4.2. Радиовысотомер рв-5м

Назначение и решаемые задачи

Радиовысотомер РВ-5М предназначен для измерения истинной высоты полета ВС и устанавливается на самолетах и вертолетах. Он выдает экипажу и в бортовые системы ВС:

• визуальные данные о текущей высоте полета с одного или двух указателей (индикаторов) высоты;

• информацию о текущей высоте в виде постоянного напряжения положительной полярности на приборы ПКП, системы автоматического управления САУ (САУ-42 самолета Як-42, систему АБСУ-154 самолета Ту-154М), системы сигнализации опасной скорости сближения с землей ССОС, систему МСРП-64 и на контрольный соединитель;

• информацию (световую и звуковую) о пролете ВС заранее установ­ленной высоты;

• значение высоты принятия решения ("H_реш''), называемой еще опасной высотой, на указатели высоты, световое табло "Н_реш" прибор­ной доски ВС, телефоны (звуковой сигнал), в системы АСУ и на контрольный соединитель;

• сигнал "Исправность" радиовысотомера на прибор ПКП (бленкер "РВ"), системы САУ, ССОС и контрольный соединитель;

• сигнал "Отказ" радиовысотомера в систему МСРП и контрольный соединитель;

• флажковую (бленкерную) сигнализацию о неисправной работе радиовысотомера;

• сигнал "Контроль" для отключения изделия от бортовых систем при его проверке в режиме "Контроль".

Состав и основные параметры

В комплект радиовысотомера входят (рис. 4.8): приемопередатчик ПП-5М 3, указатель высоты УВ-5М 5, антенны передающая и приемная рупорные АР5-1 (2 шт.) 4, рама амортизационная РА-5 2 с ВЧ кабелями 1. Кроме того, на ВС для радиовысотомера используются распредели­тельная коробка и контрольный соединитель.

Рис. 4.8. Комплект радиовысотомера РВ-5М

Основные технические характеристики радиовысотомера

Диапазон измеряемых высот, м............................ 0...750

Погрешность измерения высоты, м:

-по аналоговому выходу на высотах:

от 0 до 10 м........................................ ± 0,6

свыше 10 м........................................ ± 0,06 H

-по указателю высоты на высотах:

от 0 до 10 м........................................ ± 0,8

свыше 10м........................................ ± 0,08 %Я

Погрешность выдачи сигнала опасной высоты (высоты "Н_реш") относи­тельно текущей высоты на высотах

от 5 до 10 м........................................ ± 0,5

свыше 10м........................................ ± 0,05 %Н

Диапазон излучаемых передатчиком частот, МГц..........4200...4400

Чувствительность по линии задержки К-5 с эквивалентом высоты 30...40 м, дБ.............................................. 87

Выходная мощность передатчика, Вт......................... 0,15

Потребляемая мощность от сети:

115 В, 400 Гц, В-А...................................14

+27 В, Вт..........................................30

Масса комплекта, кг....................................9

Структурная схема

Радиовысотомер РВ-5М представляет собой радиолокационное устройство непрерывного излучения с частотной модуляцией излучаемого сигнала по несимметричному пилообразному закону.

Схема высотомера представлена на рис. 4.9, выполнена в виде отдельных блоков и модулей и содержит: передатчик Прд (модуль М45203), высокочастотную головку ВЧГ (модуль М45110-1), блоки резонаторов БР-037, усилителя низкой (разностной) частоты УНЧ-037М, измерения БИ-037В, связи БС-037, питания БП-037 и указатель высоты УВ-5М в виде отдельного блока.

Рис. 4.9. Структурная схема радиовысотомера РВ-5М

В основу работы схемы радиовысотомера положен принцип следящего измерителя высоты с постоянной частотой преобразованного (раз­ностного) сигнала и управляемым периодом закона частотной модуля­ции. Информация о высоте полета содержится в длительности рабочего хода модулирующего напряжения (см.§ 4.1).

Передатчик формирует частотно-модулированные сигналы (ЧМС), частота которых изменяется по несимметричному пилообразному закону (рис. 4.10). Напряжение модуляции формируется модулятором, расположенным в блоке БИ-037В. Сигналы ЧМС передатчика в качест­ве гетеродинного сигнала поступают в блок ВЧГ, состоящего из делите­ля мощности ДМ и смесителя См (см. рис. 4.9). Через делитель мощнос­ти эти сигналы поступают на передающую антенну, смеситель и в блок резонаторов. Отраженный от земной поверхности сигнал ЧМС через приемную антенну поступает на вход смесителя. В нем отраженный и гетеродинный (прямой) сигналы преобразуются в напряжение разност­ной частотой F_p, значение которой пропорционально высоте полета, что определяется выражениями:

; .

