РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАГРУЖЕНИЙ КОНСТРУКЦИИ И ЕЕ ВЫНОСНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 2007 года по МПК H04B7/185 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может найти применение в авиационной, космической технике и других областях машиностроения. Кроме того, предлагаемый способ может быть использован в строительстве для контроля нагружений конструкций высотных зданий и зданий, имеющих сложную архитектуру.

Известен способ измерения и передачи информации на космической станции, книга А.П.Мановцева «Основы теории радиотелеметрии», изд. «Энергия», М., 1973 г., стр.12, основанный на формировании сигналов, пропорциональных изменению физического процесса, например давления, ускорения, и других параметров, замеряемых датчиками, устанавливаемыми в различных точках конструкции космической станции, передаче информации от датчиков с помощью кабелей на коммутаторы, устройства приема и передачи информации, по которым замеренная информация передается по каналам связи на Землю.

Недостатком известного способа является невозможность получения информации в процессе эксплуатации космической станции на агрегатах, которые не снабжены измерительными элементами, например на выносных элементах конструкции, солнечных батареях, но в процессе работы станции возникла необходимость получить информацию о динамических характеристиках и напряженно-деформированном состоянии, в связи с большими проектными изменениями станции со временем, вводом в эксплуатацию дополнительных модулей для выполнения программы полета и экспериментов. До настоящего времени измерения, например, параметров ускорения на солнечных батареях и выносных элементах конструкции космических станций не проводились в связи с трудностями обеспечения нормальной работы измерительных элементов в условиях Космоса.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу можно считать способ получения телеметрической информации, описанный в книге авторов Переверткина С.М., Кантора А.В. и др. "Бортовая телеметрическая аппаратура космических летательных аппаратов", М., Машиностроение, 1977 г., ближайшее техническое решение, стр.5-8.

Вышеназванный способ направлен на проведение измерений с помощью датчиков преобразования сигналов, полученных с датчиков, анализ информации на борту с целью сжатия данных измерения и затем коммутацию результатов анализа и передачу их по каналам связи на пункты приема информации.

Недостаток описанного способа заключается в том, что он использует информацию с датчиков, которые соединены и с каналами передачи информации, и с телеметрическими каналами непосредственно. Поэтому для получения сигналов с датчиков, расположенных на больших расстояниях, например на солнечных батареях или других элементах конструкции, датчики должны быть соединены кабелями с устройствами входа в телеметрические каналы. При этом возникают трудности, связанные с потерями величины измеряемого сигнала по длинным кабелям и накоплением больших погрешностей. Причем эти измерения должны быть запланированы в период проектирования космической станции и телеметрических измерений.

Кроме этого, до настоящего времени отсутствовали датчики, например, ускорения, которые возможно применять в условиях открытого Космоса с большими колебаниями температуры и различными излучениями.

В связи с длительной эксплуатацией космической станции, когда измерения на выносных элементах не были предусмотрены по указанным причинам, получение динамических характеристик и величин нагружений солнечных батарей и выносных элементов конструкции в процессе эксплуатации необходимо.

Увеличение количества модулей и больших размеров солнечных батарей, измерения их характеристик традиционными методами не могут быть получены, а следовательно, фактические данные о циклических нагружениях для продления ресурса станции позволят давать заключение только по расчетам и косвенным экспериментальным данным.

Задача, на решение которой направлен предлагаемый способ, - продление ресурса эксплуатации объекта, например космической станции, путем повышения эффективности контроля нагружений ее конструкции и выносных элементов при эксплуатации, получения непрерывной информации в процессе эксплуатации.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в радиотехническом способе контроля нагружения конструкции и выносных элементов объекта, например космического летательного аппарата, в процессе эксплуатации, основанном на формировании замеренных датчиками сигналов, пропорциональных изменению физического процесса, передаче информации в устройства приема и передачи информации на Землю по каналам связи, на выносных элементах конструкции (на конце выносного элемента конструкции или солнечной батареи, или в сечении 0,75 относительно их длины) замеряют сигналы с датчиков, например, виброускорения, ориентированных в двух взаимно перпендикулярных направлениях, преобразовывают сигналы пропорционально замеренному датчиком напряжению или току, фильтруют замеренные сигналы и кодируют по заданным уровням, пропорциональным напряжению или току, вырабатываемому с помощью автономного источника питания, например специальной солнечной батареей, последовательно передают кодированные сигналы от датчиков с помощью радиопередатчика в ЭВМ автономной системы для непрерывного контроля и регистрации телеметрической информации, в которой поток радиосигналов дешифруют в темпе поступления информации в привязке к телеметрическому времени, анализируют по программе автономной системы параллельно с информацией от датчиков, расположенных на конструкции корпуса космического летательного аппарата, до получения контрольного сигнала о заполнении объема памяти запоминающего устройства автономной системы, расположенной внутри космического летательного аппарата, и передают анализированную сжатую информацию по каналу связи в пункты ее приема, причем все операции способа, выполняемые с сигналами от датчика до передатчика сигналов в автономную систему для непрерывного анализа телеметрической информации, выполняют в едином измерительном блоке, закрепляемом космонавтом в определенной зоне выносного элемента конструкции при эксплуатации космической станции.

На фиг.1 представлена схема осуществления способа, на фиг.2 - вид информации, получаемой с датчиков Д₁...Д_n, установленных на объекте (корпусе космической станции), фиг.3 - вид информации, получаемой с датчиков, расположенных, например, на солнечной батарее.

