Характеристики и параметры ФАР при наличии отказов

Поскольку ФАР создаются с избыточным числом модулей, то регламентные и восстановительные работы производятся не сразу же после выявления каждого отказа, а через определенный интервал времени. Поэтому в процессе эксплуатации происходит накопление отказов и постепенное ухудшение параметров ФАР. Временные зависимости параметров ФАР можно установить аналитическими методами, путем моделирования или экспериментальным способом. Исходными данными для расчета и моделирования являются количественные показатели работоспособности элементов ФАР, характеристики всех исходов отказов и условные вероятности их появления.

На рис. 3.6 показаны АДН пассивной ФАР в исходном состоянии и по-

Рис. 3.6

сле работы в течение 2000 часов, полученные в результате моделирования. Из-за отказов элементов ФАР главный лепесток АДН расширяется; при этом снижается его уровень и увеличивается боковое излучение, образующее почти равномерный общий фон.

В соответствии с указанными изменениями АДН происходит уменьшение КНД и КУ. Если амплитудное распределение неравномерное, то при одних и тех же отказах элементов их влияние на параметры ФАР будет определяться положением элемента на раскрыве.

При эксплуатации ФАР большой практический интерес имеет установление функциональных зависимостей параметров ФАР от количества отказавших элементов. Отказавшим считается элемент с любым исходом отказа. Такие зависимости обычно получают путем моделирования конкретной ФАР. Исходными данными являются интенсивности отказов элементов (среднее число отказавших элементов в единицу времени), по которым рассчитываются условные вероятности каждого исхода отказа. В результате обработки данных моделирования получают функциональные зависимости параметров ФАР от числа отказавших элементов.

3.2. Особенности эксплуатации
и защита антенных систем
от воздействия внешних факторов

В процессе эксплуатации РЭТ антенны подвергаются различным климатическим воздействиям (атмосферных осадков, обледенения, изменений температуры и влажности и др.), что приводит к изменению их характеристик и параметров. Инженер-эксплуатационник должен владеть методами оценки влияния метеорологических факторов на состояние антенной системы.

3.2.1. Влияние метеорологических факторов на радиотехнические
характеристики и параметры антенн

Нормальные климатические условия характеризуются температурой 20±5°С, относительной влажностью воздуха 65±15%, атмосферным давлением 96...104 кПа (720...780 мм рт. ст.) и отсутствием загрязненности воздуха. В реальных условиях эксплуатации температура воздуха может колебаться от -70 до +70° С. Отклонение температуры от нормальной приводит к изменению физических и механических свойств материалов, из которых изготовлена антенна. Эти изменения вызывают отклонения характеристик и параметров от номинальных значений. Колебания температуры ускоряют процесс старения элементов, увеличивая интенсивность их отказов.

При пониженной температуре изменяются свойства диэлектриков (диэлектрическая прочность, тангенс угла потерь, величина напряжения пробоя) и характеристики механической прочности пластмасс (прочность на удар уменьшается, а прочность на разрыв увеличивается на 10...30%), ухудшаются условия эксплуатации трущихся частей узлов, залитых смазкой.

Повышенная температура влияет на свойства диэлектриков, износоустойчивость изоляции, а также на физические свойства металлов (увеличивается сопротивление, изменяется величина магнитного потока магнита, уменьшаются прочность, упругость и др.).

Существенное влияние на характеристики антенн оказывают влажность окружающего воздуха и различные атмосферные осадки.

При повышенной влажности воздуха ускоряется коррозия металлов и сплавов, что сокращает срок их эксплуатации, снижаются электроизоляционные свойства диэлектриков (уменьшается удельное сопротивление, растут диэлектрические потери), ухудшаются свойства смазок нефтяного происхождения, ускоряется разрушение защитных лакокрасочных покрытий. Пониженная влажность воздуха (но не менее 30%) уменьщает эластичность и снижает прочность ряда эмалевых и лакокрасочных покрытий, способствует усыханию изоляционных материалов и ухудшению их механических свойств. Атмосферные осадки всех видов способствуют возрастанию влажности.

Для устранения влияния влажности на электрические характеристики волноводного тракта в ряде систем РЭТ тракт эксплуатируется загерметизированным под избыточным давлением.

Очень опасно воздействие обледенения. Из опыта эксплуатации крупноапертурных антенн известно большое количество случаев серьезных механических разрушений вследствие обледенения. Для борьбы с этим явлением, особенно характерных для горных районов, используются радиопрозрачные укрытия, устройства электроподогрева и др.

На поверхности Земли колебания атмосферного давления незначительны, поэтому существенного влияния на функционирование радиоэлектронной аппаратуры они не оказывают, за исключением систем РЭТ, эксплуатируемых в высокогорных районах и на летательных аппаратах, где атмосферное давление может значительно отличаться от нормального. Так, например, при изменении высоты от 1 до 1,6 км величина пробивного напряжения уменьшается в 4 раза. На высотах выше 2 км могут появляться тихие или скользящие искровые разряды в антенно-волноводных трактах. На больших высотах имеется опасность возникновения газовых пробоев, образующихся вследствие плазменного состояния атмосферы.

Воздействие солнечного излучения проявляется в химическом разложении некоторых видов пластмасс, тканей, используемых при изготовлении антенн, а также в разрушении лакокрасочных покрытий.

АС РЭТ эксплуатируются под воздействием ветровых нагрузок (за исключением тех, которые укрыты радиопрозрачными обтекателями). Механическая жесткость антенн обычно рассчитывается для скорости ветра до 20...25 м/с. В целях снижения ветровых нагрузок зеркала изготавливаются перфорированными или сетчатыми.

Характеристики и параметры антенны могут существенно изменяться из-за осадков, покрывающих ее поверхность. Электромагнитная волна при прохождении такого слоя частично преломляется и затухает. Кроме того, происходит отражение электромагнитной волны от поверхности слоя осадков. Все это приводит к росту потерь в антенне, разнообразным искажениям ДН: расширению и смещению главного лепестка, увеличению уровня боковых лепестков, асимметрии АДН. В качестве примера на рис. 3.7 показано изменение амплитудного и фазового распределений поля в раскрыве параболической зеркальной антенны, обусловленное наличием слоя осадков, неравномерно распределенного по поверхности зеркала.

Рис. 3.7

Электрические параметры воды, льда, снега зависят от рабочей длины волны и температуры окружающего воздуха. Следовательно, возможны искажения формы широкополосных сигналов, применяемых в современных радиолокационных системах, и, как следствие, дополнительные ошибки в определении координат воздушных целей.

Осадки могут быть причинами механических повреждений: прогибов зеркала и арматуры, перекосов и смещений облучателя, деформации вибраторов и питающих волноводов.

Поэтому при эксплуатации антенн следует своевременно удалять осадки и пылевые наносы с ее поверхности, принимая все меры предосторожности, чтобы исключить повреждение антенны обслуживающим персоналом.