автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Модели и методики информационного обеспечения в технологии производства антенных обтекателей бортовых радиоэлектронных комплексов

На правах рукописи

Шингарссв Ренат Рифкатович

МОДЕЛИ И МЕТОДИКИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА АНТЕННЫХ ОБТЕКАТЕЛЕЙ БОРТОВЫХ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ КОМПЛЕКСОВ

Специальность 05.13.06 -'«Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические системы)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук

Санкт-Петербург 2008 г.

003460562

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Семенова Елена Георгиевна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Климов Евгений Николаевич

кандидат технических наук, доцент Добросельский Михаил Анатольевич

Ведущее предприятие:

ОАО «Холдинговая компания «Ленинец»

г. в « а

Защита состоится «30» октября 2008 г. в « "' »•'часов на заседании диссертационного совета Д223.009.03 при Санкт-Петербургском Государственном университете водных коммуникаций по адресу: 198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская, д. 5/7^

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В современных условиях повышения интенсивности воздушного движения, внедрения новых технических средств навигации и управления воздушным движением, а также новых правил выполнения полетов, комплексы, эксплуатируемые в настоящее время на самолетах гражданской и транспортной авиации, не могут в полной мере обеспечить действующие и перспективные требования.

Модернизация бортового радиоэлектронного оборудования и, в первую очередь, антенно-фидерных устройств является основным направлением совершенствования авиационной техники, позволяют при сравнительно небольших затратах повысить эффективность авиации. Антенно-фидерные устройства (АФУ), являясь наиболее сложной и дорогостоящей частью радиотехнических систем, в значительной степени определяют эффективность применения системы в целом.

Тактико-технические характеристики комплексов бортового радиоэлектронного оборудования определяют требования к антенным устройствам на всех этапах их жизненного цикла. Особая роль при этом принадлежит производству, где наряду с обеспечением требований к экономической эффективности возникает задача повышения точности радиотехнических характеристик и надежности антенного устройства..

Производство радиоэлектронных систем и комплексов специального и гражданского назначение в рыночных условиях устанавливает приоритетность технико-экономической оптимизации антенных устройств, решения конструкторско-технологических проблем обеспечения точности с учетом воздействия эксплуатационных факторов. Эти проблемы должны решаться в сочетании с обеспечением функциональных и радиотехнических характеристик.

Наибольшую остроту данные проблемы приобретают при создании сложнопрофильных элементов АФУ. бортового радиоэлектронного оборудования, к которым относятся отражатели зеркальных антенн и радиопрозрачные .антенные обтекатели. Высокие требования к точности изготовления элементов АФУ и сохранению этой точности в процессе эксплуатации радиоэлектронного оборудования определяют необходимость разработки и применения перспективных конструкционных материалов, прогнозирования их физико-механических свойств в процессе эксплуатации изделия.

Существенное влияние параметров и режимов технологического процесса формования, характеристик технологического оснащения, анизотропии физико-механических свойств материала, как в процессе изготовления, так и в период эксплуатации не позволяют использовать потенциально высокие возможности полимерных композитов для создания АФУ повышенного качества для бортового радиоэлектронного оборудования специального и гражданского применения.

Наряду с этим следует отметить и недостаточный уровень информационной поддержки в технологии производства антенных устройств из полимерных композитов, относительно низкий уровень моделирования физико-химических процессов формообразования, процедур управления качеством проектирования и производства.

Цель диссертационной работы заключается в повышении эффективности управления производством антенных обтекателей бортовых радиоэлектронных комплексов за счет рационального выбора параметров технологического процесса и организации операционного контроля электрофизических параметров.

• В соответствии с поставленной целью в работе поставлены и решены следующие основные задачи:

1. разработка методики структурирования функций качества антенных устройств бортовых комплексов, ориентированной на последовательное уточнение параметров изделия от вербальных характеристик до требований к технологии изготовления.

2. разработка критериев обеспечения качества антенных устройств бортовых радиоэлектронных комплексов.

3. разработка методик оптимизации технологического процесса формования антенных обтекателей бортовых комплексов по критерию коробления конструкции.

4. разработка методик и алгоритмов кластеризации параметров качества сложнопрофильных антенных обтекателей бортовых радиоэлектронных систем и комплексов.

5. разработка схемотехнических и конструкторских решений СВЧ датчиков контроля электрофизических параметров материалов стенок антенных обтекателей.

6. разработка и оптимизация конструкции СВЧ датчиков с подавлением поверхностной волны, возбуждаемой в радиопрозрачной стенке контролируемого антенного обтекателя.

Методы исследования. Методологическую, базу исследования: составляют теоретические основы технологии производства радиоэлектронных средств, основы теории управления процессами, теория вероятности и математической статистики, численные методы анализа и математического моделирования, теория планирования эксперимента и имитационного моделирования. Основные теоретические результаты подтверждены экспериментально и при внедрении основных выводов и положений диссертационной работы.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, обеспечивается выбором и соответствующим применением современных методов исследований, корректностью формулировок и логически строгим построением доказательств, утверждений и следствий, вводимых допущений и ограничений, обоснованным выводом соотношений и правил, на основании которых производится построение моделей; подтверждается

непротиворечивостью результатов компьютерного моделирования и экспериментальных данных, согласованностью полученных результатов с известными работами в данной предметной области.

