Book1 (Учебник Конструирование РЭС), страница 6

m₁ =k_pP + k_NN_npu = 0,5•100+0,05•1 =50,05кг .

Поскольку m_доп= 5 кг, требование к массе приемопередатчика при

принятом структурном построении не выполняется. Одновременно не выполняется и требование к надежности. Интенсивность отказов передатчика на ЭВП составляет 10^-4 1/ ч, приемника в виде МСБ 10^-6 1/ ч. Отсюда Λ₁ = 10^-4 + 0,01•10^-4=1,01•10^-4>Λ_доп

Поэтому рассмотрим второй ва-
риант структурной схемы (рис. 1.4) с
многоканальным приемником. Ис-
пользование многоканального при-
емника дает возможность за счет не-
значительного увеличения массы
приемной части существенно сни-
зить массу передатчика. Каждый
приемный канал выполняется в виде
микросборки и содержит гетеродин,
перестраиваемый в пределах
ΔF_ц /N_прм , смеситель, усилитель и

Рис. 1.4. Электрическая

структурная схема

приемопередатчика бортовой РЛС с

многоканальным приемником

фильтр с полосой ΔF_Фк . Как и в первом варианте, для построения
передатчика используем ЭВП.

31

Суммарная масса (критерий предпочтения) приемопередатчика с
многоканальным приемником определяется по уже известной формуле

m=k_PP+k_NN_прм (1.7)

и зависит от числа приемных каналов N_прм .

Оптимальное количество каналов, которому соответствует минимальная суммарная масса приемопередатчика, можно найти простым перебором или с помощью одного из методов нелинейного программирования. Воспользуемся методом множителей Лагранжа [2]. По условию задачи целевая функция (1.7) должна быть минимизирована при ограничении φ = РN_прм - А = 0.

Функция Лагранжа записывается в виде

Ф=k_p+k_NN_прм+β(PN_прм-A) (1.8)

где β— неопределенный множитель Лагранжа.

Условием экстремума функции (1.8) является следующая система
уравнений:

δФ/δР =k_P+βNпрм =0;

δФ / δN_прм = k_N+βP = 0; (1.9)

δФ / δβ = PNпрм-А = 0.

В результате ее решения находим

Требуемая мощность передатчика

Суммарная масса приемопередатчика т₂ = 0,5- 3,3 + 0,05- 30 = 3,15 кг.

Если составить уравнение относительно масс, то нетрудно убедить-
ся, что при многоканальной структуре приемника массы передатчика и приемника разделились поровну.

Проверка ограничений на материальные параметры приемопередатчика показывает, что т ₂ < т _доп , однако ограничение на интенсивность отказов, как и в первом варианте, не выполняется:
Λ₂=10^-4 + 30·10^-6=1,3-10^-41/ч>Λ_доп.

Продолжаем поиск лучшего варианта структурной схемы приемопередатчика. Замечаем, что в приемопередатчике с многоканальным при-

32

емником уровень мощности передачи (Р = 3,3 Вт) позволяет пересмотреть его элементную базу.

Рассмотрим вариант
структурной схемы приемо-
передатчика (рис. 1.5), в ко-
торой передатчик выполнен
по схеме сложения мощно-стей отдельных маломощ-
ных генераторов. Каждый
из них отдает в антенну
мощность Р /N и реализу-

Рис. 1.5. Электрическая структурная схема

приемопередатчика бортовой РЛС

на микросборках СВЧ-модулей

ется в виде СВЧ-микро-

сборки. Для построения передатчика выбираем микросборку типа СВЧ-модуля MERA. Выходная мощность модуля Р_м = 0,7 Вт, удельный коэффициент мощности k_p =0,14 кг/Вт.

Заданная мощность передатчика обеспечивается при количестве модулей N _м = 3,3/0,7 = 4,8 . Однако, принимая во внимание неизбежные потери в схеме сложения и необходимость применения четного количества пар генераторов, полагаем N _м =8.

При выбранных параметрах передатчика суммарная масса приемопередатчика составит

m₃=k_pм·P_M·N_M + k_NN_npu = 0.l4·0.7·8 + 0.05·30 = 2.26 кг.

Следовательно, использование СВЧ-микросборок в передатчике позволяет получить дополнительный выигрыш в массе устройства.

Поскольку интенсивность отказов СВЧ МСБ равна 10~⁶1/ч, интенсивность отказов приемопередатчика

Λ₃ = 8·10^-6 + 30·10^-6 ≈ 0.4∙10^-4 1/ч,

что значительно меньше допустимого значения.

