Аппаратно-алгоритмические средства повышения точности систем определения уровня топлива в баках ракетоносителей на основе волноводного метода тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.05, кандидат наук Гончаров Владислав Борисович

• Гончаров Владислав Борисович
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Гончаров Владислав Борисович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СИСТЕМ УРОВНЕМЕРОВ КОМПОНЕНТОВ ТОПЛИВА РАКЕТОНОСИТЕЛЕЙ И ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ДАТЧИКА УРОВНЯ

1.1 Системы уровнемеров контроля заправки и расхода топлива

1.2 Датчики измерения уровня жидкости

1.3 Сравнение методов и выбор датчика уровня

1.4 Промышленные волноводные уровнемеры ведущих мировых производителей

1.5 Выводы по главе

ГЛАВА 2. ВОЛНОВОДНЫЕ УРОВНЕМЕРЫ

2.1 Волноводные (рефлексные) уровнемеры

2.2 Принцип действия волноводного уровнемера

2.3 Диэлектрическая и магнитная проницаемость и их связь с другими физическими величинами

2.4 Компоненты ракетного топлива керосин и жидкий кислород и их диэлектрическая проницаемость

2.5 Анализ волноводного метода измерения уровня

2.6 Выводы по главе

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ И ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ДАТЧИКА УРОВНЯ КОМПОНЕНТОВ РАКЕТНОГО ТОПЛИВА

3.1 Передающий, принимающий и обрабатывающий блоки генератора

3.2 Выбор и обоснование типа волновода

3.3 Прямоугольный волновод и его основные характеристики

3.4 Структуры полей Щ0, Н20, Н11 и Е11 волн в прямоугольном волноводе

3.5 Моделирование параметров волнового уравнения и прямоугольного волновода

3.6 Расчет характеристик электромагнитного поля в прямоугольном волноводе для волны Н10

3.7 Выбор типа и расчет антенны

3.8 Волноводный уровнемер с идеальной отражающей поверхностью

3.9 Выводы по главе

ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДАТЧИКА УРОВНЯ КОМПОНЕНТОВ РАКЕТНОГО ТОПЛИВА И ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ

4.1 Преимущество вейвлет-преобразования перед преобразованием Фурье и спектральным анализом

4.2 Вейвлет-преобразование

4.3 Непрерывное вейвлет-преобразование

4.4 Обработка частотного сигнала с помощью непрерывного вейвлет-преобразования для уменьшения ошибки дискретизации

4.5 Обработка с помощью преобразования Фурье и вейвлет-преобразования зашумленного ЛЧМ сигнала с волноводного датчика уровня компонентов топлива ракетоносителя

4.6 Фильтрация ЛЧМ сигнала волноводного датчика уровня компонентов топлива ракетоносителя с помощью вейвлет-преобразования

4.7 Колебания жидкого топлива в баках ракетоносителя

4.8 Функциональная схема математической модели волноводного датчика уровня компонентов ракетного топлива

4.8.1 Математическая модель датчика уровня компонентов ракетного топлива для случая с отражением сигнала от поплавка с идеальной отражающей поверхностью

4.8.2 Математическая модель датчика уровня компонентов ракетного топлива для случая с отражением сигнала от бурлящей поверхности

4.8.3 Анализ погрешностей модели датчика уровня компонентов ракетного топлива

4.9 Моделирование спектральным методом

4.10 Выводы по главе

ГЛАВА 5. ПОГРЕШНОСТИ ВОЛНОВОДНЫХ УРОВНЕМЕРОВ

5.1 Погрешности уровнемера компонентов топлива современного ракетоносителя

5.2 Погрешности волноводного метода измерения уровня

5.3 Основные методы уменьшения ошибки дискретизации

5.3.1 Методы адаптивного управления напряжением модуляции

5.3.2 Весовые методы усреднения разностной частоты

5.3.3 Спектральный метод анализа

5.4 Экономическая эффективность датчика уровня компонентов ракетного топлива

5.5 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1: Физические свойства жидкого кислорода и керосина

Приложение 2: Разработка принципиальной электрической схемы датчика уровня компонентов ракетного топлива