Основные новые результаты, выносимые на защиту:

1. методика структурирования функций качества антенных устройств комплексов бортового оборудования на основе формализации иерархии описаний с учетом многоуровневой локализации показателей функционирования в пространстве свойств.

2. методики оптимизации технологического процесса формования антенных обтекателей бортовых комплексов по критерию коробления конструкции.

3. методики и алгоритмы кластеризации параметров качества сложнопрофильных антенных обтекателей бортовых радиоэлектронных систем и комплексов.

4. схемотехнические и конструкторские решения СВЧ датчиков контроля электрофизических параметров материалов стенок антенных обтекателей.

5. инженерная методика оптимизации конструкции СВЧ датчиков с подавлением поверхностной волны по критерию минимума погрешности измерения параметров радиопрозрачной стенки обтекателя. Научная новизна. Научная новизна работы заключается в создании и

внедрении научно обоснованных технических и технологических решений для проектирования, технологии изготовления и контроля сложнопрофильных антенных обтекателей бортовых радиоэлектронных комплексов. В результате проведенных исследований получены следующие новые научные результаты:

1. предложена и разработана методика структурирования функций качества антенных обтекателей бортовых радиоэлектронных систем и комплексов, обеспечившая последовательное уточнение параметров изделия от вербальных характеристик до требований к технологии изготовления.

2. предложены и разработаны критерии и методика параметрического синтеза технологических режимов формования антенных обтекателей, выполненных из полимерных композитов, позволившие обеспечить заданные уровни точности сложнопрофильных изделий.

3. предложены и разработаны методики и алгоритмы кластерного анализа параметров качества сложнопрофильных антенных обтекателей бортовых радиоэлектронных систем и комплексов.

4. предложена и разработана методика синтеза подавителя поверхностной волны, возбуждаемой при радиоволновом контроле стенок антенных обтекателей, позволившая повысить точность и достоверность контроля геометрических и электрофизических параметров радиопрозрачных стенок обтекателей;

Практическая ценность

1. определены границы применимости эпоксидных связующих, используемых при изготовлении антенных обтекателей из полимерных композитов.

2. разработана инженерная методика синтеза технологических режимов формования композиционного материала, отличающихся от рекомендуемых и обеспечивающих избирательное управление физико-механическими свойствами и короблением изделий из полимерных композитов.

3. предложены новые схемотехнические и конструкторские решения . СВЧ датчиков для радиоволнового контроля антенных обтекателей,

улучшившие метрологические характеристики систем контроля.

4. обоснованы требования к относительным погрешностям средств измерений, используемых при радиоволновом контроле геометрических и электрофизических параметров радиопрозрачных стенок антенных обтекателей.

Реализация результатов работы.

Научные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы реализованы при создании и модернизации технологических процессов производства антенных обтекателей и отражателей в ОАО «Корпорация «Фазотрон-НИИР», ЗАО «Котлин-Новатор». Апробация работы.

Научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Системные проблемы надежности, качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий в инновационных проектах» - «Инноватика 2007» (Дагомыс, 2007), научных семинарах кафедры «Ипноватики и управления качеством» Санкт-Петербургского государствешюго университета аэрокосмического приборостроения.

Публикации. По результатам проведенных автором исследований, опубликовано 8 работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК Минобрнауки РФ, и 2 тезисов докладов на Международной научно-технической конференции «Системные проблемы надежности, качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий в инновационных проектах».

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка использованной литературы и включает 172 страницы основного текста. Библиографический список включает 105 наименований.

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ввсдснин обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цель, основные задачи, объект и предмет исследования. Показана научная новизна и практическая ценность выполненной работы. Приведены основные положения, выносимые на защиту, и примеры практического использования результатов диссертационной работы.

В первой главе выполнен анализ тенденций развития бортовых радиоэлектронных комплексов и характерных особенностей транспортной авиации, связанных с длительными полетами вне оборудованных в навигационном отношении трасс с одновременным решением ряда специальных задач, определены требования к составу и характеристикам базового комплекса бортового оборудования.

Модернизация бортового. радиоэлектронного оборудования и, в первую очередь, антенно-фидерных устройств является основным направлением совершенствования авиационной техники, позволяющим при сравнительно небольших затратах повысить эффективность авиации специального и гражданского назначения

Требования обеспечения допустимых искажения сложнопрофильных поверхностей элементов АФУ дополняются необходимостью снижения массы и габаритных размеров антенного устройства в целом.

Сочетание требований высокой точности изготовления антенных конструкций, сохранения точности при эксплуатации радиоэлектронного комплекса и минимизация массы бортовой радиоаппаратуры предопределяют выбор полимерных композиционных материалов.

Современные бортовые радиоэлектронные комплексы различного типа и назначения в качестве важнейшей составной части включают систему «антенна-обтекатель».

