Автореферат (Автоматизация трассировки волноводных трактов фазированных антенных решеток), страница 2

Использование разработанного программного модуля WDS припроектировании реальных конструкций ФАР позволило:• сократить сроки на проектирование волноводных трактов в 3 раза посравнению с ручным проектированием,• сократить суммарную длину тракта на 4%,• сократить стоимость изготовления тракта на 34% за счет уменьшенияколичества изгибов волноводных ветвей тракта.Внедрениерезультатовработы.Разработанныеметодикапространственной разводки волноводных трактов, методика обеспеченияравнодлинности трасс и программный модуль WDS внедрены на предприятииОАО «Радиофизика», а также в учебный процесс на кафедре 904 «Инженернаяграфика» МАИ в качестве составляющей практических работ, чтоподтверждается соответствующими актами внедрения.Достоверность разработанных методик и моделей подтверждаетсятестированием программного модуля WDS при проектировании конструкцииволноводных трактов реальных ФАР.

Геометрия осевых линий тракта,рассчитанных с помощью WDS, удовлетворяет предъявляемым требованиям.Отклонение характеристик рассчитанных трасс от эталонных требований(погрешность на равнодлинность, указанная в техническом задании наконструирование волноводного тракта) не превышает 5%.Апробация работы. Основные положения диссертационной работыдокладывались и обсуждались на следующих научно-технических (НТК) инаучно-практических (НПК) конференциях: IX Молодежная НТК«Радиолокация и связь – перспективные технологии» (ОАО «Радиофизика»,2011 г.), Московская молодёжная НПК «Инновации в авиации и космонавтике–2013»(Московскийавиационныйинститут(национальныйисследовательский университет), 2013 г.), Международная НПК «Наука иобразование XXI века», г.

Уфа (Научный центр «Аэтерна», 2013 г.), 23-яМеждународнаяКрымскаяконференция«СВЧ-техникаителекоммуникационные технологии» КрыМиКо’2013, г. Севастополь, Украина(Севастопольский национальный технический университет (СевНТУ), 2013 г.),IX Международная конференция по теории и технике антенн, г. Одесса,Украина (Одесская национальная академия связи им. А.С. Попова, 2013), IVНТК молодых ученых и специалистов «Актуальные вопросы развития системи средств ВКО» (ОАО «ГСКБ «Алмаз-Антей», 2013 г.).Содержание диссертационной работы отражено в 11 печатных работах[1-11], в том числе в 4 периодических изданиях, рекомендованных ВАК [1-4].Структура и объем диссертационной работы. Диссертационнаяработа состоит из введения, четырех глав, выводов, заключения,библиографического списка (112 работ отечественных и зарубежных авторов)и приложения.

Общий объем диссертации – 136 страниц, включая 13 таблиц и34 рисунка.Основные научные положения, выносимые на защиту:1. Методика трассировки волноводных трактов внутри апертуры ФАР свозможностью пространственной реализации (однослойной и многослойной-8трассировки) и произвольными углами изгиба трасс.2. Методика обеспечения равнодлинности трасс, основанная на переходе кквазисегментному рабочему полю.3. Модель сегментного рабочего поля на основе адаптивной радиальнойсетки.4.

Алгоритм корректировки длин трасс.5. Архитектура программного модуля пространственной трассировкиволноводных трактов WDS, интегрированного с СГМ SolidWorks.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИВо введении дан обзор существующих решений автоматизированнойтрассировки волноводных трактов, обоснована актуальность предметнойобласти, описаны методологические и теоретические основы исследования,приведены полученные научные результаты, сформулирована практическаяценность диссертационной работы, а также дана общая характеристикадиссертации.Первая глава посвящена постановке задачи. Сформулированы цель,объект и предмет исследования.

Обозначены задачи, которые необходиморешить для достижения поставленной цели.Вработеформализованыследующиеконструкторскиеитехнологические ограничения ΘW на трассировку волноводных трактов:1)требование равнодлинности волноводных ветвей тракта:L(t1 ) = L(t2 ) = ... = L(t N ) ;(1)2)ограничение на длины начального и конечного («заходных») участков ина длины прямых участков между точками изгиба трассы:( x2 − x1 )2 + ( y2 − y1 )2 + ( z2 − z1 )2 ≥ lmin ,(2)где A1 ( x1 , y1 , z1 ), A2 ( x2 , y2 , z2 ) - точки изгиба трассы, либо начальнаяи конечная точки заходного участка,lmin - минимальная длина прямого участка, задаваемая изтехнологических соображений;3)радиусы изгиба траектории по ОСТ 4ГО.010.019-72 «Трубыволноводные. Радиусы и углы изгибов.

