ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Описание к ИЛ № 01-015-05

"Результат выполнения НИР.

Частично частное техническое решение, имеющее самостоятельное значение".

Разработаны технологические стенды неразрушающего дистанционного контроля ММДВ узлов ракетно-космической техники (блоков твердотопливных двигателей и термозащитных покрытий). Принцип действия разработанных установок неразрушающего контроля основан на синтезе трехмерных изображений диэлектрического объекта с высоким пространственным разрешением в ММДВ. Оптические свойства диэлектрических сред являются основной предпосылкой применения широкополосной дальнометрической интроскопии в коротковолновой части миллиметрового диапазона длин волн для неразрушающего контроля диэлектрических материалов:

отличие скорости света в воздухе и в диэлектриках позволяет выявлять и оценивать пространственные неоднородности показателя преломления, а, следовательно, и состав материала в теле образца защитного покрытия при анализе дальномерных профилей при радиолокационном зондировании;

отличие показателей преломления поверхности раздела материалов и сред позволяет выявлять микроскопические трещины в образцах твердотопливных блоков и термозащитных покрытий, а также случаи отслоения твердого топлива от защитной оболочки;

применение при формировании дальномерных профилей объекта разработанного модифицированного метода радиолокации Пуарье позволяет исключить влияние интерференционных искажений при синтезе дальномерного изображения (что свойственно обычным схемам радиолокации Пуарье) и локализовать выявленные неоднородности в трехмерном пространстве с разрешением порядка 2-3 см.

Известно, что сравнение радиоизображений тестируемого (радиопрозрачного) объекта в статическом и в динамически нагруженном (при помощи вибростенда) состояниях позволяет оценивать амплитуды и локализовывать участки объекта с аномальными амплитудами вибрации. Такие методы разработаны за рубежом в самое последнее время для тестирования сложных объектов (например, строительных конструкций из железобетона). В отличие от стандартных способов виброанализа, предусматривающих применение акселерометров, размещаемых на поверхности образца, данные о зонах неустойчивости конструкции могут быть получены не с локальных точек, а со всего объема образца, в том числе с наиболее неустойчивых точек внутри тела образца. Предлагаемые стенды также позволяют выделять неустойчивые зоны внутри образца при вибротестировании без применения акселерометров, так как в обоих случаях при синтезе радио- и радиодальномерных изображений используются сходные методы формирования зондирующего сигнала и спектральной обработки.

Синтез радиодальномерного профиля предполагается реализовать за счет двойной спектральной обработки суммы излучаемого сигнала с частью излученного, используемого в качестве опорного, что соответствует известной схеме радиолокации Пуарье. В общем случае не накладываются ограничения на ширину полосы и тип излучаемого сигнала, кроме свойств частичной когерентности. Недостатки известных реализаций схемы Пуарье проявляются в условиях ближней локации, когда расстояния между локальными отражателями объекта становятся соизмеримыми с дальностью до излучателя. В этом случае, интерфереционные искажения маскируют полезную информацию. Используемая модификация метода состоит в компенсации квадратичных интерференционных помех при определенной совместной обработке как суммарного, так и разностного сигналов с частью излученного. Разработаны теория модифицированного метода и математическое моделирование, получено экспериментальное подтверждение.

Использование спектрообразующих зондирующих сигналов (ЛЧМ или сигналов со ступенчатой ЧМ) упрощает аппаратную реализацию основного и модифицированного методов радиолокации Пуарье, так как исключает необходимость применения входного (высокочастотного) спектроанализатора. Сигналы со ступенчатым ЧМ можно считать оптимальными для рассматриваемого применения. Такие сигналы могут использоваться также для гетеродинирования суммарного и разностного сигналов и последующего получения синуснойiи косинуснойqкомпонент аналитического сигнала при квадратурном детектировании. В свою очередь, применение аналитического сигнала оптимизирует реализацию вторичного спектрального анализа методами стандартного цифрового БПФ. Эффект трехмерной интроскопии может быть реализован двумя способами:

- за счет сканирования образца сфокусированным зондирующим лучом широкополосного радиолокатора и синтеза дальномерного профиля в каждой точке сканирования с использованием широкополосного сигнала со ступенчатой ЧМ и модифицированного метода Пуарье;

- за счет применения интерферометрической схемы РЛС с синтезированной апертурой (sar), использования широкополосного сигнала со ступенчатой ЧМ и модифицированного метода Пуарье.

Первый способ предполагает применение сфокусированных зондирующих антенн. Второй способ предусматривает применение широкоугольных датчиковых антенн (ширина диаграммы антенны порядка 15 град), перемещаемых по направляющим и сканирующих образец. В результате пространственного сканирования и сканирования по частоте при применении сигналов со ступенчатой ЧМ предварительно формируется матрица отсчетов выходного аналитического сигналаei,n = ii,n+qi,nразмерностьюnfxnp,гдеnf- число отсчетов частоты зондирующего сигнала, аnp - число позиций размещения антенны на направляющей при сканировании образца. Специальное ПО реализует специализированнуюспектральную обработку полученных сигналов и формирует трехмерное изображение объекта с возможностью получения профилей дальности и выявления неоднородностей. Размещение образца на вибростенде позволяет локализовать неустойчивые области образца по особенностям формы спектра отраженных от них сигналов, что позволяет судить об амплитуде виброколебаний неустойчивых областей. На рисунке приведена возможная схема стенда для случая контроля образца термозащитного покрытия. В зарубежных публикациях указывается на применение в качестве приемопередатчиков со ступенчатым ЧМ стандартных блоков современных анализаторов цепей.

Имеющиеся аналоги для решения поставленных задач используют узкополосное зондирование образцов с целью определения только радиолокационной плотности, что может привести к недостаточной чувствительности и влиянию интерферометрических искажений. Разработанные технологические стенды имеют следующие существенные преимущества:

- возможность применения готовых блоков измерителей цепей в качестве приемопередатчика сигналов со ступенчатой ЧМ;

- интерферометрические искажения подавлены;

- возможность локализации неоднородностей по глубине;

- возможность оценки диэлектрической однородности материала;

- возможность локализации микротрещин;

- возможность локализации областей динамической неустойчивости;

- высокое разрешение;

- трехмерное изображение объекта.

Разработанные технологические стенды неразрушающего дистанционного контроля ММДВ узлов позволяют значительно повысить надежность образцов ракетно-космической техники.