В радиовысотомере разностная частота F_p поддерживается постоянной и равной переходной частоте F₀ частотного дискриминатора, поэтому

Из этого следует, что длительность рабочего хода модулирующего напряжения Т_м пропорциональна измеряемой высоте. Следовательно, измерение текущей высоты полета сводится к определению длительности рабочего хода модулирующего напряжения Т_м при условии поддержания равенства F_p = F₀ и постоянства полосы частотной моду­ляции Δf. Измерение длительности рабочего хода модулирующего напряжения T_м происходит в блоке БИ-037В, для нормальной работы которого напряжение частотой F_p усиливается в блоке УНЧ-037М.

Постоянство частоты F_р обеспечивается контуром стабилизации, представляющим собой схему частотной автоподстройки ЧАП.

Контур стабилизации частоты образован передатчиком, передающей антенной, пространством распространения сигнала при прохожде­нии им от ВС до земной поверхности и обратно, приемной антенной, смесителем блока ВЧГ и схемой обработки сигнала разностной частоты, которая включает в себя блоки УНЧ-037М и БИ-037В. Основ­ными узлами блока БИ-037В являются: частотный дикриминатор ЧД, устройство захвата УЗ, устройство поиска УД, интегратор, экспонен­циальный преобразователь, модулятор, измеритель и формирователь сигналов.

Для радиовысотомера РВ-5М, как и любому следящему радиовысо­томеру, характерны два основных режима работы при измерении высоты: "Поиск и захват" сигнала по частоте и "Слежение" за частотой.

Режим "Поиск и захват" сигнала по частоте включается при потере сигнала разностной частоты или при включении радиовысотомера и осуществляется схемами поиска и захвата. При этом частота F не попадает в полосу пропускания усилителя УНЧ, отличается от частоты F₀ частотного дискриминатора и не попадает в полосу пропускания полосового фильтра устройства захвата, настроенного на частоту 30 кГц с полосой пропускания примерно 6 кГц. Устройство захвата формирует так называемые сигналы "Захват" и "Разрешение". Сигнал "Захват" поступает на Кл1 _и устройство поиска.

Если амплитуда сигнала F_p меньше порога захвата, определяемого опорным напряжением U_оп сигнал "Захват" не выдается и закрыт ключ, через который дискриминатор подключается к интегратору. При отсутствии сигнала "Захват" устройство поиска переводит интегратор в режим автогенератора пилообразного напряжения, который формирует напряжение поиска U₁ (рис. 4.11), представляющее собой несиммет­ричное пилообразное напряжение. Оно поступает на экспоненциаль­ный преобразователь. Его выходное напряжение U₂ подается на моду­лятор. Он формирует пилообразное напряжение U₃, крутизна которого, а следовательно, и длительность рабочего хода Т_м изменяются, что приводит к изменению частоты передатчика. При этом изменяется спектр сигналов разностной частоты по оси частот из области высоких в область низких частот. Это происходит до тех пор, пока частота F_p не попадет в полосу пропускания усилителя УНЧ, частотного дискрими­натора и устройства захвата. При попадании ее в полосу пропускания и если амплитуда сигнала частоты F_p превысит порог захвата, уст­ройство захвата выдает сигнал "Захват", который поступает на Кл1 и устройство поиска. Ключ открывается и подключает к интегратору частотный дискриминатор, а устройство поиска фиксирует напряжение на выходе интегратора в момент t₁ срабатывания устройства захвата, и радиовысотомер переходит в режим "Слежение", т. е. замыкается контур автоматической стабилизации разностной частоты.

В режиме "Слежение" сигнал разностной частоты усиливается УНЧ, коэффициент усиления которого автоматически регулируется при изменении высоты и не зависит от уровня принимаемого сигнала. Для этого используется напряжение экспоненциального преобразова­теля. Частота усиленного сигнала F_p в частотном дискриминаторе сравнивается с его переходной частотой F₀. Его контуры настроены на частоты 25 и 35 кГц (рис. 4.12) (переходная частота F₀ равна 30 кГц).

Если частота F_p не равна частоте F₀, то на выходе дискриминатора формируется положительное или отрицательное напряжение в зависимости от отклонения частоты F_p относительно частоты F₀. Это напряже­ние называют сигналом ошибки, который поступает в интегратор. В нем изменяется значение напряжения, зафиксированного в момент захвата сигнала разностной частоты, что приводит к изменению напря­жения экспоненциального преобразователя. Под действием сигнала ошибки дискриминатора изменяется длительность рабочего хода Т_м модулирующего напряжения таким образом, чтобы свести сигнал ошибки к нулю. В этом случае обеспечивается равенство частот F_p и F₀ и, как это следует из формулы (4.10), длительность рабочего хода Т_М модулирующего напряжения пропорциональна высоте (см. рис. 4.7), т.е. Н = КТ_м.