Учитывая определяющее влияние этой системы на показатели функционирования БРЭК, рассмотрены возможности методов структурирования функций на примере антенных обтекателей (АО) бортового радиоэлектронного оборудования.

Предложена и разработана методика структурирования функций качества антенных обтекателей бортовых комплексов на основе формализации иерархии описаний с учетом многоуровневой локализации показателей функционирования в пространстве свойств.

Для оценки значимости инженерных параметров деталей конструкции (ИПДК) сформирована процессная матрица АО (табл. 1).

Показано, что из-за неопределенности изменений, возникающих в производственно-технологических системах изготовления АО, невозможна разработка универсального алгоритма выбора обоснованной стратегии реакции на возможные возмущения, что и определяет целесообразность применения ситуационного анализа, целью которого является разработка стратегий управления по фактическому состоянию производственно-технологического комплекса.

Таблица 1

Оценка значимости ИПДК в процессной матрице АО _

Ранжированная значимость по запросу \1уль-ГИ11ЛИ- <ант Пакоп-иенный вес %

Характеристика Уст-в ость к климат, воздейств Простр изб-сть Уст-вость к механ воздейств. 1оме-созащи цен-юсть Скорость сканиров

Радиопрозрачность 8 10 5 10 5 20000 40

Коробление % 5 5 10 5 7 8750 57

Плотность р; 6 6 4 6 8 6912 71

.Коэффициент армирования ув; 7 7 3 7 . 4 4116 79

Продольный КЛТР «1 10 : 8 '-у. 2 7 8 :у з у 3840 87

Поперечный мо-дул! упругости Е2 4 1 9 4 6 3456 94

Поперечный КЛТР а.2 9 9 1 9 2 1458 97

Прочность при растяжении ар 2 3 7 3 10 1260 99

Прочность при сдвиге тс 1 2 8 2 9 288 99.96

Ударная вязкость а 3 1 6 1 1 18 100

Суммарное значение 50098

Во второй главе показана возможность селективного управления физико-механическими характеристиками композиционного материала и элементов конструкций бортовых комплексов за счет корректировки параметров технологического процесса формообразования.

Во втором разделе приведены результаты исследования двух типов г эпоксидных связующих,.:используемых :при производстве препрегов: ЭНФБ (ТУ I-596-36-82) и :)ДТ-69Н (М) (ТУ 1-595-12-672-2002). Для этих связующих определены физико-механические свойства и терморелаксационные характеристики материалов на их основе, отверждаемых по традиционным и оптимальных режимам формования.

Для управления характеристиками изделий, в том числе и точностными, необходимы модели, отражающие зависимость этих характеристик от технологических факторов (температуры, давления, времени выдержки, скорости нагрева и охлаждения и др.). Однако сложность протекающих при формировании физико-химических процессов не позволяет достаточно точно описать влияние технологических факторов на основные характеристики полимерных композитов и качество изделий из них с помощью строгих математических моделей. Дисперсионный анализ не дает ответа на вопрос об оптимальном сочетании факторов, поэтому следует применять более сложные методы

исследования поверхности отклика (многофакторный регрессионный анализ и др.).

Разработана параметрическая модель технологического процесса формования сложнопрофильных элементов бортовых комплексов, позволившая исследовать свойства, как материала, так и элемента конструкции, определить оптимальные (по выбранному критерию) параметры технологического процесса и сформировать систему допусков на отклонения режимов формования.

При построении параметрической модели для 8-ми факторов принято ограничение 32 точками ядра плана эксперимента, что соответствует дробному плану 28"3. При выборе точек такого дробного факторного эксперимента (ДЭЭ) возникает задача оптимального расположения 32 точек в 256 вершинах. С учетом того, что стандартных планов для ядра в виде ДФЭ 28" не существует, в качестве ядра примем, близкий к О-оптимальному, обеспечивающий максимум определителя информационной матрицы.

Исследование зависимостей каждого оптимизирующего параметра от входных факторов проводилось с помощью построения групп плоских срезов девятимерной поверхности отклика, причем каждый срез группы соответствовал фиксированному значению одного из семи оставшихся факторов.

Анализ экспериментальных данных и регрессионных зависимостей величины коробления от технологических режимов формования подтвердил, что они носят экстремальный характер, а оптимизация режимов формования дает возможность уменьшить величину коробления на 30. ..35%.

В табл. 2 приведены оптимальные режимы формования композита на основе связующего ЭДТ-69Н(М) по отдельным физико-механическим характеристикам, полученным с помощью регрессионных зависимостей.

