Электронное оборудование ракет - БРЭО, часть XI

Non-conformist> Вопрос по делу - объясните мне, что такое милы

это тысячные дюйма. мил = 0.0254 мм

Я щас ProtelDXP поставил - вот это весчь доложу я вам !

Спасибо! А Протел - это симулятор?

***
Прикупил сегодня еще светодиодов: два синих сверхъярких трехмиллиметровых, и один УФ - на попробу. Особых отличий между этими двумя видами в генерации фото-эдс пока не заметил, кроме, может быть, несколько меньшей реакции УФ на лампу накаливания. Через стекло синий тоже, вроде бы, увереннее на свет реагирует. После праздников возьму на работу, чтобы испытать их в тех же условиях, что и те, про которые писал выше.

Розничные цены:
синий сверхъяркий пятимиллиметровый - 20 центов
синий сверхъяркий трехмиллиметровый - 40 центов
УФ пятимиллиметровый - 50 центов

Провёл новую серию испытаний, уже не через стекло, догадался открыть окно ;^))

Результаты:

В 5 номере журнала "Радио" за 2002 год есть статья "Гелиостат".

Два фотодиода управляют ориентацией поворотной платформы, на которой установлена солнечная батарея. Простецкая схема, силовая часть - четыре КТ814 в мостовом включении; в одну диагональ подается питание, в другую включен реверсивный электродвигатель. Одна пара транзисторов открывается - двигатель в одну сторону вращается, другая пара - в другую.
Это горизонтальный канал, по азимуту; вертикальный канал - угол места - точно такой же. Деталей - два корпуса логики общего применения и пяток копеешных транзисторов. Ну, и привод, само собой.

Так может на этой основе можно и стабилизацию ракеты сотворить?

