вибрации, акустических шумах, линейных ускорениях, механических и гидравлических ударах и т. п., на датчик возможно воздействие агрессивных или криогенных сред и т.п. Кроме того, датчик должен иметь механическую прочность выше механической прочности в том месте, где он установлен, поскольку для выявления предельных нагрузок в аномальной ситуации датчик должен жить дольше, чем конструкция. Датчик должен отличаться минимальными массой и электропотреблением, что естественно, так как при тех количествах, в которых используются сегодня датчики на изделиях, не должны ухудшать тактико-технические характеристики изделий.
Основные дестабилизирующие факторы (температура и вибрация) на изделиях РК и АТ в 3...5 раз превышают соответствующие значения на изделиях других отраслей (рисунок 1.1).
Такие же соотношения характерны и для остальных дестабилизирующих факторов (давление, акустические шумы, термоудары и др.).
Сложность задач, решаемых проектировщиками для обеспечения работоспособности датчиковой аппаратуры при совместном воздействии всех факторов, можно показать на примере основных дестабилизирующих факторов и технических требований для ракет-носителей:
- диапазон воздействия температуры от + 700 до минус 150°С;
- вибрация до 150 д с частотой 5 до 25000 Гц (а в области двигателя 1200 д);
- ударные нагрузки до 100 д длительностью (0,5.5) мс;
Рисунок 1.1 - Влияние дестабилизирующих факторов (температуры и вибрации) в различных отраслях
1 ВОД абсолютного давления; 2 ВОД давления; 3 ВОД вибрации; 4 Система измерения перемещений; 5 Датчик силы; 6 Преобразователь частоты вращения; 7 Датчик быстропеременных давлений; 8 Преобразователь первичный быстропеременных давлений Рисунок 1.2 - Комплекс измерительных средств, используемых в ракетном двигателе "РД 180" для первой ступени ракетного комплекса "Атлас"
Контроль давления на борту летательных аппаратов занимает до 50% от общего числа всех измерений. Например, в ракетном двигателе "РД 180" первой ступени ракетного комплекса "Атлас" датчики измерения давления составляют порядка 30 % от общего количества средств измерения параметров двигателя, необходимых для обеспечения безопасности изделий, условий эксплуатации (рисунок 1.2). Это - медленноменяю-щееся давление, сопровождаемое пульсацией, быстроменяющееся давление с постоянной составляющей, быстроменяющееся давление без постоянной составляющей, импульсное давление, ударное или взрывное давление (рисунок 1.3).
Сегодня «электрические» датчики решают поставленные перед ней задачи. Но новые ИИС для СУ перспективных изделий РК и АТ выдвигают новые требования и перед средствами систем бортовых измерений, в том числе и перед датчико-вой аппаратурой. Это - повышение статических и динамических точностных характеристик в
условиях все ожесточающихся эксплуатационных воздействий, значительном увеличении срока эксплуатации, традиционное снижение массы, габаритных размеров, электропотребления, обеспечение гарантированного по качеству, достоверного результата измерений, гарантированное обеспечение искро- взрыво- пожаробезопасно-сти, механической прочности, безаварийности и т. п.
Особо сложными для датчиков давления при эксплуатации являются температурные внешние воздействия. При расположении измерительной аппаратуры на обшивке аэродинамический нагрев достигает 423...573 К (в зависимости от скорости). И при всех указанных выше условиях датчики давления являются средствами измерения с гарантированными точностным характеристиками на протяжении всего срока эксплуатации, который сейчас исчисляется годами, а в ближайшее время составит десятки лет.
а - медленноменяющееся давление; б - медленноменяющееся давление, сопровождаемое пульсацией; в - быстроменяющееся давление с постоянной составляющей; г - быстроменяющееся давление без постоянной составляющей; д - импульсное давление; ег ж - ударное или взрывное давление в рабочем диапазоне частот измерения давлений и дестабилизирующих факторов Рисунок 1.3 - Характер изменения давления во времени
Дальнейшее совершенствование изделий РК и АТ требует от проектировщиков создания датчиковой аппаратуры с использованием новых материалов и методов измерений, физических эффектов и явлений, а также совершенствования приемов конструирования и технологических процессов. Одним из таких направлений следует считать внедрение волоконно-оптических технологий.
Все возрастающие требования к уменьшению массы измерительных средств на борту летательных аппаратов, особенно требования к уменьшению «пассивных», но громоздких кабельных сетей, настоятельно требуют внедрения ВОИИС для СУ и, соответственно, разработки волоконно-оптических датчиков (ВОД), в том числе ВОД давления (ВОДД).
ЛИТЕРАТУРА
1. Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики: Физические основы, вопросы расчета и применения. М: 1990-169с
2. Волоконно-оптические датчики: настоящее и будущее //. экспресс-информ. сер. Приборы и элементы автоматики автоматики и вычислительной техники - М: ВИНИТИ 1987. - №4 - С. 1-9.
3. Система контроля температуры энергетических объектов на базе волоконно-оптических датчиков / Бростилов С.А., Бростилова Т.Ю.//Труды международного симпозиума «Надежность и качество» 2014. -Том 2. - Пенза: Изд-во ПГУ 2014 г., с.139.
4. Волоконно-оптический датчик деформации/ Бростилов С.А., Бростилова Т.Ю., Мурашкина Т.И.//Надежность и качество сложных систем. 2013. № 1. С. 93-99
УДК 629.783
Абдирашев О.К., Ергалиев Д.С., Амиржан Е.К., Султанова С.С., Сардаров A.A.
Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Астана, Казахстан
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ОЦЕНКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОДНООСНОЙ ОРИЕНТАЦИИ НАНОСПУТНИКА
В работе разработан алгоритм оценки определения одноосной ориентации наноспутника по анализу геометрической видимости с использованием управляемой ширины диаграммы направленности антенны. Было проведено исследование погрешности определения одноосной ориентации. Ключевые слова:
НИЗКОВЫСОТНЫЙ НАНОСПУТНИК, СПУТНИКОВАЯ РАДИОНАВИГАЦИЯ, НАВИГАЦИОННЫЙ ПРИЕМНИК, ОДНООСНАЯ ОРИЕНТАЦИЯ, ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ВИДИМОСТЬ
Введение. Алгоритм оценки определения одно- новывается на использовании информации о про-осной ориентации оси космического аппарата ос- странственном положении НС СРНС ГЛОНАСС и GPS
Г11.