Приложение 3: Перечень элементов принципиальной электрической схемы датчика уровня компонентов ракетного топлива

Приложение 4: Характеристики микроконтроллера 1886ВЕ1Т

Приложение 5: Характеристики разработанного датчика уровня компонентов ракетного топлива

Приложение 6: Текст программы расчета характеристик электромагнитного поля для прямоугольного волновода для волны Н10

Приложение 7: Алгоритмы определения уровня с помощью вейвлет-преобразования и непрерывного вейвлет-преобразования

Приложение 8: Температурная зависимость диэлектрической проницаемости компонентов ракетного топлива керосина и жидкого кислорода187

Приложение 9: Параметры для моделирования датчика уровня компонентов ракетного топлива

Приложение 10: Результаты моделирования математических моделей с идеальной отражающей поверхностью и с отражением от бурлящей поверхности без учета волновода и диэлектрических свойств среды

Приложение 11: Алгоритм расчета погрешности измерения уровня волноводным уровнемером

Приложение 12: Акты и отзывы об использовании результатов диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Аппаратно-алгоритмические средства повышения точности систем определения уровня топлива в баках ракетоносителей на основе волноводного метода»

ВВЕДЕНИЕ

Жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) - химический ракетный двигатель, использующий в качестве ракетного топлива жидкости, в том числе сжиженные газы. По количеству используемых компонентов различаются одно-, двух- и трехкомпонентные ЖРД [1-4].

В однокомпонентных двигателях в качестве топлива используется жидкость, которая при взаимодействии с катализатором разлагается с образованием горячего газа, например, гидразин разлагается на аммиак и азот, или концентрированная перекись водорода образует перегретый водяной пар и кислород. Однокомпонентные ЖРД развивают небольшой удельный импульс, но их преимущество в простоте конструкции [5-8].

Двухкомпонентное жидкое топливо состоит из окислителя и горючего. К жидким топливам предъявляются специфические требования: более широкий температурный интервал жидкого состояния, пригодность одного из компонентов для охлаждения ЖРД (термическая стабильность, высокие температура кипения и теплоемкость), возможность получения из основных компонентов генераторного газа высокой работоспособности, минимальная вязкость компонентов и малая зависимость ее от температуры.

Концепция трехкомпонентных двигателей сочетает высокое значение удельного импульса при использовании в качестве горючего водорода, и более высокую усредненную плотность топлива (следовательно, меньший объем и вес топливных баков), характерную для углеводородного горючего. При запуске двигатель работал бы на кислороде и керосине, а на больших высотах переключался на использование ЖК и водорода.

К преимуществам ЖРД можно отнести:

- Самый высокий удельный импульс в классе химических ракетных двигателей (для пары керосин-кислород - до 3500 м/с).

- Управляемость по тяге: регулируя расход топлива, можно изменять величину тяги в большом диапазоне и полностью прекращать работу двигателя с последующим повторным запуском.

- Для больших ракетоносителей (РН), использование ЖРД позволяет добиться весового преимущества по сравнению с твердотопливными двигателями (РДТТ). Во-первых, за счет более высокого удельного импульса, а во-вторых жидкое топливо в ракете содержится в отдельных баках, из которых оно подается в камеру сгорания с помощью насосов. За счет этого давление в баках существенно (в десятки раз) ниже, чем в камере сгорания, а сами баки выполняются тонкостенными и относительно легкими. В РДТТ контейнер топлива является одновременно и камерой сгорания, и должен выдерживать высокое давление, а это влечет за собой увеличение его веса [1-3].

Недостатки ЖРД:

- Ракета с ЖРД значительно сложнее устроены и более дорогостоящие, чем эквивалентные по возможностям твердотопливные. Транспортировать жидкостную ракету необходимо с большими предосторожностями, а технология подготовки пуска более сложна и трудоемка. Поэтому для ракет военного назначения в настоящее время предпочтительнее РДТТ, ввиду их более высокой надежности, мобильности и боеготовности.

- Компоненты жидкого топлива в невесомости неуправляемо перемещаются в пространстве баков. Для их осаждения необходимо применять специальные меры, например, включать вспомогательные двигатели.