Космонавт, при выходе в открытый Космос, закрепляет на конструкции солнечной батареи 1 (на ее конце или на расстоянии от борта станции 0,75 длины станции) датчики 2, например, виброускорения, Д₁...Д_n. Кроме того, эти датчики могут быть установлены в заданной зоне на выносных элементах конструкции или на наружной поверхности корпуса космической станции.

Замеряют сигналы с датчиков 2 (Д₁...Д_n), ориентированных в двух взаимно перпендикулярных направлениях, преобразовывают сигналы пропорционально замеренному датчиком напряжению или току, фильтруют замеренные сигналы и кодируют по заданным уровням, пропорциональным напряжению или току, вырабатываемому с помощью автономного источника питания 3, например специальной солнечной батареей.

Затем кодированные сигналы от датчиков последовательно передают с помощью радиопередатчика 4 в ЭВМ 5 через приемник 6 в ЭВМ автономной системы 7 для непрерывного контроля и регистрации телеметрической информации, в которой поток радиосигналов дешифруют в темпе поступления информации в привязке к телеметрическому времени. Информацию анализируют по программе автономной системы параллельно с информацией от датчиков 8, расположенных на конструкции корпуса космического летательного аппарата, до получения контрольного сигнала о заполнении объема памяти запоминающего устройства 9 автономной системы 7, расположенной внутри космического летательного аппарата. Анализированную информацию передают по каналу связи 10 в пункты ее приема 11.

Причем все операции предлагаемого способа, производимые с сигналами, поступающими от датчика до передатчика сигналов в автономную систему для непрерывного анализа телеметрической информации, выполняют в едином измерительном блоке, закрепляемом космонавтом в определенной зоне выносного элемента конструкции при эксплуатации космической станции.

При этом информация передается непрерывно в реальном телеметрическом времени. Весь массив анализированной информации о колебаниях конструкции и солнечной батареи станции содержится в сжатом виде в автономной системе и передается в удобное время на Землю.

Способ позволяет получить всю информацию о колебаниях конструкции любого наблюдаемого объекта: и строительной конструкции, и космического аппарата, и других элементов, принадлежащих им независимо от их взаимного положения. Появилась возможность одновременного получения информации о характеристиках конструкции корпуса по параметрам ускорения и другим параметрам, которые могут использоваться для принятия решения о ресурсе или выбора режимов при планировании динамических операций.

Особенную ценность способ представляет для получения информации при эксплуатации объекта, при динамических операциях с ним, например колебательных процессах в построенных зданиях или сооружениях или в период стыковки космических аппаратов, когда напряженное состояние конструкции выносных элементов представляет интерес для учета их при выдаче заключений о ресурсе и при определении характеристик объекта и его выносных элементов.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, может найти применение в авиационной, космической промышленности и других областях машиностроения и может быть использован в строительстве для контроля нагружений. Технический результат состоит в одновременном получении информации о характеристиках конструкции корпуса по параметрам ускорения и другим параметрам, которые могут использоваться для принятия решения о ресурсе или выбора режимов при планировании динамических операций. Для этого в способе замеряют сигналы с датчиков, преобразовывают сигналы пропорционально замеренному датчиком напряжению или току, фильтруют замеренные сигналы и кодируют по заданным уровням, пропорциональным напряжению или току, вырабатываемому с помощью автономного источника питания, например специальной солнечной батареей, последовательно передают кодированные сигналы от датчиков с помощью радиопередатчика в ЭВМ автономной системы для непрерывного контроля и регистрации телеметрической информации, в которой поток радиосигналов дешифруют в темпе поступления информации в привязке к телеметрическому времени, анализируют по программе автономной системы параллельно с информацией от датчиков, расположенных на конструкции корпуса космического летательного аппарата, до получения контрольного сигнала о заполнении объема памяти запоминающего устройства автономной системы, расположенной внутри космического летательного аппарата, и передают анализированную сжатую информацию по каналу связи в пункты ее приема, причем все операции способа, выполняемые с сигналами от датчика до передатчика сигналов в автономную систему для непрерывного анализа телеметрической информации, выполняют в едином измерительном блоке, закрепляемом космонавтом в определенной зоне выносного элемента конструкции при эксплуатации космической станции. 3 ил.

Радиотехнический способ контроля нагружения конструкции и выносных элементов в процессе эксплуатации, основанный на формировании сигналов, пропорциональных изменению физического процесса, замеренных датчиками на борту космического аппарата, передаче полученной с датчиков информации в устройства приема автономной системы космического аппарата и передачи указанной информации на Землю по каналам связи, отличающееся тем, что дополнительно устанавливают датчики на выносных элементах конструкции космического аппарата, ориентированные в двух взаимно перпендикулярных направлениях, замеряют сигналы с датчиков и преобразовывают их, фильтруют замеренные сигналы и кодируют их, последовательно передают кодированные сигналы от датчиков, расположенных на выносных элементах, с помощью радиопередатчика в ЭВМ автономной системы космического аппарата для непрерывного контроля и регистрации телеметрической информации, для чего полученный в ЭВМ поток радиосигналов дешифруют в темпе поступления информации в привязке к телеметрическому времени, анализируют по программе автономной системы космического аппарата параллельно с информацией от датчиков, расположенных внутри корпуса космического летательного аппарата, до получения контрольного сигнала о заполнении объема памяти запоминающего устройства автономной системы, расположенной внутри космического летательного аппарата, и передают анализированную информацию по каналу связи в пункты ее приема, причем все операции способа, выполняемые с сигналами от датчиков, расположенных на выносных конструкциях, до передатчика сигналов в автономную систему космического аппарата для непрерывного анализа телеметрической информации выполняют в едином измерительном блоке, закрепляемом космонавтом в определенной зоне выносного элемента конструкции при эксплуатации космической станции.