книги из ГПНТБ / Основы теории и конструкции контрольно-проверочной аппаратуры авиационных управляемых ракет учебник

т е л а и представляет собой одну из форм записи закона Кирх­ гофа. Коэффициент излучения зависит от вида материала, обра­ ботки его поверхности и может меняться с изменением длины волны излучения и температуры.

По характеру изменения спектрального коэффициента излуче­ ния все источники могут быть разделены на три типа:

— абсолютно черное тело, когда s= 1 ;

— серые тела, если е< 1 и не зависит от длины волны;

— селективные излучатели, для которых s меняется с длиной волны.

Рис. 3.16. Спектральные характеристики абсолютно черного тела

Абсолютно черное тело, хотя и не существует реально в при­ роде, представляет интерес потому, что, во-первых, оно при дан­ ной температуре излучает максимальное количество энергии и, во-вторых, его излучение может быть рассчитано теоретически. Особенностями излучения абсолютно черного тела являются его неполяризованнооть, равномерность во всех направлениях, про­ порциональность квадрату коэффициента преломления среды и зависимость лишь от длины волны и температуры. Равномерность

121

излучения во всех направлениях характеризуется законом ЛаМ' берта:

где / —сила излучения;

S —площадь излучателя.

Для проверки параметров инфракрасных систем черные тела используются обычно в качестве имитаторов. Модель абсолютно черного тела с очень высокой степенью приближения можно осу­

(рис. 3.17). Попавший в отверстие полости лу­ чистый поток после многократного отражения

>на внутренних поверхностях полости практи­ чески полностью поглощается, и лишь малая часть анергии выходит из отверстия.

Если же нагревать стенки полости, то ее отверстие ведет себя, как черное тело с пло­ щадью, равной площади отверстия. Точность имитации определяется эффективным коэффи­ циентом излучения, зависящим от размера отверстия, формы и материала полости и

ния е полости черного тела не зависит от ма­ териала и свойств стенок, если температура ее отдельных частей одинакова. В- обычно используемых на практике моделях черного тела значения L/r больше 6 , а величина эффективного коэффи­ циента излучения е превышает 0,85.

Большинство источников типа «черное тело», применяемых для исследования параметров инфракрасных систем, имеет вид полости

хрома изолирована от сердечника тонким слоем асбеста 4. Для ограничения изменения температуры внутри полости в допустимых от номинального значения пределах перед отверстием полости по­ мещена ограничивающая диафрагма 2. Излучение данного черного тела следует закону Ламберта лишь в пределах небольших уг­ лов — около 5—10° от оси.

Применение тех или иных источников излучения в качестве ими­ таторов в инфракрасном диапазоне длин волн становится целесо­ образным, если они удовлетворяют следующим требованиям;

—имеют высокий коэффициент полезного действия в требуе­ мой области инфракрасного диапазона излучения;

—отличаются продолжительностью действия и стабильностью излучения во времени;

—обеспечивают удобство регулировки режима излучения;

—могут быть использованы совместно с оптическими систе­

мами.

В качестве имитаторов целей для исследования параметров инфракрасных систем используются также вольфрамовые газона­ полненные лампы накаливания и ксеноновые дуговые лампы. Воль-

Рис. 3.18. Конструкция абсолютно черного тела:

/ — в ы в о д ы к р е г у л я т о р у т е м п е р а т у р ы ; 2 — д и а ф р а г м а ; 3 — о т в е р с т и е д и а ­ ф р а г м ы ; 4 — а с б е с т ; 5 — с е р д е ч н и к ; 6 — п л а т и н о в ы й т е р м о м е т р с о п р о т и в л е ­ н и я ; 7 — э к р а н и з л а т у н и ; 8 — к о р п у с

фрамовые лампы накаливания являются источниками только ближ­ него инфракрасного излучения, так как стекло колбы не пропуска­ ет излучения с длиной волны более 4 мкм. Температура вольфра­ мовой нити накаливания может достигать 3300 К. Средний коэф­ фициент излучения вольфрамовой нити при температуре 2800 К в диапазоне длин волн 2—3 мкм равен всего лишь 0,23.

Для калибровки инфракрасной аппаратуры лампы могут ис­ пользоваться лишь при очень стабильном токе, протекаемом по нити, ибо плотность излучения лампы сильно зависит от тока. Га­ зонаполненная вольфрамовая лампа, имеющая плотность излуче­ ния 0,007 Вт/см2, в области длин волн 0,8—12 мкм излучает около 20% энергии в диапазоне 1,4—2,4 мкм и около 52% в диапазоне 2,4—12 мкм. Таким образом, в ближней инфракрасной области спектра излучения вольфрамовая лампа накаливания излучает

123

около 70% энергии. Излучение лампы в области от 4 до 12 мкм обусловлено нагревом колбы, температура которой достигает

150° С.