Таблица 2

Оптимальные режимы формования стеклотекстолита на основе

связующего ЭДТ-69ЩМ) по отдельным физико-механическим

Режимы формования Ув SP 1и Тс Е а X а

Т1,°С 90 70 70 70 90 90 70 80

tri, мин 50 60 60 40 50 50 60 40

Т2, °С 170 170 160 150 170 170 140 130

tr2, мин 200 300 300 180 200 160 160 140

tpO, мин 20 30 30 40 20 30 50 50

PI, МПа 0.5 0.2 0.3 0.3 0.5 0.5 0.2 0.1

tpl, мин 20 30 40 50 30 40 60 60

Р2, МПа 1.0 1.0 0.8 0.5 1.0 1.0 0.6 0.4

3

1,03 2,74

83-85,5 109-113

0,3-0,5 0,9-1,4

Для изготовления образцов использовано технологическое оснащение с внутренним подогревом. Температурные профили нижнего и верхнего подогревателя, а также временная зависимость вакуумирования представлены на рис. 2-3.

Для контроля формы . поверхности использованы методы, базирующиеся на использовании координатных измерительных машин и обладающие большой универсальностью и точностью. Для обеспечения минимального контактного давления измерительного наконечника на образец применялся электрический метод фиксации момента касания.

Обработка результатов измерений проводилась с помощью стандартной программы и заключалась в аппроксимации экспериментальных точек поверхностью второго порядка методом наименьших квадратов.

Для исследования влияния технологических режимов формования на величину коробления антенных обтекателей пассивного радиотеплового локатора земной поверхности (рис. 4), выполненных из полимерного композита, использована методика минимизации измерительного усилия на образец, решаемая при использовании контактных датчиков, и методика учета и компенсации влияния основных источников погрешностей, влияющих на результат измерения: непараллельность осей штанги, стойки и линейного измерителя.

Результаты измерения вносимого плоскими панелями ослабления сигнала сведены в таблицу 3.

Таблица 3

Ослабление, вносимое плоскими образцами композита

Толщина образца, мм

Диапазон частот с минимальным ослаблением, ГГц

Ослабление, дБ

107-110

0,3-0,5

Рис. 1. Измерительный стенд для контроля радиопрозрачности

180

0 160

з140

о. 120

я 100 а

80

1 60

| 40

? 20 0

Ш

60 120 180 время, г

240 300 360

■ фактич.

0 60 120 180 240 300 360 время, мин.

-теоретич.

• фактич.

а) б)

Рис. 3. Температура нижнего (а) и верхнего (б) нагревателя технологического оснащения

Рис. 4. Антенный обтекатель пассивного радиотеплового локатора

Рис. 3. Временная зависимость давления при

образцов

вакуумном формовании

Для оценки влияния параметров окружающей среды на модуль и фазу комплексного коэффициента отражения диэлектрической антенны, используемой при контроле параметров стенки обтекателя, выполнено численное моделирование с применением программы CST Microwave Studio.

В качестве исходных параметров приняты: s среды в интервале 1,0...5,0, длина диэлектрического стержня 110... 130 мм, начальный диаметр излучателя 14 мм, конечный диаметр излучателя 8... 10 мм, тангенс угла диэлектрических потерь среды 0,02...0,1. Эти значения полностью охватывают диапазоны возможных на практике значений параметров среды, окружающий излучатель. Полученные результаты позволили оценить влияние конструктивных параметров излучателя на результаты измерений и сформулировать рекомендации по проектированию СВЧ датчиков.

В третьей главе рассмотрены методы кластеризации объектов (вариантов технологических процессов) по количественным оценкам их схожести, и организация объектов классификации в кластеры в виде наглядных графических схем.

Выполненный анализ методов и критериев кластеризации подтвердил возможность обработки и структурирования значительных объемов экспериментальных данных, полученных при отработке вариантов технологий изготовления обтекателей бортовых комплексов.

Установлена предпочтительность использования расстояния Махаланобиса для описания как расстояния между объектами, образующими кластер, так и между кластерами.

Разработанные алгоритмы иерархической и неиерархической кластеризации реализованы в программном пакете Matlab, применительно к классификации вариантов технологического процесса формования сложнопрофильных антенных обтекателей бортового комплекса, выполненных из полимерного композита (рис. 5,6).

Иерархическая кластеризация

Неиерархическая кластеризация

а о,2 | "

I -Q.2

3 »0,4

--РЭ

* \ /■

37 40 N3 «в 49/' 52

'vTTr:-

Допусковыи интервал (%)

Допуагоаый млврмл {%)

Рис. 5. Зависимость смещения центра кластера для параметра коробления % при метрике Эвклида (РЭ) и Махаланобиса (РМ).

| 0,9

¡§0,8

3 »0,7

2 =

° 0.6 о

О 0,5

Иерархическая кластеризация

37 40 43 46 49 52 Допусковый интервал (%)

Неиерархическая кластеризация

Допусковый интервал (%)

Рис. 6. Зависимость СКО смещения центра кластера для параметра: коробления /_при метрике Эвклида (РЭ) и Махаланобиса (РМ).:.

Анализ зависимостей математического ожидания и СКО смещения центра кластера для параметра коробления подтвердил предпочтительность неиерархической кластеризации при использовании РМ для оценки как расстояния между объектами, образующими кластер, так и между кластерами. Описание этих расстояний в пространстве признаков с помощью РМ позволило получить СКО смещения центров кластеров на 35-40% меньшее по сравнению с результатами, основанными на расстоянии Эвклида.