Для извлечения информации о высоте Н из длительности рабочего хода Т_м модулирующего напряжения необходимо, чтобы полоса частотной модуляции Δf была постоянной. Для этого используют блок резонаторов БР-037, который содержит два резонатора. Один из них настроен на частоту f₁ другой – f₂ (рис. 4.13). Разность частот настройки резонаторов определяет эталонную полосу частотной модуляции f_э. При достижении частоты сигнала передатчика значений, близких к частотам настройки резонаторов, на их выходах образуются сигналы, которые поступают в модулятор, в схеме которого формируется импульс "Измерительный интервал" T_и. Заменяя в формуле (4.10) Δf на Δf_э, получим выражение для длительности импульса "Измеритель­ный интервал":

Таким образом, длительность импульса Т_и пропорциональна высоте полета Н. Этот импульс поступает в измеритель, где преобразуется в постоянное положительное напряжение, значение которого пропорционально длительности импульса Т_и и высоте полета. Оно поступает на указатель УВ-5М, в системы САУ, ССОС, МСРП и приборы ПКП.

Измеритель включается импульсом "Разрешение", который форми­руется устройством захвата, и он поступает на измеритель через 35...85 мс относительно выдачи сигнала "Захват". Это необходимо для уменьшения пульсаций выходного напряжения измерителя, обусловленных амплитудными флюктуациями сигнала разностной частоты. I Указатель УВ-5М представляет потенциометрическую следящую систему, которая преобразует напряжение измерителя в угловое отклонение стрелки. Шкала указателя градуирована в метрах в преде­лах 0...750 м (см. рис. 4.8).

В радиовысотомере предусмотрена система автоматического контроля, которая, оценивая исправность высотомера, выдает сигналы "Исправность" или "Отказ" в зависимости от его состояния и наличия радиолокационного контакта с земной поверхностью. Эти сигналы формируются в устройстве захвата при наличии сигналов "Захват" и "Измерительный интервал", который со схемы модулятора поступает на устройство захвата.

При отсутствии радиолокационного контакта с земной поверхностью или при неисправностях в блоках передатчика, ВЧГ, БР-037, УНЧ-037, БИ-037 и БП-037 схема захвата выдает сигнал "Отказ" в виде напряжения +27 В, который подается на указатель УВ-5М, в систему МСРП и на контрольный соединитель, к которому подключается контрольно-проверочная аппаратура. Под действием сигнала "Отказ" на УВ-5М появляется бленкер (окно с флажковым сигнализатором), а стрелка указателя перемещается в сторону увеличения высоты в темный сектор (см. рис. 4.8). Это является внешним признаком неисп­равности радиовысотомера. Так как сигнал "Исправность" при этом не выдается, то одновременно на приборах ПКП (самолет Як-42) появляется бленкер "РВ", что является дополнительным средством инфор­мации об отказе радиовысотомера.

При наличии радиолокационного контакта с земной поверхностью и нормальной работе указанных блоков схема захвата снимает сигнал "Отказ" и выдает сигнал "Исправность", который поступает в системы САУ, ССОС, приборы ПКП и на контрольный соедилитель. При этом на указателе УВ-5М закрывается окно флажковым сигнализатором (бленкером), убирается бленкер "РВ" на приборах ПКП, а в системах САУ, ССОС и МСРП информация о текущей высоте полета используется для решения задач самолетовождения (при наличии сигнала "Отказ" информация о высоте полета в указанных системах не используется).

Сигнал "Исправность" устройством захвата выдается через 1...2 с после выдачи сигнала "Разрешение", что необходимо для восстановления переходных процессов в измерителе.

В радиовысотомере имеется встроенная система контроля работоспособности (режим "Контроль"), которая позволяет осуществить общий контроль функционирования высотомера как в полете, так и на земле. В режиме "Контроль" оценивается исправность всех блоков приемопередатчика. Для перевода высотомера в режим "Контроль" на указателе УВ-5М нажимают кнопку SB1 "Контроль" (см. рис. 4.9). При этом сигнал "Контроль" в виде напряжения +27 В подается в блок БИ-037В, системы САУ и ССОС. В блоке БИ-037В сигнал "Контроль" поступает на формирователь сигналов. Он выдает напряжение примерно 9 В, которое поступает на устройство захвата, интегратор, экспонен­циальный преобразователь и модулятор. Это напряжение отключает интегратор, а преобразователь формирует эталонное напряжение, которое поступает на модулятор. Он формирует модулирующее напря­жение с определенной длительностью рабочего хода. В схеме модуля­тора при этом формируется сигнал "Измерительный интервал", дли­тельность которого пропорциональна высоте (15±2) м. Этот сигнал в измерителе преобразуется в постоянное напряжение, которое посту­пает на указатель УВ-5М, и стрелка его должна установиться в преде­лах контрольного сектора шкалы (около 15 м) указателя (см. рис. 4.8). Устройство захвата при исправной работе блоков передатчика, ВЧГ, БР-037 и модулятора блока БИ-037 выдает сигналы "Разрешение" и "Исправность".