Вообще-то обычная лампа накаливания в своём спектре УФ не имеет. Нихром не имеет достаточной цветовой температуры, а стекло срезает остатки. Специальные калибровочные лампы для спектроскопии дотягивают до 360 нм... То есть, скорее всего это "фиолетовый" СД. Хотя уже есть и СД даже для дальней УФ области, но они достаточно дорогие. Спектральный диапазон обычного излучающего диода около 90 нм. Ну и всё-таки для такого сенсора лучше подойдут обычные фототранзисторы - оригинальная идея автора. Про все остальные accessorios (бленды etc.) уже говорилось.
Но, чтобы не быть голословным, проделал натурные эксперименты (самому стало интересно). Мне для этого надо только выйти из моего оффиса-лаборатории на горе (1000 м) Думаю, что будут интересными для тех кто загорелся идеей фотодатчика апогея. Итак, "жёлтый" LED (590 нм) в качестве фотодатчика. Сценарий: +38º (южной долготы); TºC = +10º; Лёгкая облачность, сухо; 12 часов пополудни местного времени (+4h, Гринвич); На горе: елки и кустарник (вечнозелёный); внизу (200 м ниже) озеро и на берегу поля для гольфа (трава) со стороны, противоположной Солнцу (южной) доминирует снежная верхушка горы (3 км), остальные горы также в снегу с 1.5 км... Зима.
LED помещён в оправку-бленду из серого PVC. Длина бленды - 30 мм, диаметр - 6 мм. Форма канала - простой цилиндр без диафрагм. Прибор - цифровой тестер Gold Star.
Цель: пронаблюдать зависимость фото э.д.с. от положения датчика, установленного на корпусе ракеты "Агена" (примерно посередине), покрашенной белой блестящей эмалью, относительно Солнца (свет-тень) и направления: Земля-небо (верх-низ).
Ввиду того, что опыты ставились на высоте, на которой угловое положение Солнца относительно ракеты, становится близким к реальному полёту (20-25º относительно горизонта), то эти данные достаточно реально отражают ситуацию.
Результаты замеров:
1. Сенсор отдельно от ракеты: H = 1.5 м; U темн.= 2-5 mV. U Солнце = 850-1.5 V (в течение 1 мин); U надир (небо) = 250 - 450 mV. U зенит (земля)= 25 - 45 mV. Absolut Sensor dynamic range - Uмах/Uтемн. = 1500. Оperative Sensor dynamic range - Uнад./Uзен. = 10. (Флуктуации сигнала - вследствие постоянного движения облаков).
2.Сенсор на ракете на солнечной стороне(рассеянный свет падает на сторону ракеты где установлен сенсор - свет): H = 4.5 м (верхушка фермы спутниковой антенны, куда была поднята ракета); почва - сухая трава и иголки с пробивающейся зеленью. Датчик повёрнут вниз (FoV - между двумя стабилизаторами); Солнце на севере. U низ = 100-150 mV в течение 1 мин. U верх = 250-500 mV (сквозь лёгкие облака просвечивет небо) в течение 1 мин. О.d.r.avg. = 3.
3.Сенсор на ракете на теневой стороне(рассеянный свет падает на сторону ракеты противоположную той, где установлен сенсор - тень): H = 4.5 м (верхушка фермы спутниковой антенны, куда была поднята ракета); Датчик повёрнут вверх; (сквозь лёгкие облака просвечивет небо); Солнце на севере сквозь лёгкие облака. U низ = 25-50 mV в течение 1 мин. U верх = 125-250 mV в течение 1 мин. О.d.r.avg. = 7.
Обсуждение результатов:
Продемонстрирована зависимость динамического диапазона сенсора от положения ракеты относительно Солнца. При отсутствии прямой (хотя и рассеянной) засветки динамический диапазон растёт. При наличии прямой засветки на малых угловых
восхождениях светила ( от 8 до 10 часов утра местного времени) и уменьшении д.д. возможны сбои системы при случайном расположении ракеты с сенсором на солнечной стороне в момент достижения ракетой апогея. Очевидно можно повысить среднее значение д.д. лёгкой закруткой ракеты вокруг вертикальной оси. Также заметно влияние зеркального отражения от блестящей краски, которой была покрашена ракета.
Уменьшить это влияние можно нанеся матовое чёрное покрытие в месте входного отверстия бленды. Замечено, также, что при использовании бленды меньшего диаметра - 4 мм и большей длины - 50 мм, динамический диапазон резко падает (сверху) из-за малой освещённости сенсора.
Выводы:
С учётом данных, полученных прямыми натурными измерениями данный прибор можно попробовать в реальных лётных испытаниях. Однако, очевидно, что его применение будет ограничено реальными условиями освещения и конструктивными параметрами. Инерциальный ключ (на земле система после проверки отключается и будет включена в полёте) желателен. Система с шариком и магнитом, предложенная автором представляется вполне работоспособной. Калибровка устройства должна производиться с учётом вышеупомянутого на определённые погодные условия и место предполагаемого пуска.
Разумеется, подобные натурные испытания нужно дополнить серьёзным отбором приёмников, но мне кажется, что нужно ограничиться видимым диапазоном 0.4-0.6 мкм. Да и из литературы и собственного опыта (бортовые многозональные камеры) также вытекает сине-зелёный канал. На следующей неделе попробую проделать то же самое с калиброванным фотоприёмником и радиометром IL-1700.

Optical Sensor+Agena_3

А как конкретно был размещен сенсор на корпусе ракеты? Если его расположить на вершине головного обтекателя (на продольной оси корпуса), то вращение ракеты не даст флуктуаций освещенности. И второй момент - нельзя ли дополнительно снизить эти флуктуации, сточив линзу в плоскость?

Светодиод мой, наверное, УФ, но наверное не сильно У, поскольку продавец говорил, что его излучение можно увидеть. Я не проверял пока - дома нет подходящей батарейки. Интересно будет посветить на УФ-светодиод синим светодиодом - сколько первый выдаст фото-эдс...

Non-conformist> Так может на этой основе можно и стабилизацию ракеты сотворить?

Я о том же думаю. Четыре светодиода смотрят в разные стороны в горизонт, МК сравнивает освещённость направленных в противоположные стороны датчиков и выдаёт команды на выравнивание ракеты. Нужно прикрыться от солнца, чтобы не мешало.

Мечты.....

Нашел трехвольтовую пуговку. УФ светодиод запустить от нее не удалось - ток потребления составил только 30 мкА. Синие светят ярко, как обычно. Так что трех вольт, наверное, мало для УФ.
На расстоянии 10 см от колбы настольной лампы и при точной ориентации на нить накала УФ-диод выдает около 5 мВ, синий - втрое больше, около 15 мВ.
Освещение УФ-светодиода синим светодиодом ничего не дало - 0,00 мВ. Светил вплотную. Наверное, не тот диапазон.

