Емкостной метод измерения сверхмалой высоты полета летательного аппарата гидроавиации

• Автор: Мушенко, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.12.04, 05.12.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 178 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I ЕМКОСТНОЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ СВЕРХМАЛЫХ ВЫСОТ ПОЛЕТА ЛЕТЕТЕЛЬНОГО

АППАРАТА

1.1. Сущность емкостного метода измерения сверхмалых высот полета гидросамолета.

1.2. Упрощенные модели

1.3. Выводы.

ГЛАВА II ДИСКОВЫЙ ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК С ДВУХСЛОЙНЫМ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМ

ЗАПОЛНЕНИЕМ.

2.1. Сведение краевой задачи к интегральному уравнению

2.2. Определение функции Грина

2.3. Способ приближенного решения интегральных уравнений
2.4. Особенности вычисления элементов матриц
2.5. Проверка разработанной методики, результаты расчета
2.6. Выводы.
ГЛАВА 1 ЕМКОСТНЫЙ ДИСКОВЫЙ ДАТЧИК НАИБОЛЬШЕЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ.
3.1. Уменьшение эффективной диэлектрической проницаемости изоляционного материала, заполняющего датчик
3.2. Оптимальная конструкция дискового емкостного датчика.
3.3. Сведение краевой задачи по определению заряда на диске к интегральному уравнению.
3.4. Расчетные соотношения
3.5. Описание программного продукта
3.6. Проверка методики расчета
3.7. Выводы.
ГЛАВА IV ВЛИЯНИЕ МОРСКОГО ВОЛНЕНИЯ НА РАБОТУ ДИСКОВОГО ЕМКОСТНОГО
ДАТЧИКА
4.1. Метод отыскания функции грина для взволнованной поверхности моря.
4.2. Функция Грина для случая взволнованной морской поверхности.
4.3. Вывод интегральных уравнений для гармоник плотности заряда на диске и на кольцах.
4.4. Приближенный способ замены интегральных уравнений системой линейных алгебраических уравнений
4.5. Представление обратных расстояний в цилиндрических координатах.
4.6. Вычисление некоторых интегралов
4.7. Описание программного продукта v
4.8. Результаты расчета
4.9. Выводы
ГЛАВА V ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЕМКОСТНОГО ДАТЧИКА СВЕРХМАЛОЙ ВЫСОТЫ ПОЛЕТА. АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ. СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
5.1. Исследование возможности реализации индуктивности.
5.2. Измерение ухода резонансной частоты.
5.3. Эксперимент по оценке чувствительности емкостного измерителя сверхмалых высот полета
5.4. Источники и оценка погрешностей.
5.5. Системотехнические характеристики.
5.6. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Исследованию возможности создания бесконтактного, всепогодного измерителя свсрхмалых высот полета летательного аппарата над водной поверхностью, у которого точность измерений будет только возрастать с уменьшением высоты полета, а также сочетающего в себе возможность определения параметров морского волнения непосредственно в месте пролета или приводнения и посвящена настоящая работа. В первой главе диссертации излагаются принципы, положенные в основу емкостного измерения сверхмалых высот полета, выведена основная рабочая формула измерителя. Приводится анализ чувствительности датчика сверхмалых высот полета на примере упрощенных моделей. Во второй главе излагается общий подход для решения краевой задачи по расчету электростатического поля, проводится расчет чувствительности дискового емкостного датчика с двухслойным заполнением. В третьей главе ведется поиск оптиматьной конструкции датчика по критериям максимальной чувствительности и неухудшения аэродинамики летательного аппарата. Приводится методика расчета элементов конструкции датчика. Путем решения краевой задачи проведен расчет чувствительности датчика. В четвертой главе исследуется влияние морского волнения на работу емкостного датчика сверхмалой высоты полета и максимальной чувствительности. Найдена функция Грина для случая взволнованной морской поверхности и, в результате, решена краевая задача для конструкции емкостного датчика, предложенной во второй главе, разработаны алгоритмы определения параметров морской поверхности - высоты волны, длины волны но направлению полета и абсолютной длины волны. В пятой главе дано краткое описание эксперимента по определению зависимости ухода резонансной частоты датчика максимальной чувствительности от расстояния до подстилающей поверхности. Предложены некоторые варианты схемного решения датчика, приведена методика расчета индуктивности контура, приводится методика оценки влияния различных факторов на точность измерений, даются рекомендации по уменьшению погрешности, приводится также методика оценки системотехнических характеристик. Хороню известно, что любая антенна, кроме полей излучения (полей дальней зоны), создает еше и ближние ноля (поля ближней золы, как еще говорят). В силу того, что на сверхмалой высоте регистрация полей излучения не позволяет е требуемой точностью измерять сверхмалую высоту полета гидросамолета, совершенно естественно попробовать работать с полями ближней зоны, которые имеют квазистатический характер, и для описания свойств антенны, обусловленных ими, допустимо использовать язык и понятия теории электрических цепей. С уменьшением расстояния до своего источника (антенны) ближние поля возрастают значительно быстрее полей излучения. Это и позволяет нам считать, что если работать с полями ближней зоны, точность измерений с уменьшением высоты полета будет только возрастать. Наоборот, с увеличением расстояния до антенны ближние поля убывают гораздо быстрее полей излучения. Поэтому подобные измерители не дадут возможность измерять большие высоты полета (что делается чрезвычайно легко с помощью радиовысотомеров, работающих с полями дальней зоны). Если размеры антенны много меньше длины излучаемой волны X, электрические и магнитные поля ближней зоны хорошо известны. Они имеют квазистатический характер, для расчета их пространственного распределения допустимо пользоваться уравнениями и понятиями электро- и соответственно магнитостатики. Ближнюю зону считают расположенной от антенны до расстояний, примерно равных 0,2-Х. МГц (длина волны Х=0 0 м). Это, во-первых, гарантирует всепогодноегь измерения сверхмалой высоты полета. Во-вторых, всегда на самолете размер антенны много меньше 0 м. Для определенности примем в дальнейших рассуждениях рабочую частоту ^=3 МГц. V Ч у. Рис. Для системы из двух проводников, самолета и антенны (рис. Здесь индекс 1 соответствует первому телу (самолету), а индекс 2 - второму проводящему телу (т. С,„ С и С,2-С. Связь (1. На этой схеме каждому проводящему телу соответствует свой узел: первому телу - 1-й узел, второму телу - 2-й узел. Емкость С,2 (или С, что безразлично) включается между узлами 1 и 2. Емкость С,, включается между' узлом 1 и точкой (в пространстве), в которой при расчете ноля потенциал был принят равным нулю. Емкость включается между узлом 2 и той же точкой (в пространстве), в которой потенциал был принят равным нулю.