Ксеноновые дуговые лампы обладают интенсивным излучением в области длин волн до 1,5 мкм. В контрольно-проверочной аппа­ ратуре инфракрасных систем наведения лампы накаливания с вольфрамовой нитью используются совместно с оптической систе­ мой, образующей коллиматор (рис. 3.19). Световой поток от лам­ пы накаливания 1 через калиброванные отверстия ловушек 2, 3 попадает на плоокое зеркало 5, наклоненное к потоку под некото­ рым углом. Назначение ловушек заключается в предохранении оп-

Рис. 3.19. Оптическая система имитатора теплового излучения:

з е р к а л о ; 10 — з а щ и т н о е с т е к л о

тических деталей коллиматора от паразитного излучения цоколя и лампы накаливания. Отраженный от зеркала 5 световой поток фокусируется вогнутым зеркалом 4 в плоскости диафрагмы 6. От­ верстие диафрагмы диаметром 0,1 мм ограничивает ширину пучка лучей. Узкий пучок лучей отражается от выпуклого зеркала 9 на сферическое зеркало 7, которое формирует параллельный поток лучей, имитирующий цель, находящуюся на большой дальности. Через кварцевое защитное стекло 10 этот поток лучей направ­ ляется на вход оптической системы контролируемого инфракрас­ ного координатора цели ракеты. Бленда 8 служит для' ограничения засветки коллиматора от лучей со стороны защитного стекла.

Имитатор, предназначенный для проверки оптических коорди­ наторов целей (рис. 3.20), выполнен в виде цилиндрического кор­ пуса, в котором размещены излучатель, узел диафрагм и объектив. Излучателями имитатора являются черное тело (ЧТ), лампа на­ каливания Л1, излучающая энергию в инфракрасном диапазоне длин волн, и обычная лампа накаливания Л2. Черное тело пред­ ставляет собой металлическую коническую полость, на которую намотана нагревательная спираль. В черное тело вмонтирован датчик температуры—термистор R1 и датчики самоконтроля —

124

термисторы R2 и R3. Платиновый термистор сопротивления R4 служит для настройки автоматической системы регулирования тем­ пературы черного тела.

Узел диафрагм включает две диафрагмы, определяющие уро­ вень излучения черного тела, которые переключаются с помощью электромагнита ЭМ1. Между диафрагмами и черным телом уста­ новлено зеркало, которое с помощью электромагнита ЭМ2 может вводиться иди выводиться на оптическую ось имитатора, обеспе­ чивая смену излучателя. Для смены излучателя Л1 или Л2 имеет-

Рис. 3.20. Примерная схема имитатора теплового излучения:

/ — з е р к а л о ; 2 — л и н з а ; 3 — з е р к а л о ; 4 — с ф е р и ч е с к о е з е р к а л о ; 5 — в ы п у к л о е з е р к а л о ; 6 ■— з а щ и т н о е с т е к л о

ся зеркало с электромагнитом ЭМЗ. Объектив имитатора представ­ ляет собой зеркальную систему, позволяющую получить большое фокусное расстояние объектива при небольших габаритах корпуса.

Схема автоматической системы регулирования температуры черного тела имитатора (рис. 3.21) построена по принципу систе­ мы регулирования с отрицательной, обратной связью. Изменение температуры черного тела приводит к появлению на выходе инди­ катора рассогласования сигнала разбаланса, который че(рез со­ гласующий каскад подается на вход усилителя-формирователя. Усиленный до необходимой величины сигнал разбаланса поступает на фазовый детектор, где происходит сравнение фазы сигнала раз­ баланса с фазой опорного сигнала. В зависимости от фазы сиг­ нала разбаланса с выхода фазового детектора подается соответст­ вующий сигнал на усилитель мощности. Усиленный сигнал про­ изводит включение или выключение нагревателя черного тела, т. е. воздействует на черное тело в сторону уменьшения разбаланса. Питание индикатора рассогласования производится от источника импульсного напряжения.

Схема самоконтроля предназначена для грубого определения функционирования системы регулирования температуры черного

125

тела и представляет собой делитель напряжения R2, R4 и датчик температуры.

При работе имитатора на входе фазового детектора возможны три сочетания входных сигналов разбаланса Uy и опорйого напря­ жения Ux. В первом случае, когда температура черного тела ниже

Рис. 3.21. Схема автоматической системы регулирования температуры черного тела (ДГ — датчик температуры)

номинальной, сигнал разбаланса Uy находится в противофазе по отношению к опорному напряжению Ux. Схемы совпадения 1 и 2 (рис. 3.22) все время закрыты, и на вход собирательной схемы по­ ступают два высоких потенциала «ОВ». С выхода фазового детек-

Рис. 3.22. Функциональная схема фазового детектора

тора снимается низкий уровень напряжения 10 В. В это время с усилителя мощности на нагреватель поступает, ток и происходит разогрев черного тела.

