Диссертация (Современное электродинамическое сопровождение проектирования и изготовления систем антенна-радиопрозрачное укрытие), страница 6

Уменьшая на 0,4ммпоочерёдно суммарную толщину внешних слоёв (обшивок, вариант 2), толщинувнутреннего слоя (вариант 3) и суммарную толщину сотовых слоёв (вариант 4),можно проследить, отклонение толщин каких слоев сильнее всего влияет на частоту настройки стенки.Видно, что изменение толщины сот на сдвиге частоты настройки стенки сказывается меньше всего (сравнить варианты 1 и 4). С уменьшением толщины внутреннего слоя (вариант 3) повышается частота настройки стенки.

С уменьшением натакую же величину толщины обшивки (вариант 2) при параллельной поляризациисдвиг частоты настройки приблизительно такой же, как и при уменьшении толщины внутреннего слоя (вариант 3), но при перпендикулярной поляризации33R, дБ00-10-0.25-20-0.5-30-0.75-40-1891011а)a)012f, ГГцТ, дБ89101112f, ГГцб)б)R, дБ-101234-20-30-4089101112f, ГГцв)в)Рисунок 1.3 – Частотные зависимости КФ пятислойных стенок РПУ при углеРисунок.1.3 - Частотные зависимости КФ пятислойных стенок РПУ припадения750.

Сплошныелинии– перпендикулярнаяполяризация,угле падения750. Сплошныелинии- перпендикулярнаяполяризация,пунктирныепунктирные лилинии- параллельнаяполяризациянии– параллельнаяполяризацияa) Зависимости КО для 4-х вариантов стенок:1 - j0,032l1=l5=1,0мм l2=l4=2,6мм l3=6,9мм; 2- Такой же как 1, ноl1=l5=0,8мм;3 - Такой же как 1, но l3=6,5мм;4 - Такой же как 1, но l2=l4=2,4ммб) Зависимости КП для 3-х вариантов стенок:1 - j0,032 l1=l5=1,0ммl2=l4=2,6мм2- Такой же как 1, но j0;l3=6,9мм;3- Такой же как 1, но j0в) Зависимости КО для 3-х вариантов сенок:1 - j0,032l1=l5=1,0мм l2=l4=2,6мм2- Такой же как 1, но l2= 2,8мм l4= 2,4мм;3 - Такой же как 1, но l2= 2,4мм l4=2,8ммl3=6,9мм;34сдвиг частоты настройки почти в два раза больше. Таким образом, можно сделатьвывод, что основное влияние на точность настройки стенки оказывают отклонения толщин слоёв обшивок.

Кроме того, важно не забывать, что на внутреннюю инаружную поверхности любого обтекателя самолёта должно наноситься ЛКП,точность нанесения которого также существенно влияет на частоту настройки.Радиотехническое качество материала, из которого изготавливается обтекатель, определяется диэлектрическими потерями. При разработке обтекателя важно знать, в каких слоях диэлектрические потери оказывают максимальное влияние на прозрачность стенки. На рисунке 1.3б сравниваются варианты стенки обтекателя при наличии потерь в диэлектрике (вариант 1), при наличии потерь только во внутреннем слое (вариант 2) и при наличии потерь только в слоях обшивки(вариант 3).

Видно, что при перпендикулярной поляризации, на которой и происходят основные потери энергии ЭМВ, влияние потерь во внешних слоях значительно сильнее, чем во внутреннем слое, хотя диэлектрического материала тамсущественно меньше. При параллельной поляризации потери распределены равномерно по толщине стенки. Из этого можно сделать вывод, что при изготовлении стенки РПУ необходимо особенно тщательно следить за выбором и реализацией параметров внешних слоёв (обшивки). Это обстоятельство также обуславливает необходимость тщательного подбора материала для ЛКП, которое необходимо при реальной эксплуатации обтекателя. Необходимо учитывать, что электродинамические потери в слоях ЛКП будут заметно сказываться на снижении КПРПУ, хотя толщина ЛКП много меньше, чем толщина стенки.Следует указать еще на один эффект, который может влиять на величинубоковых лепестков ДН, формирование которых обусловлено отражением волныот стенки РПУ.

На рисунке 1.3в приведены графики зависимости КО стенки сразными толщинами сот. При этом величина КП у всех трёх вариантов стенкиодинакова. Как видно, при использовании сотового слоя с большей толщиной сотсо стороны антенны уровень КО самый низкий. Этот эффект проявляется сильнеев области максимальной прозрачности стенки и тем сильнее, чем больше потери вматериале плотных диэлектрических слоёв.35Как меняются радиотехнические свойства пятислойной стенки при несоблюдении оптимальности толщин слоёв можно увидеть на рисунке 1.4.

Здесьпредставлены частотные зависимости при угле падения 750 и угловые зависимости на частоте 10 ГГц КФ трёх вариантов стенки на основе плотного материала с1,3,5 =3,2 – j0,032 и с диэлектрической проницаемостью сотовых слоёв 2,4 =1,1.Стенки всех трех вариантов настроены на частоту 10 ГГц.

При этом параметрыстенки варианта 1 оптимальные, их значения подобраны с помощью ЦФ (1.15).Стенки вариантов 2 и 3 отличаются уменьшенной и увеличенной толщиной центрального слоя соответственно. При этом для сохранения частоты настройки увеличены и уменьшены соответственно толщины сотовых слоев. Видно, что стенкас меньшей толщиной центрального слоя отличается более широкой полосой прозрачности (рисунок 1.4а), но при этом наблюдается высокий уровень отраженияпри небольших углах падения волны (рисунок 1.4б). Кроме того, наблюдаютсябольшое отличие между угловыми зависимостями фазы КП при разных поляризациях падающей волны (рисунок 1.4б). Стенка с увеличенной толщиной центрального слоя характеризуется более узкой полосой прозрачности, но и меньшей разницей между угловыми зависимостями фазы КП при разных поляризациях падающей волны.Из анализа данных на рисунке 1.4 можно сделать вывод, что РТХ пятислойной стенки с увеличенным центральным слоем и уменьшенными толщинами сотовых слоёв приближаются к характеристикам монолитной полуволновой стенки(с хорошими угловыми зависимостями фазы КП, но с узкой частотной полосойпрозрачности).