В четвертой главе рассмотрены технические решения диэлектрических стержневых антенн для контроля радиотехнических параметров антенных обтекателей бортовых радиоэлектронных комплексов и оценка их метрологических характеристик.

Установлено, что для целей радиоволнового технического контроля сложнопрофильных антенных обтекателей, выполненных из полимерных композитов, предпочтительным является использование в качестве СВЧ датчиков диэлектрических; стержневых антенн, обеспечивающих необходимую локальность измерения за счет, концентрации поля в области свободного пространства, непосредственно примыкающей к излучателю..

Показано,.; что определяющий (до 70%) вклад в результирующую погрешность радиоволнового, контроля антенных обтекателей; вносит наличие локального максимума излучения вблизи кромки металлического волновода, возбуждающего диэлектрический излучатель; взаимодействие зондирующей электромагнитной волны с плоским срезом - кромкой изделия (или иными локальными нарушениями его регулярности) и возбуждение в стенке изделия поверхностной .электромагнитной волны.

Оценку пригодности СВЧ датчиков для целей радиоволнового контроля антенных обтекателей из полимерных композитов следует проводить по уровню введенного коэффициента неравномерности . амплитудного распределения поля в апертуре датчика.

Установлено, что использование в конструкции СВЧ датчика дополнительного диэлектрического вкладыша в излучатель и системы

поперечных щелей в металлическом возбуждающем волноводе обеспечивает уменьшение коэффициента неравномерности амплитудного распределения на 6...8 дБ за счет снижения уровня возбуждения кромки металлического волноводы и создания дополнительного компенсирующего поля; результирующая погрешность измерения параметров диэлектрической стенки АО снижена в 3...4 раза по сравнению с известными конструкциями СВЧ датчиков.

Управление уровнем возбуждения электромагнитной волны в кромке изделия обеспечивается в двухслойной электродинамической структуре СВЧ датчика, параметры которой на основании анализа условий распространения поверхностной электромагнитной волны оптимизированы по критерию минимума погрешности измерения параметров диэлектрической стенки антенного обтекателя.

На рис. 7 приведены результаты экспериментального исследования предложенного СВЧ датчика, проведенного на калиброванных диэлектрических кольцах.

Рис. 7. Погрешность измерения электрической толщины калиброванных диэлектрических колец: 1 - СВЧ датчиком без подавителя поверхностной волны; 2 - СВЧ датчиком с подавителем поверхностной волны ' Результаты экспериментальной проверки СВЧ датчика подтвердили эффективность его работы: погрешность измерения уменьшена в 3...4 раза по сравнению со значением погрешности СВЧ датчика, не содержащего подавитель ПВ, при этом максимальное значение погрешности измерения электрической толщины составило 0,4°, что соответствует требованиям достоверности радиоволнового контроля элементов антенных устройств, выполненных из ПКВМ.

В подразделе также разработана методика расчета значения электрической толщины подавителя поверхностной волны СВЧ датчика, оптимального по критерию минимума погрешности измерения для заданных диапазонов возможного изменения параметров диэлектрической стенки контролируемого изделия.

Результаты расчетов представлены на рис. 8.

О -I-1-1-1-1

4 ^иэлекгрич. гфоницаемость7 3

Рис. 8. Оптимальное значение геометрической толщины подавителя поверхностной волны (1п)тт в функции относительной диэлектрической

проницаемости материала стенки антенного обтекателя ¿\ при с, - 9 (1, 2, 3 - порядок электрической толщины подавителя поверхностной волны)

Выполненный анализ влияния неравномерности амплитудного распределения в апертуре СВЧ датчика на погрешность радиоволнового контроля АО и условий распространения поверхностной электромагнитной волны в двухслойной диэлектрической структуре «подавитель поверхностной - диэлектрическая стенка контролируемого изделия» подтверждают целесообразность разработки новых конструктивных решений СВЧ датчиков.

Практическая реализация и ' экспериментальные исследования предложенных и разработанных датчиков доказали целесообразность их использования с целью повышения точности и достоверности радиоволнового контроля элементов антенных обтекателей.

III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации ' изложены научно обоснованные технические и технологические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в повышение обороноспособности страны, обеспечивает повышение эффективности управления производством антенных обтекателей бортовых радиоэлектронных систем и комплексов за счет рационального выбора параметров технологического процесса и организации операционного контроля электрофизических параметров материала стенки радиопрозрачных антенных обтекателей.

