Системи керування маловисотним польотом повітряних суден з електроємнісними перетворювачами

По попередніх оцінках макет стійкий до кліматичних і механічних впливів, а також до нестабільності бортових джерел живлення:

Взаємного впливу на роботу радіоустаткування і макета не відзначено.

У третьому розділі розглядаються теоретичні положення щодо побудови ємнісних перетворювачів оцінювання геометричних параметрів положення ПС поблизу земної поверхні. Характер залежності інформаційної ємності визначається тільки геометричними параметрами провідників (конструкція системи електродів перетворювача, їх розміщення на повітряному судні) та електричними параметрами навколишнього середовища. Синтез структури вимірювача геометричних параметрів положення ПС поблизу земної поверхні можна виконати тільки за результатами моделювання електромагнітного поля ємнісного перетворювача. Як доведено у роботі розрахунок параметрів електромагнітного поля ємнісного перетворювача з метою одержання оцінок інформативних параметрів перетворювача і подальшого їхнього аналізу можна виконати, користуючись методами і математичним апаратом електростатики.

Електростатичне поле являє собою окремий випадок електромагнітного поля, коли джерелами поля є нерухомі електричні заряди. Розподіл заряду по поверхні провідника відповідає розподілу потоків електростатичної індукції і є шуканою функцією. При такому поставленні електростатичної задачі необхідно задавати потенціали провідників або їхні повні заряди. Встановлені вище властивості потенціалу і зарядів дозволяють дати загальне формулювання електростатичної задачі. При цьому передбачається, що діелектрики є однорідними ізотропними і всі джерела поля розташовані на кінцевій відстані від початку відліку.

Розроблено методику поставлення і рішення задач чисельного моделювання електромагнітного поля ємнісного перетворювача. Метою моделювання є одержання функції перетворення ємнісного перетворювача, дослідження чинників, що впливають, і пошук шляхів досягнення бажаного виду функції перетворення.

Задача моделювання виконана згідно з алгоритмом:

Вибір розрахункової області і визначення її форми і розмірів;

Вибір форми, розмірів і розміщення моделі ємнісного перетворювача;

Вибір шаблона оператора і одержання розрахункової формули;

Розрахунок потенціалів простору, що оточує модель, за умовою рівності потенціалів всіх елементів моделі;

Визначення значень зарядів елементів моделі і їхніх співвідношень за результатами розрахунку потенційного поля;

Розрахунок і задавання граничних умов на моделі на підставі розрахованих значень зарядів;

Розрахунок потенціалів простору, що оточує модель, при призначених граничних і крайових умовах;

Визначення значення заряду на приймальному електроді і коефіцієнта електростатичної індукції (міжелектродної ємності) на приймальному електроді;

Змінюючи такі параметри як розташування земної поверхні, тобто, змінюючи висоту або наближаючи до моделі перешкоду, розміри приймального електрода і повторюючи дії по пп. 3... …8 одержуємо функції перетворення ЕПСНП.

Вважаючи на вищенаведене розроблено математичний апарат для розрахунку потенціалів простору, що оточує модель, отримана розрахункова формула, складено алгоритм і програми розрахунку потенційного поля ЕПСНП, розроблена оптимізація обчислювального процесу, складено алгоритм і програми розрахунку значень зарядів елементів моделі і їхніх співвідношень. Розроблено алгоритм і програма розрахунку функції перетворення. Розроблено методику розрахунків потенціалів по зонах, що вкладені одна в другу, кожна зона має крок сіткі у двічі менший ніж у зовнішній зоні, це дозволило значно розширити розрахункову область а з тим і діапазон відстаней, при чому точність розрахунків і витрати машинного часу ПЕОМ практично не змінилися.

Порівняльний аналіз розрахункових (рис. 6.) і експериментальних (рис. 2, 4.) даних показує достатньо гарний збіг характеру кривих. З метою пошуку і дослідження чинників, що впливають на характер статичної характеристики ЕПСНП, складена програма розрахунку і побудови картини силового поля. Алгоритм програми побудований на принципі обчислення градієнту в черговій точці силової лінії. Виконано розрахунки координат силових ліній для потенційного поля при Н=100 м (рис. 7.), і для потенційного поля при Н=50 м (рис. 8.). Як видно з рис. 7., потік електростатичної індукції, утворюваний електродами, що випромінюють, розподіляється на три частини: 1-потік між електродами, що випромінюють, і нижньою поверхнею корпуса ПС, 2- потік між електродами, що випромінюють, і верхньою поверхнею корпуса ПС і 3- потік електростатичної індукції, що іде в безкрай. Значення інформаційної ємності на великих висотах визначається в основному потоком 1. При наближенні земної поверхні відбувається перерозподіл зарядів усіх тіл, що складають систему. На земній поверхні виникає заряд, наявність якого призводить до формування додаткового потоку електростатичної індукції 4 (рис. 8.). Потоки 1, 2, 3 також перетерплюють зміну. Найбільше істотним є зміна потоку 1, змінюється його конфігурація, зменшується щільність електростатичної індукції. В міру наближення до земної поверхні потік 4 посилюється, а потік 1 зменшується. Значення ємності, утворене потоком 4, із збільшенням висоти можна описати обернено пропорційним законом зміни, а значення ємності, утворене потоком 1- близьким до експоненціальному закону виду  . Статична характеристика може бути подана у вигляді  

де , , ,  -параметри, що залежать від геометрії системи тіл, тобто від розмірів, форми, і взаємного розташування корпуса і системи електродів перетворювача. Графічна інтерпретація залежності подана на рис. 9, де крива Эксп – експериментальна статична характеристика, крива 1- складова, обумовлена потоком електростатичної індукції 1, крива 4- складова, обумовлена потоком електростатичної індукції 4.

Звідці випливає, що для усунення неоднозначності статичної характеристики необхідно істотно зменшити складову 1. Вважаючи на вищенаведене, виконане математичне моделювання з розміщенням електродів, що випромінюють, на верхній поверхні крила. Одержані характеристики наведені на рис. 10. Як очевидно з графіків, отримана однозначна статична характеристика. Для порівняння на цьому ж графіку подана статична характеристика з нижнім розташуванням електродів. Слід зазначити, що