Исследование диаграмм рассеяния целей методом натурного функционального моделирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование диаграмм рассеяния целей методом натурного функционального моделирования

Актуальной проблемой современного высшего образования является отсутствие современного лабораторного оборудования. На протяжении нескольких поколений студентов, в рамках дипломного проектирования, ведется работа по разработке нового лабораторного оборудования. В качестве основного метода моделирования радиолокационной станции был выбран метод натурного функционального моделирования, основанный на облучении цели акустическими импульсами ультразвукового диапазона и измерении диаграмм акустического рассеяния. Кол

Коллективом студентов разработана и изготовлена лабораторная установка, обдающая высокой наглядностью, малыми габаритами и низкой стоимостью комплектующих. В качестве акустических излучателей и приемников были выбраны акустические пьезоэлектрические сенсоры парковочных локаторов автомобилей, работающие на частоте 44 кГц. Они обладают высокой эффективностью излучения, достаточно узкой диаграммой направленности и разрешены для применения в бытовой технике. При распространении в воздухе акустические колебания с частотой 44 кГц будут иметь длину волны порядка 0,7 см. Столь малая длина волны позволяет снизить требуемые размеры локационных целей и выполнить конструкцию лабораторной установки в настольном исполнении.

В качестве таких локационных объектов исследовались следующие цели: прямоугольная пластина, уголковый отражатель, а также две модели самолета (Nighthawk и СУ-24).

Описание лабораторной установки

Структурная схема измерительной установки представлена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема измерительной установки

Генератор ультразвукового излучения формирует пачку радиоимпульсов с частотой заполнения 44 кГц, который передается узконаправленным акустическим излучателем в среду распространения и облучает объект, зафиксированный в поворотном устройстве. Часть сигнала отражается и фиксируется чувствительным микрофоном, после чего поступает на предварительный усилитель и далее в полосовой фильтр. Уровень сигнала фиксируется на экране осциллографа.

Лабораторные исследования

Рассмотрим адекватность полученных экспериментальных данных на основе сравнения теоретической диаграммы рассеяния электромагнитной волны прямоугольной пластиной и экспериментальными данными диаграммы акустического рассеяния. В качестве экспериментального образца выбрана квадратная (10 см на 10 см) плоская пластина из твердой пластмассы. Пластина закреплена на двух тонких спицах в поворотном устройстве (рис. 2.). Экспериментальная диаграмма приведена на рис. 3.

Рис. 2. Экспериментальный образец пластины

Рис. 3. Экспериментальная диаграмма обратного рассеяния пластины

рассеяние радиолокационный пластина станция

Теоретически эффективную диаграмму обратного рассеяния плоской пластины можно рассчитать согласно следующему выражению [1]:

, (1)

где a - ширина пластины (0,1 м);

b - высота пластины (0,1 м);

- длина волны (0,074 м).

Теоретическая модель диаграммы рассеяния пластины представлена на рис 4.

Рис. 4. Теоретическая диаграмма обратного рассеяния плоской пластины

Сравнивая экспериментальную (рис. 3) и теоретическую (рис. 4) диаграммы рассеяния можно отметить, что диаграммы имеют примерно одинаковую форму (только экспериментальная диаграмма обладает более узким главным лепестком), кроме того у обеих диаграмм наблюдаются небольшие интерференционные лепестки (у основания), вызванные, вероятно, тем, что размеры пластины значительно больше длины волны. Таким образом, в силу схожести полученных экспериментальных результатов с теоретическими, можно сделать вывод об адекватности выбранного метода функционального моделирования.

Ниже приведены результаты исследования диаграмм рассеяния уголкового отражателя (рис. 5,6), а также моделей самолетов (рис. 7-10).

Рис. 5. Модель уголкового отражателя

Рис. 6. Экспериментальная диаграмма обратного рассеяния уголкового отражателя

Рис. 7. - Модель самолета Nighthawk

Рис. 8. Экспериментальная диаграмма обратного рассеяния модели самолета Nighthawk

Рис. 9. - Модель самолета СУ-24

Рис. 10. Экспериментальная Диаграмма обратного рассеяния модели самолета СУ-24.

Анализируя полученные в ходе исследования результаты, можно отметить, диаграммы рассеяния сильно зависит от геометрии локационной цели. Так, для пластинчатого отражателя наблюдается достаточно узкая диаграмма обратного рассеяния, основной лепесток которой направлен по нормали к поверхности пластины. Диаграмма рассеяния уголкового отражателя обладает достаточно широким лепестком диаграммы обратного рассеяния, направленного в сторону источника излучения.

Исследование диаграмм рассеяния моделей самолетов проводилось при одинаковой мощности излучателя. Так, диаграмма рассеяния самолета Nighthawk имеет весьма малую интенсивность, что объясняется его «клиновидной» формой фюзеляжа. Модель самолета СУ-24 интенсивно отражает с сбоку самолета, тогда как отражение с «хвостового» и «носового» направления минимальны.

Результатом работы была установлена возможность исследования диаграмм рассеяния целей методом ультразвукового функционального моделирования. Располагая данными диаграмм можно оценивать эффективную площадь рассеяния объектов, что является весьма важной задачей при проектировании летательных аппаратов с низкой радиолокационной заметностью. Разработанная лабораторная установка позволяет в лабораторных условиях исследовать диаграммы рассеяния различных целей.

Литература

рассеяние радиолокационный пластина станция

1 Е.Н. Майзельс, В.А. Торгованов. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. Под редакцией М.А. Колосова. Издательство «Советское радио» Москва - 1972.

Размещено на Allbest.ru