При номинальной температуре черного тела сигнал разбалан­ са Uy отсутствует и на фазовый детектор поступает только опор­ ное напряжение Ux= —10 В частотой 400 Гц. В один полупериод опорного напряжения схемы совпадения 1 а 2 закрыты, обеспечи­ вая выходное напряжение, равное —10 В, в другой полупериод

126

открывается схема совпадения 2, и на выходе инвертора Я / напря­ жение будет равно нулю. Таким образом, с выхода ФД снимается напряжение прямоугольной формы частотой 400 Гц. При поступ­ лении на вход УМ такого сигнала на нагревателе выделяется по­ ловина номинальной мощности и обеспечивается более плавная регулировка температуры черного тела.

Повышение температуры черного тела выше номинального зна­ чения приводит к сдвигу фазы сигнала разбаланса Uy так, что он становится в фазе с опорным напряжением Ux. В первые полупериоды схема совпадения 1 открыта, а схема совпадения 2 закрыта, а во вторые полупериоды, наоборот, закрыта схема 1 и открыта схема 2 и с выхода ФД снимается высокий уровень напряжения «О». По этой команде происходит остывание черного тела.

§20. СТИМУЛЯТОРЫ ДИНАМИЧЕСКОГО РЕЖИМА

Вкачестве стимуляторов, имитирующих динамический режим проверяемых изделий, применяются стенды, обеспечивающие уста­

новку проверяемых изделий, имитацию аэродинамической нагрузки на рули,- перемещение имитаторов целей на различные величины углов с различными угловыми скоростями относительно проверяе­ мых изделий.

Примером выполнения такого стимулятора служит стенд (рис. 3.23). В состав стенда входят: станина 9, поворотная плат­ форма 5, механизм 1 установки изделия, кронштейн 6 для уста­ новки имитатора цели и пневмоазотный блок 10. В торцовой части станины со стороны механизма 1 расположен блок управления стендом. Внутри станины установлен блок электротаневмоклапанов.

Поворотная платформа 1 приводится в движение приводом, со­ стоящим из редуктора и двух двигателей. Редуктор обеспечивает вращение платформы со скоростью 6 град/с, если роторы двигате­ лей вращаются в одну сторону, и 1 град/с при противоположных направлениях вращения роторов двигателей. Привод имеет пнев­ матический фрикционный тормоз.

Механизм установки изделия состоит из нагружателя рулей изделия с приводом и механизма зажима. Нагружатель представ­ ляет собой крестовину с шестью парами плоских пружин и двумя кронштейнами для установки датчиков углов поворота рулей. На­ гружение рулей производится различными силами, имитирующими аэродинамические силы, действующие на рули ракеты в полете.

Для управления работой привода поворота платформы, привода поворота нагружателя и электропневмоклапанов стенда имеется блок управления. Для включения и контроля работы стенда пульт управления снабжен шестью кнопками управления. Рас­ смотрим работу электросхемы включения микровыключателей стенда в электросхему блока управления (рис. 3.24). По команде «X уст.», характеризующей положение «1 к» нагружателя рулей,

127

напряжение —27 В поступает через диод Д2 на обмотку реле Р1, которое срабатывает. Одновременно срабатывает реле Р17. Ре­ ле Р1 замыкает свои контакты, через которые подключаются об­ мотки возбуждения и цепь питания якоря двигателя нагружателя. Двигатель поворачивает нагружатель из положения «I к» в поло­ жение «X», при этом срабатывают микровыключатели В1 и В4. Команда «I к» снимается, лампа «I к» на пульте управления гас­

Рис. 3.25. Электросхема управления приводом платформы

выключатели В4 и ВЗ разрывают цепь питания реле Р17 и замы­ кают цепь питания лампы «X» на пульте управления. Реле Р17 разрывает цепи питания якоря двигателя нагружателя и вклю­ чает цепь его торможения. После выдачи команды «X» снимается команда «X уст.» и реле Р1 размыкает цепь обмотки возбуждения двигателя. Электросхема готова к исполнению команды «I к. уст.» или «II к. уст.». При наличии команды «II к» и поступлении «X» работает реле Р16, включенное симметрично реле Р17.

Электросхема управления приводом поворотной платформы (рис. 3.25) включает электродвигатели Ml и М2, которые рабо­ тают одновременно, причем направление и скорость поворота плат­ формы зависят от направления относительного вращения двига­ телей. На схему поступают четыре команды, каждая из которых характеризуется определенной скоростью вращения поворотной

129