Заметим, что выход из строя одного из каналов в приемнике или передатчике не ведет к нарушению работоспособности устройства в целом. Поэтому фактическая надежность многоканального приемопередатчика, оцениваемая интенсивностью отказов, будет выше расчетной.

33

4. Оценка схемно-конструкторских решений приемопередатчика по комплексному показателю качества

Исходя из назначения и условий эксплуатации приемопередатчика установим весовые коэффициенты показателей качества конструкции.Поскольку масса приемопередатчика рассматривалась в качестве критерия предпочтения, полагаем φ_т = 1,0. Весовой коэффициент интен-
сивности отказов принимаем равным 0,8. Тогда комплексные показатели качества, соответствующие трем вариантам построения приемопередатчика, будут иметь следующие значения:

Ввиду того что уменьшение суммарной массы т и интенсивности отказов Λ приемопередатчика способствует повышению его качества, лучший вариант определяется по меньшему значению комплексного показателя.Таким образом, выбирается третий вариант приемопередатчика.

1.3. Ограничения на показатели качества конструкций РЭС

Часть показателей качества по тем или иным причинам может быть переведена в состав ограничений. Каковы же эти причины и какие из показателей качества чаще всего могут попасть в группу ограничений?Рассмотрим некоторые примеры конструкций РЭС разного уровня иерархии системы, начиная с верхнего.

Уровень 5 д — составляющие подсистемы самолета. К ним отно-
сятся планер, двигатель, топливо, полезная нагрузка и бортовое радио- и электрооборудование (РЭО). Масса самолета состоит из суммы масс его составляющих, т.е. т _сам = т _пл + m_ДВ + т _т + т _н + m _рэо . Разделив обе части уравнения на массу самолета, получим так называемое «уравнение существования самолета»: 1 =μ_пл + μ_дв + μ_т + μ_н+ μ_рэо ,где μ_i=m_i/m_сам m_i,- составляющая масса самолета.

34

В табл. 1.2 по зарубежным и отечественным [8] рекламным данным приведены технические характеристики и доли составляющих массы условных тяжелого, среднего и легкого самолетов.

Таблица 1.2

Технические характеристики самолета	Тип самолета
	тяжелый	средний	легкий
Взлетный вес (масса), т	160	ПО	18
Дальность полета, тыс. км	18	3	12
Крейсерская скорость, км/ч	890	850	2450
Тяга, т (на 1 двигатель)	8,7	10,5	7,0
Расход топлива, кг/ (кг тяги • ч)	0,75	0,7	0,95
Число двигателей	2... 4	2...3	1 ...2
Масса планера/ взлетная масса	0,35	0,5	0,25
Масса двигателя/взлетная масса	0,1	0,1	0,15
Масса топлива/взлетная масса	0,45	0,25	0,20
Масса нагрузки/ взлетная масса	0,05	0,15	0,25
Масса РЭО/взлетная масса	0,05	0,01	0,15

По приведенным данным можно определить в конкретных случаях допустимые массы на РЭО, при которых для самолетов существует возможность подняться в воздух. Любое перераспределение масс составляющих самолета может быть пересчитано в изменения его технических характеристик с помощью формул, приведенных в [8].

Уровень S_3π— антенное устройство РЛС самолета. Размещение

антенны зеркального типа (вращающегося параболоида) в носу самолета определяется ее средним сечением (миделем), а следовательно, определяет ее площадь раскрыва S _А = π D² /4 или диаметр раскрыва D.

Ометаемый объем «зеркала» равен V₃ = 0,25D . Мощность излучения
Р_изл антенны прямо пропорциональная площади раскрыва, а максимальная дальность обнаружения цели

где Р_изл, Р_min— мощности излучаемого и принимаемого сигналов;
G — коэффициент усиления антенны; λ, — длина волны; σ — «эффективная площадь» цели.

35

Таким образом, при заданном тактическом показателе R _max объем, занимаемый антенной, должен иметь ограничение «не менее», что не всегда возможно. И в этом случае на помощь приходит микроэлектроника, а именно: применение плоской антенной фазированной решетки (АФР) с V_афр = (0,01... 0,04) D³ или получение в 6...25 раз меньшего объема по сравнению с зеркальным типом. Такой значительный выигрыш можно использовать следующим образом: АФР может быть отодвинута ближе к кабине летчика, так как освобождается место от двигателя, редуктора и карданной системы параболической антенны, при этом площадь ее раскрыва увеличивается, мощность — также увеличивается, и в конечном итоге увеличивается максимальная дальность обнаружения.