> Четыре светодиода смотрят в разные стороны в горизонт

Я думал, что можно именно солнце использовать в качестве ориентира, и датчики направить именно на него. Ведь с высотой подъема ракеты (пусть хоть сто километров) изменение взаимного расположения ракеты и солнца пренебрежимо мало? Пускай для пуска будет необходима ясная погода - мне кажется, это пережить можно. Вот только как организовать эти датчики, чтобы осуществить стабилизацию в трех плоскостях - по курсу, крену и тангажу? Может взять за основу тот датчик, на который я давеча ссылку приводил - с матовым стеклом и перегородками?
В том то и дело, что никакого МК тут не нужно имхо... Все гораздо проще - ты бы видел эту схему "Гелиостата"! И вместе с тем все намного сложнее... Что с МК, что без оного - имхо не одну аварию придется пережить...

Non-conformist> Я думал, что можно именно солнце использовать в качестве ориентира, и датчики направить именно на него.

Если использовать только солнце, то можно лететь только на солнце. Вертикальную стабилизацию так не сделаешь, нужен ещё хотя бы один независимый ориентир

Non-conformist> В том то и дело, что никакого МК тут не нужно имхо...

МК нужен, потому что отклик на дисбаланс датчиков нужно делать по определённому закону (который ещё нужно как-то определить). Ракета летит быстрее и "сложнее", чем движение зеркала за солнцем.

<Может взять за основу тот датчик, на который я давеча ссылку приводил - с матовым стеклом и перегородками?
Non-conformist>

Верхний датчик можно расположить в обтекателе по оси, но нижний всё равно будет смещён на фюзеляж. И флуктуации всё равно пойдут. Тогда уж лучше использовать датчики попарно, как и нарисовано у автора. И закрутки не нужно будет делать.
Ты упустил при чтении материала статьи важную деталь: ракета ПОДСВЕЧИВАЛАСь ИК прожектором. Тогда фотореле отслеживает изменение углового положения ракеты относительно точечного источника внизу, на земле и управляет трастерами на стабилизаторах ракеты. На самом деле этот же метод можно применить, расположив точечный источник (ЛЕД-лазер) в карданном подвесе на оси гироскопа (и ракеты)вверху, над реле. Но это будет только частный случай применения оптической системы в гироскопном датчике положения. Так они известны уже давно.

А что, если направить датчик прямо на солнце, а продольная ось ракеты при этом будет смотреть вертикально в зенит - разве ничего не получится? Датчик расположен внутри корпуса на поворотном устройстве, за прозрачным окном; выставляется перед стартом. Летим вертикально вверх, а датчик при этом однозначно сориентирован на солнце. Взаимное положение солнца и ракеты на таких мизерных в мировом масштабе расстояниях (каких-то 100 км) практически не изменяется. Неужели нужен еще какой-то ориентир?
Насчет передаточных чисел - ну делали же как-то фашисты свои Рурштали? Хотя, я думаю, что МК там был заменен изрядным числом натурных испытаний... Слишком мало информации по этому поводу в открытых источниках...
Читал только, что там аэр. рули лопотали туда-сюда с частотой чуть ли не 50 Гц - из одного крайнего положения в другое; время нахождения рулей в крайних положениях и определяло пространственное положение ракеты. Такой себе механический ШИМ. Я фиг его знает - были ли там какие-то передаточные коэффициенты... Может быть.

> Ты упустил при чтении материала статьи важную деталь: ракета ПОДСВЕЧИВАЛАСь ИК прожектором.

Нет, я не забыл про это. Просто вместо ик-прожектора для вертикальной стабилизации ракеты я предложил использовать естественный прожектор - солнце. Он столь же статичен по отношению к летящей ракете, как и закрепленный на земле... Имхо.

Non-conformist> А что, если направить датчик прямо на солнце, а продольная ось ракеты при этом будет смотреть вертикально в зенит - разве ничего не получится?

Нет. Представь линию, соединяющую ракету и солнце. Вращение вокруг этой оси невозможно обнаружить.

Хе... Невозможно, да... Ну ты редиска, однако, Серега!
Хорошо, а на сколько тогда вверх бьет лазерная указка?

И потом - летом-то все равно можно запускать! Солнце-то посчти в зените!