РТХ стенки с уменьшенным центральным слоем и увеличеннымитолщинами сотовых слоёв приближаются к характеристикам трёхслойной стенки(с широкой частотной полосой прозрачности, но с плохими угловыми зависимостями фазы КП).Таким образом, даже из приведенных примеров видно как, учитывая влияние различных параметров стенки, можно целенаправленно управлять РТХ обтекателя в зависимости от приоритета значений КП, ширины рабочей полосы частот, максимальной величины угловой ОП или уровня боковых лепестков.36R, дБ0Т, дБ0-10-0.5-20-1-30-1.5-40-289101112f, ГГц89101112f, ГГца)а)R, дБ00-20-1-40-2-60-30-90306090, градТ, дБ0306090, градarg(T), град123-120-150-1800102030405060708090, градб)б)0Рисунок– Частотныеприпаденияугле паденияи угловыеб) на частоте f =Рисунок1.41.4- Частотные(а) приа)угле 750 и75угловые(б) на частотеf=10 ГГц зависимости КФ пятислойных стенок РПУ, где=101 ГГцзависимостипятислойныхстенокl РПУ,где 1 -  = 3,2 – j0,032 l1 = l5 =- j0,032l =lКФ=1,0ммl =l = 2,6мм=6,9мм;152432- ммj0,032l4,0ммl3=6,3мм;1=l5=1,0мм4= 2= 1,0l2 = l4 = 2,6ммl3 = 6,9l2=lмм;-  = 3,2– j0,032 l1 = l5 = 1,0 мм l2 = l4 =3 - j0,032l1=l5=1,0мм l2=l4= 2,0мм l3=7,2мм.=4,0Сплошныемм l3 = линии6,3 мм;3 -  = 3,2 – j0,032l1 = l5 = 1,0мм l2 = lлинии4 = 2,0- мм l3 = 7,2 мм.- перпендикулярнаяполяризация,пунктирныепараллельная поляризацияСплошные линии – перпендикулярная поляризация, пунктирные линии – параллельная поляризация37При этом должен обеспечиваться также компромисс с учетом механическихсвойств и экономических затрат.

С использованием разработанного программногообеспечения указанная задача может быть решена быстро и наиболее оптимально.1.4 Максимально достижимые радиотехнические характеристикипятислойной стенкиКак было показано в п. 1.3, наибольшее влияние на электродинамическиесвойства пятислойной стенки оказывают параметры внешних слоёв (обшивки) иЛКП. Разумно было бы выяснить, какие предельно достижимые характеристики обтекателя с такой стенкой можно достичь в зависимости от параметров обшивки.Рассмотрим пример оптимизации параметров пятислойной стенки (см.

рисунок В.1г) по формулам (1.15), (1.16). С учётом технологических возможностейпараметры внешних слоев  1,5   обш , l1,5  lобш , а также диэлектрическая проницаемость сотового материала 2,4 считались постоянными (ВПП). В качестве ВИПбыли выбраны следующие параметры 3, l3, l2,4. Часто пятислойные стенки применяются для самолётных обтекателей в 3-х см диапазоне, поэтому для определенности в ЦФ (1.15) были выбраны частоты 9,5; 10,0 и 10,5 ГГц, а углы паденияволны 00; 37,50; 750 (для остроконечных обтекателей сверхзвуковых самолетов углы падения волны на стенку обтекателя доходят до 750). Весовые коэффициентыбыли выбраны из практического опыта проектирования стенки осесимметричногообтекателя следующие: a  b  1 , c  1 рад 1 .На рисунке 1.5 представлены вычисленные оптимальные параметры пятислойной стенки в зависимости от толщин l1,5 и диэлектрической проницаемости1,5 слоев обшивки.

При этом 2,4=1,1, что является обычной величиной для сотовых материалов, применяемых в производстве. При вычислении этих зависимостей использовался следующий принцип: начальным приближением для новойтолщины обшивки являлось оптимальное решение для предыдущей толщины. Какоказалось, при изменении самого первого начального приближения вид графиков38зависимостей практически не менялся, что свидетельствует об отсутствии другихлокальных минимумов у ЦФ в данном диапазоне параметров.3 опт, м12108642000.40.81.6а)l3опт, мм201.22l1,5, ммобш=2,516обш=3,0обш=3,512обш=4,0обш=4,58обш=5,04000.40.81.6б)l2,4опт, мм101.22l1,5, мм8642000.40.81.2в)1.62l1,5, ммРисунок 1.5параметрыпятислойнойпятислойнойстенки в зависимостиот толщиныРисунок1.5- Оптимальные– Оптимальныепараметрыстенкив зависимостиоти диэлектрической проницаемости обшивки.

а) зависимость оптимальнойдиэлектрическойпроницаемости центральногослоя; б) зависимостьтолщины и диэлектрическойпроницаемостиобшивки: оптимальнойа) зависимостьтолщины центрального слоя; в) зависимость оптимальной толщины сотопти-мальной диэлектрической проницаемости центрального слоя; б) зависимостьоптимальной толщины центрального слоя; в) зависимость толщины сот39На рисунке 1.6 показаны значения слагаемых ЦФ (1.15) после процедуры оптимизации в зависимости от толщин l1,5 и диэлектрической проницаемости 1,5 слоевобшивки.