В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты:

1. предложена и разработана методика структурирования функций качества антенных обтекателей бортовых радиоэлектронных систем и комплексов, обеспечившая последовательное уточнение параметров изделия от вербальных характеристик до требований к технологии изготовления;

2. предложены и разработаны критерии и методика параметрического синтеза технологических режимов формования антенных обтекателей, выполненных из полимерных композитов, позволившие обеспечить заданные уровни точности сложнопрофильных изделий;

3. предложены и разработаны методики и алгоритмы кластерного анализа параметров качества сложнопрофильных антенных обтекателей бортовых радиоэлектронных систем и комплексов;

4. предложена и разработана методика синтеза подавителя поверхностной волны, возбуждаемой при радиоволновом контроле диэлектрических стенок антенных обтекателей, позволившая повысить точность и достоверность контроля геометрических и электрофизических параметров радиопрозрачных стенок обтекателей;

5. определены границы применимости связующих, используемых при изготовлении антенных обтекателей из полимерных композитов;

6. разработана инженерная методика синтеза технологических режимов формования композиционного материала, отличающихся от рекомендуемых и обеспечивающих избирательное управление физико-механическими свойствами и короблением изделий из полимерных композитов;

7. предложены новые схемотехнические и конструкторские решения СВЧ датчиков для радиоволнового контроля параметров антенных обтекателей, которые улучшили метрологические характеристики систем контроля;

8. обоснованы требования к относительным погрешностям средств измерений, используемых при радиоволновом контроле геометрических и электрофизических параметров радиопрозрачных стенок антенных обтекателей.

Научные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы реализованы при создании и модернизации технологических процессов производства антенных обтекателей и отражателей, которые внедрены в ОАО «Корпорация «Фазотрон-НИИР», ЗАО «Котлин-Новатор».

IV. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

ОТРАЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ НАУЧНЫХ ПУБЛИКАЦИЯХ Научные статьи, опубликованные в изданиях, включенных в Перечень ВАК Минобрнауки РФ

1. Балашов В.М., Жук A.B., Шингареее P.P. Структурирование конструкторско-техиологических параметров антенных устройств бортового радиоэлектронного оборудования. Известия высших учебных заведений России. Сер. Радиоэлектроника, 2007. вып. 2. с. 69-77.

2. Балашов В.М., Семенова Е.Г., Шингареее P.P. Оптимизаций конструкций зеркальных антенн из полимерных композитов. Вопросы радиоэлектроники, сер. Радиолокационная техника, 2007.

выи. 3, С. 139-146

3. Балашов В.М., Заводов JI.B., Шингареев P.P. СВЧ датчики для экспресс-контроля параметров материалов. Вопросы радиоэлектроники, сер. Радиолокационная техника, 2007. вып. 3, с. 147-153.

4. Балашов В.И., Семенова Е.Г., Шипгареев P.P. Кластеризация параметров качества антенных устройств бортовых комплексов. Вопросы радиоэлектроники, сер. Общстсхничсская, 2008, вып. 1, с. 32-43.

Научные статьи

5. Шипгареев P.P., Балашов В.М. Разработка СВЧ датчиков для радиоволновОго контроля антенных обтекателей PJIC. Международный межвузовский сборник научных трудов «Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях». СПб: Судостроение, 2006, вып. 7, с. 20-28

6. Шипгареев P.P. Диэлектрическая стержневая антенна в качестве СВЧ датчика параметров антенных обтекателей. Международный межвузовский сборник научных трудов «Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях». СПб: Судостроение, 2006, вып. 7, с. 149-157

Материалы научно-технических конференций

7. Балашов В.М., Губкин П.В., Жук A.B., Шингареев P.P. Конкурентоспособные ресурсосберегающие микроволновые технологии. В кн. «Системные проблемы надежности, качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий в инновационных проектах». Труды Международной научно-технической конференции, М.: Энергоатомиздат, 2007. с. 24-26.

8. Балашов В.М., Смирнова М.С., Шингареев P.P. Информационная поддержка проектирования, производства и эксплуатации конструкционных элементов, выполненных из полимерных композитов. В кн. «Системные проблемы надежности, качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий в инновационных проектах». Труды Международной научно-технической конференции, М.: Энергоатомиздат, 2007. с. 62-64.

Печатается в авторской редакции

Подписано в печать 17.09.07. Печать цифровая. Формат 60 х 84 1/16 Усл.- печ. л. 1,04. Тираж 60 экз.

Отпечатано в типографии Ф ГОУ ВПО СПГУВК 198035, Санкт-Петербург, Межевой канал, 2

заключающихся в воздействии повышенных и пониженных температур, давления, влажности, механических нагрузок в виде вибраций и ударов, воздействия соляного тумана, ионизирующих излучений и др. эти проблемы должны решаться в сочетании с обеспечением функциональных и радиотехнических характеристик.

Наибольшую остроту данные проблемы приобретают при создании сложнопрофильных элементов антенных устройств бортового радиоэлектронного оборудования, к которым относятся отражатели зеркальных антенн и радиопрозрачные антенные обтекатели.

Высокие требования к точности изготовления элементов антенных устройств и сохранению этой точности в процессе эксплуатации радиоэлектронных систем и комплексов определяют необходимость разработки и применения перспективных конструкционных материалов, прогнозирования их физико-механических свойств в процессе эксплуатации изделия.

Существенное влияние схем армирования, параметров и режимов технологического процесса формования, характеристик технологического оснащения, конструкционной анизотропии физико-механических свойств материала как в процессе изготовления, так и в период эксплуатации не позволяют использовать потенциально высокие возможности полимерных композитов для создания антенных устройств повышенного качества для бортовых радиоэлектронных систем и комплексов специального и гражданского применения.