Основные параметры иразмеры»;4)условие проведения трасс с произвольными углами изгиба:0° < α ≤ 90° - область определения угла изгиба волновода,отсчитываемая от оси волновода в направлении его гибки;5)обеспечение требуемого расстояния между слоями трассировки:(3)zS1 − zS 2 = Δ S ≥ 2lmin ,-9гдеzS 1 − zS 2 = Δ S-расстояниемеждуслоямитрассировки,определяемое как разность координат точек перехода на второй слой;6)прокладывание трасс в пределах монтажного пространства конструкцииапертуры:(4)Aj ( x j , y j , z j ),Vg = F ( g k ), Aj ∈Vg ,гдеAj ( x j , y j , z j ) - точка, принадлежащая трассе t j ,Vg = F ( g k ) - объем монтажного пространства апертуры, являющийсяфункцией от геометрических характеристик апертуры g k (в случаепрямоугольной конструкции g k = {a, b, c} , где a, b, c - длина, ширина,высота конструкции апертуры соответственно);7) условие, обеспечивающее непересечение трасс друг с другом, иограничение на расстояние между трассами одного слоя - для любыхточек Ai = ( xi , yi , zi ) и A j = ( x j , y j , z j ) , принадлежащих соседнимтрассам ti и t j , должно выполняться неравенство:d≥гдеυi + υ j2+ d min ,(5)d = ( x j − xi ) 2 + ( y j − yi ) 2 + ( z j − zi ) 2 - расстояние междуточками; параметр υ определяет геометрическую характеристикуфланца волновода: для круглых фланцев υ является диаметром фланца;для прямоугольных υ рассматривается как диаметр окружности,описанной вокруг фланца; d min - минимальное расстояние междуфланцами соседних волноводных линий, которое является следствиемтребований собираемости конструкции и удобства обслуживания;8) обход зон, запретных для трассировки.Для того, чтобы трасса удовлетворяла условию, необходимо идостаточно, чтобы для любой точки Q ( xq , yq , z q ) ∈ t выполняласьсистема неравенств:am + υ⎧x−x≥+ d min ,q⎪ m2⎪bm + υ⎪y−y≥+ d min ,⎨ mq2⎪cm + υ⎪−≥+ d min ,zzmq⎪2⎩(6)где ( xm , ym , zm ) - координаты центра запретной зоны m;(am , bm , cm ) - габаритные размеры зоны.Поскольку рассматриваются крупногабаритные ФАР наземногобазирования, то в работе не учитываются ограничение по массе конструкции, атакже тепловыделения ввиду обязательного наличия системы охлаждения вантенных устройствах подобного типа.Дана математическая постановка задачи трассировки волноводныхтрактов внутри конструкции апертуры ФАР.

Поскольку приходится учитыватьнесколько критериев, которые могут оказаться противоречивыми, то задачапредставлена как задача многокритериальной дискретной оптимизации:найти t * = arg min{Ψ (t ) | t ∈ T } ,(7)где Ψ (t ) - целевая функция;t - вариант трассировки, в виде совокупности трасс t j ;T - множество вариантов трассировки, удовлетворяющих ограничениям ΘW ,t * - оптимальный вариант трассировки.Целевая функция записана в аддитивной форме:pΨ = ∑ λiϕi ,где Ψ – аддитивный критерий,λi – весовой коэффициент,ϕii =1– частный критерий в приведенной форме:где extrϕi (t ) - экстремум функцииp – число частных критериев.(8)ϕi =extrϕi (t )∗100 ,ϕi (t )ϕi (t ) ;Исходя из предъявляемых к тракту требований, рассмотрены несколькочастных критериев.

По результатам экспертной оценки выбраны два наиболеезначимых критерия:1) суммарная длина тракта (вес критерия λ1 = 0,5 ):Nϕ1 (t ) = ∑ L(t j ) ,{}(9)j =1где t j = x j , y j , z j – трасса, заданная в виде координат ее точек;N - число излучателей.2) суммарный угол изгиба тракта – сумма всех углов изгиба трасс (вескритерия λ2 = 0,5 ):- 11 NKjϕ2 (t ) = ∑∑j =1 i = 0JG JJJJGtij ⋅ t(i +1) jarc cos JG JJJJG ,tij ⋅ t(i +1) j(10)где tij и t(i +1) j - участки трассы t j , образующие i-й угол излома трассы,K j - количество изгибов j- й трассы.Оба критерия подлежат минимизации.