Радиовысотомер обеспечивает выдачу информации о пролете ВС заранее заданной опасной высоты (высоты принятия решения "Н_реш"), которая выдается в САУ на табло "Н_реш" приборной доски экипажа, а также на лампу сигнализации "Опасная высота" указателя УВ-5М и контрольный соединитель. Кроме того, в телефонах в течение 3...9 с будет прослушиваться тон частотой 400 Гц. Сигнал "Н_опасн" ("Н_реш") выдается при снижении ВС, когда текущая высота станет равной или меньше заданной. Заданная высота (Н_реш) устанавливается на указате­ле УВ-5М ручкой "Установка высот", совмещенной с кнопкой "Контроль", а значение ее контролируется по положению специального индекса шкалы указателя (см. рис. 4.8).

При совмещении стрелки текущей высоты с индексом с указателя выдается сигнал "Н_опасн", который поступает в САУ, на лампу "Опасная высота" указателя УВ-5М, в блок БС-037 и на контрольный соединитель. На указателе загорается лампа с желтым светофильтром. Кроме того, этот сигнал может использоваться для загорания табло "Н_веш" приборной доски экипажа ВС. Блок БС-037 при наличии этого сигнала выдает на телефоны через бортовое переговорное устройство перемен­ное напряжение частотой 400 Гц. Лампа (табло) горит до посадки и выключения радиовысотомера, а звуковая сигнализация продолжает­ся в течение 3...9 с.

При стоянке ВС на земле показания высотомера должны быть равными нулю, но частота F_p (Т_м) при этом не равна нулю, что вызвано запаздыванием отраженного сигнала, обусловленным длиной ВЧ кабелей, высотой расположения антенн. Погрешность в измерении высоты, обусловленная этим явлением, называют остаточной высотой Н_ост ВС, значение которой приводится в паспорте на ВС или в паспорте на радиовысотомер. Значение высоты Н_ост для самолетов Ту-154 состав­ляет 7,25 м, Ту-134 - 5,3 м и Як-42 - 6,3 м. Так как ее значение по­стоянное для типа ВС, то в радиовысотомере предусмотрена компенса­ция высоты Н_ост.

Для этого с потенциометра "0 Н" блока БС-037 положительное напряжение, значение которого пропорционально высоте Н_ост типа ВС, через коммутатор К (транзисторный) поступает в схему измерителя. Этим напряжением компенсируется напряжение измерителя, и его выходное напряжение станет равным нулю. Компенсацию высоты Н_ост производят в лабораторных условиях при калибровке радиовысотомера. В режиме "Контроль" коммутатором цепь компенсации (потенцио­метр "0 Н") отключается. Это необходимо для того, чтобы в режиме "Контроль" показания радиовысотомера соответствовали контрольно­му значению без учета высоты Н_ост.

При проверке параметров радиовысотомера применяют контрольно-проверочную аппаратуру (КПА): прибор ПС 11-02 из комплекта КПА-034 или прибор И-5 из комплекта КПА радиовысотомера РВ-5 (КПРВ-5). С этих приборов при проверке точности и длительности выдачи сигнала "Н_опас'' выдается отрицательное, плавно изменяющее­ся напряжение, имитирующее текущую высоту. В блоке БС-037 оно инвертируется и поступает на экспоненциальный преобразователь. Изменением напряжения U_уст Я аппаратуры КПА изменяется напряже­ние преобразователя, длительность рабочего хода Т_м модулирующего напряжения модулятора, длительность импульса "Измерительный интервал", постоянное напряжение измерителя, и стрелка указателя устанавливается в диапазоне измеряемых (имитируемых) высот. С аппаратуры КПА сигнал "Уст.Н" в виде напряжения +27 В поступает в схему формирования сигналов, которая выдает напряжение имитации выдачи сигнала "Исправность". Оно поступает в устройство захвата. Устройство захвата выдает сигнал "Разрешение" и "Исправность", интегратор отключается от преобразователя.

Блок питания БП-037 формирует следующие напряжения питания: +17, +15, -15, +6,8, -6,8, +45 и -5 В. На блок питания подается напряжение бортсети +27 В, а указанные напряжения формируются выпрямите­лями, стабилизаторами и преобразователями.

Для формирования переменных напряжений 10, 30 и 36 В, 400 Гц служит трансформатор TV1, который подключен к бортсети 115 В, 400 Гц. Он находится на монтажной плате приемопередатчика. Напряжение 10 и 30 В, 400 Гц используется в блоке БС-037; 36 В, 400 Гц - в указателе УВ-5М.