Наряду с этим следует отметить и недостаточный уровень информационной поддержки в процессах конструирования и технологии производства антенных устройств из полимерных композитов, относительно низкий уровень моделирования физико-химических процессов формооб-разования, процедур управления качеством проектирования и производства.

излучателя и вкладыша 2,7:1. Длина диэлектрического вкладыша составляла 1,9 Л0.

Измерение амплитудных распределений в плоскости раскрыва каждого из использованных датчиков \ в X. диапазоне длин волн. Характерные амплитудные распределения в ближней зоне излучения приведены на рис. 4.6.

X, мм

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60

Рис. 4.6. Амплитудное распределение в апертуре: 1 - СВЧ датчика с внутренним диэлектрическим вкладышем;

2 - СВЧ датчика без внутреннего диэлектрического вкладыша.

Использование в конструкции СВЧ датчиков дополнительного диэлектрического вкладыша, как следует из результатов эксперимента, позволило уменьшить коэффициент неравномерности амплитудного распределения у на 9 дБ при незначительном расширении области основного максимума амплитудного распределения. Такое уменьшение коэффициента неравномерности амплитудного распределения

EM2=menu(sprintf('K0Ji-B0 строк после отбраковки недопустимых значений = %g',he2),'Определить заново интервал допустимых значений','Продолжить выполнение программы'); ifEM2=2 ЕМ 2=11 ;end

end % конец цикла с допусками

WQ=ddeinit('excelV[cluster.xls]date'); % данные rc = ddepoke( WQ,'r 1 с 1 :r 100с 100',М1); rc = ddeterm(WQ);

WQ=ddeinit('excer,'[cluster.xls]date2'); % урез данные rc = ddepoke(WQ,'rlcl :rl00cl00',MN); rc = ddeterm(WQ);

MN2=MN(1 :end,2:end); m=mean(MN(l :end,2:end)); st=std(MN(l :end,2:end));

BS=size(MN); c=BS(l);

f=l; mb=m; while f<c mb=[mb;m]; f=f+l; end

f=l; sb=st; while f<c sb=[sb;st]; f=f+l; end

MST=(MN2-mb)./sb;

MST2=[MN(1 :end,l:l) MST]; WQ=ddeinit('excelV[cluster.xls]stand'); rc = ddepoke(WQ,'rlcl:rl00cl00',MST2); rc = ddeterm(WQ);

a=size(MST); c2=a(2);

1=1;

while 1<3 %1

1 тепиСКакую метрику выбираем ?',... sprintf('M етрика махалонобиса'),...

if cp==cn |cp==ip

elseif cp~=cn |cp~=ip

РЮ. 5 * RP(cn,cp)+0.5 * RP(ip,cp)+0-0.5 * abs(RP(cn,cp)-RP(ip,cp)); PP(cp2)=P; cp2=cp2+l; end

cp=cp+l; end

RP(cn,:)=[]; RP(:,cn)=[]; if ip>cn

RP(ip-l,:)=[]; RP(:,ip-l)=[]; N(cn)=[]; N(ip-1)=[]; elseif ip<cn RP(ip,:)=[]; RP(:,ip)=[]; N(cn)=[];N(ipM]; end

RP=[RP;PP];

PP=[PP,0];

PP=PP';

RP=[RP,PP]; nm=nm+l; N=[N,cp2]; cn=cp2; af=af+l;

end

end

count=count+l;

end % конец первого условия

if 1==1

figure;

% графики по махалонобису ad=size(KLM{l}); ad2=ad(2); ac=size(MN2); ac2=ac(2); gl=l;gl2=l; %x=[l,2,3,4,5,6,7,8]; while gl<ac2+l % n=ac2/2; subplot(5,2,gl2)

%12!

%8!

if EM==6 p=45; end if EM==7 p=50; end if EM==8 p=55; end

if EM==9 p=input([sprmtf('BBeAHTe интервал допустимых значений')]); end

% находим минимумы и максимумы в матрице данных

sl=size(Ml); s=sl(2); f=l; R=ones(l,s); X=ones(l,s); vu=ones(l ,s);

while f<s+l

if E(f)==0, R(f)=min(Ml(:,f)); vu(f)=R(f)+R(f)*(p/100);

elseif E(f)™l

R(f)=max(Ml(:,f)); vu(f)=R(f)-R(f)*(p/100);

end f=f+l; end

% строим первый график figure

xo=size(Ml); ro=xo(2); no=xo(l); bo=l;bo2=l; while bo<ro+l lo=1;br=0; while lo<no+l if E(bo)==l

if M1 (lo,bo)<vu(bo) subplot(5,2,bo2) bar(lo,Ml(lo,bo),'r') br=br+l; hold on elseif Ml(lo,bo)>=vu(bo) subplot(5,2,bo2) bar(lo,Ml(lo5bo)), grid hold on end

elseif E(bo)=0

Ье2=Ье1(1);