Non-conformist> Хе... Невозможно, да... Ну ты редиска, однако, Серега!

Хорошо, в следующий раз буду молчать, пока на новой суперидее построишь ракету ;^))

Non-conformist> Хорошо, а на сколько тогда вверх бьет лазерная указка?

Сквозь карамельный выхлоп? Ну, метра на три ;^))
Тут нужен прожектор, а не указка, и выхлоп другой.

Ловля горизонта оптическим датчиком выглядит предпочтительней, хотя бы потому, что уже реализована на практике в стабилизации моделей вертолётов. И горизонт - он большой, гораздо больше, чем луч указки. Ловить легче.

Non-conformist> А Протел - это симулятор?

это система проектирования от схемы через симуляцию и до файлов в производство.
Очень удобная,проф. уровня и моделирует изделие в 3D.
Но большая для скачивания.

> Ловля горизонта оптическим датчиком выглядит предпочтительней

Дык горизонт в отличие от солнца проваливается вниз с подъемом ракеты? Что на это скажете, уважаемый? А солнце только виднее становится с подъемом!
Вот я думаю сейчас, и мысль такая мне думается: если что-нибудь и делать в этом роде, то только с прямой ориентацией на солнце. Пусть не вертикально вверх, но летом, да еще и в южных широтах - ПОЧТИ! Датчик - четыре светодиода с крестообразной перегородкой и матовым стеклом в прозрачном обтекателе ракеты. Содрать один к одному с описанного в приведенной мной выше ссылке, только на современной элементной базе.
А вот все остальное - в полнейшем тумане. Во-первых все эти передаточные коэффициенты, во-вторых - чисто веселая проблема - как сделать поворотный сопловой блок???
Я думаю, что передаточные коэффициенты (угол отклонения сопла в зависимости от угла ухода от "нуля") можно посчитать, прикинуть как-то... Тем более, что на заре развития ракет так оно все и делалось - никто толком ничего не знал, а все теории и формулы писались потом, под уже полученные экспериментальные данные. Разве нет? Правда бюджет у тех организаций, которые осуществляли эти эксперименты, был немного другой...

> система проектирования от схемы через симуляцию и до файлов в производство
Файлы - в смысле файла печатного монтажа? А в чем его отличие от Пикада?

Non-conformist> Дык горизонт в отличие от солнца проваливается вниз с подъемом ракеты?

Конечно, на высотах 10-100 км горизонт несколько провален ;^))
Но гораздо раньше возникнут другие проблемы вроде прохода через облака или мимо облаков, где горизонта не видно, а засветка неравномерная.

Поэтому такое решение - для Больших Медленно и Красиво Взлетающих Ракет ;^))
Не очень высоко летающих.
Или высоко летающих, но со стабилизацией только на участке до нижней кромки облаков, пока работает двигатель. А дальше прямо разогнанная ракета сама прямо полетит.

Non-conformist> Датчик - четыре светодиода с крестообразной перегородкой и матовым стеклом в прозрачном обтекателе ракеты.

Non-conformist> все эти передаточные коэффициенты

датчики прикрыть светофильтром чтоб четче выявить зависимости, завести на АЦП МК и оцифровать с разной освещенностью. Сделать калибровочные таблици по данным и загрузсит в программу МК. Получится светодатчик с балансированым выходом.

А дальше уже блок управления не зависящий от конструкции датчика - НО на МК конечно.

Non-conformist> как сделать поворотный сопловой блок???

А почему не стабилизаторы поворотные ? мотор не долго работает.

У меня предложение: если есть желание обсудить управление (в который уж раз!), то поднимите старую тему и пишите туда.

Правда там уже всё написано, и сопла, и стабилизаторы, и т.д.

Non-conformist> А в чем его отличие от Пикада?

да вроде покруче он. Но все это одной фирмы продукты

Искал фотодиод КДФ-101А, который GOGI использует. Не нашёл.
Купил три других. Один ФД-256, с выпуклой линзочкой. Два других без маркировки (сказали - военные ;^)) ), с плоским стеклом.

Все три работают одинаково. Дают 360-380 мВ на небе и всего на 30-40 мВ меньше на земле. В общем, не везёт мне на фотодиоды ;^))

может фильтр какой то нужен - чтоб пропускал преимущественното что плохо отражает земля.