ЕМ2 тепи(8рг1п1Г('Кол-во строк после отбраковки недопустимых значений = %g,,he2),'Определить заново интервал допустимых значений','Продолжить выполнение программы'); 1£ЕШ=2 ЕМ2=11;епс1

end % конец цикла с допусками

WQ=ddeinit('excelV[cluster.xls]date'); % данные rc = ddepoke( WQ,'r 1 с 1 :r 100с 100',М 1); rc = ddeterm(WQ);

WQ=ddemit('exceГ,'[cluster.xls]date2'); % урез данные гс = ddepoke(WQ,,rlcl:rl00cl00,,MN); гс = ddeterm(WQ);

MN2=MN(1 :end,2:end); m=mean(MN(l :end,2:end)); st=std(MN(l :end,2:end));

BS=size(MN); c=BS(l);

f=l; mb=m; while f<c mb=[mb;m]; f=f+1; end

f=l; sb=st; while f<c sb=[sb;st]; f=f+1; end

MST=(MN2-mb)./sb; MST2=[MN( 1:end, 1:1) MST]; WQ=ddeinit('excer,'[cluster.xls]stand'); rc = ddepoke(WQ,'rlcl:rl00cl00',MST2); rc = ddeterm(WQ);

a=size(MST); c2=a(2);

reur1 reurl; while o<sizeind+l reur= [reur,RE(indexvke(o),cen(k))]; o=o+l; end

%13!

REUR( 1 ,k)= {reur};

end

count=count+l;

%\2\

end % конец первого условия

%8!

if 1==1 figure;

% графики по махалонобису ad=size(INDEXVKM{ 1}); ad2=ad(2); ac=size(MN2); ac2=ac(2); gl=l;gl2=1; %x=[l,2,3,4,5,6,7,8]; while gl<ac2+l % n=ac2/2; subplot(5,2,gl2)

g2=l;

we=RMUR{gl}; bar(we,'y')

set(gca,'XGrid7off,'YGrid','on');

hold on while g2<ad2+l

% пишем текст te=INDEXmnM{gl};

textig2-0.25,we(g2),sprintf('%g',te(g2)),'color','r','Fontweight','normal','FontSize',10) g2=g2+l;

виЬр1о1(5,2^12+1) ах18('оАГ)

1ех1;(-0.2,1 ДэрппгГСДиаграмма кластера # 0/с^'^1),'со1ог','г',Топ181ге',8) 1ехК-0.2,0.85,0,'(по махалонобису)','со1ог','г',Топ185ге',8)

1ех1(-02Д65 ДзрппйЩентр кластера - строка # %g',MST2(cen(gl),l)),,colorVb,,,FontSize,,8)

text(-0.2,0.45,0,sprintf('Cpeдн.=%g,,matm(gl)),'color','bVFontSize',8)

text(0.5,0.45,0,sprintf('C.K.O.=%g',dism(gl)),'color','b','FoníSize',8)

1ех1(-0.2,0.25,0,'По оси У отложено раст-е от центра кластера','со1ог','Ь',Топ181ге',8)

1ех1:(-0.2,0.05,0,'Красными цифрами обозначены номера строк,','со1ог','Ь',Топ181ге',8)

1ех1(-0.2,-0.1,0,'попавших в кластер','со1ог','Ь',Топ181ге',8)

gl=gl+l;gl2=gl2+2; ifgi==6 %! gi==il

end

figure; gl2=l; end

end

hold off end if 1=2 figure;

% графики по евклиду ad=size(INDEXVKE{ 1}); ad2=ad(2); ac=size(MN2); ac2=ac(2); gl=l;gl2=l; %x=[l,2,3,4,5,6,7,8]; while gl<ac2+l %n=ac2/2; subplot(5,2,gl2)

g2=l;

we=REUR{gl}; bar(we,'y')

set(gca,'XGrid','off,'YGridVon');

hold on while g2<ad2+l

% пишем текст te=IN DEXmnE {g 1};

text(g2-025,we(g2),sprintf(,o/og',te(g2)),'color','rVFontweight','normal','FontSize',10) g2=g2+l;

end

subplot(5,2,g 12+1) axis('off)

text(-0.2,1,0,sprintf('Диаграмма кластера # %g',gl),'color','rVFontSize',8) text(-0.2,0.85,0,'(no eBMHfly)','color','r','FontSize',8)

text(-0.2,0.65,0,sprintf('U,eHTp кластера - строка # %g',MST2(cen(gl),l)),'colorVbVFontSize',8)

text(-0.2,045,0Jsprintf(,CpeflH.=^/og',mate(gl)),,color','b,,,FontSize,,8)

text(0.5,0.45,0,sprintf('C.K.O.=%g',dise(gl)),'color','b','FontSize',8)

text(-0.2,0.25,0,'По оси Y отложено раст-е от центра KjiacxepaVcolorVbVFontSize',8)

text(-0.2,0.05,0,'Красными цифрами обозначены номера CTpoK,','color','bVFontSize',8)

text(-0.2,-0.1,0,'попавших в кластер','color','b','FontSize',8)

gl=gl+l;g12=gl2+2; ifgl==6%| gl—11 figure; gl2=l; end

end