- В настоящее время для ЖРД достигнут предел энергетических возможностей топлива, поэтому теоретически не предвидится возможность существенного увеличения их удельного импульса, что ограничивает возможности РН базирующихся на их использовании [1-3, 9].

В России направлением ЖРД занимались:

Константин Эдуардович Циолковский (1857-1935) разработал принципиальную схему ЖРД и предложил устройство основных агрегатов, выдвинул ряд идей по конструкции космической ракеты: насосная подача компонентов топлива, охлаждение ими камеры сгорания, размещение графитовых рулей в истекающей газовой струе, автоматическое управление с включением в

него гироскопических приборов, составные ракеты и др. ЖРД был предложен впервые Циолковским для полета в космос в 1903 г. [10, 11].

Валентин Петрович Глушко (1908-1989) - инженер, крупный советский ученый в области ракетно-космической техники, основоположник отечественного жидкостного ракетного двигателестроения. Созданием ЖРД, в которых окислителем служили азотная кислота или тетронитрометан, занимался коллектив, руководимый В.П. Глушко [9].

Фридрих Артурович Цандер (1887-1933) внес огромный вклад в теоретические исследования в области ЖРД. Разработки экспериментального ЖРД в 1931-1933 гг. проводились под руководством Ф.А. Цандера [10].

Под руководством С. П. Королева (1906-1966) в 1957 г. была создана МБР Р-7, оснащенная ЖРД РД-107 и РД-108, на тот момент самими мощными и совершенными в мире, разработанными под руководством В.П. Глушко. Эта ракета была использована, как носитель первых в мире искусственных спутников земли, пилотируемых космических аппаратов и межпланетных зондов [12].

Юрий Васильевич Кондратюк (1897-1941) внес огромный вклад в исследования в области ЖРД.

Алексей Михайлович Исаев (1908-1971) - выдающийся создатель ЖРД для ракетно-космической техники. ОКБ, возглавляемое главным конструктором А.М. Исаевым, разработало многочисленные ЖРД, предназначенные в качестве основных - корректирующих и тормозных - на автоматических и пилотируемых космических аппаратах. Большим вкладом явилось создание под руководством А.М. Исаева, двухкомпонентного жидкостного аккумулятора давления [13].

Доминик Доминикович Севрук (1908-1994) внес большой вклад в разработку ЖРД под руководством академика В.П. Глушко.

Борис Иванович Каторгин (1934) был награжден «за разработки высокоэффективных ЖРД на криогенных топливах». «Жидкостные ракетные двигатели востребованы и будут востребованы еще очень долго, потому что никакая другая техника не в состоянии более надежно и экономично поднять груз с Земли и вывести его на околоземную орбиту. У ЖРД есть своя ниша - маршевые

двигатели. На ЖРД можно разогнать носитель до второй космической скорости, долететь до Марса, и все» [14].

За пределами России также занимались исследованием ЖРД:

Роберт Хатчингс Годдард (1882-1945) - американский инженер, построил первый работающий экспериментальный ЖРД. В 1926 г. Годдард впервые в мире произвел запуск небольшой ракеты с ЖРД, работавшим на ЖК и бензине [10].

Вальтер Тиль, Гельмут Вальтер, Вернер фон Браун и др. - немецкие конструкторы, которые добились наибольших успехов в разработке ЖРД в первой половине XX в. В ходе второй мировой войны они создали целый ряд ЖРД для ракет военного назначения [15, 16].

В настоящее время ЖРД широко используются в космических программах.

Большинство ЖРД работает на двухкомпонентном топливе. На борту РН компоненты хранятся в разных баках, и соединяются только в камере сгорания.

В качестве горючего могут применяться керосин, спирты и другие вещества. Окислительным компонентом служат кислоты с большим содержанием кислорода, например азотная кислота, четырехокись азота, ЖК и т.д.

Критериями при выборе метода измерения запаса топлива являются, с одной стороны, увеличение точности измерения, а с другой - упрощение конструкции датчика, технологии изготовления, уменьшение габаритно-массовых характеристик, обеспечение необходимой надежности [17, 18].

Однако наличие движущихся частей резко снижает надежность таких систем. Одним из вариантов улучшения характеристик поплавковых систем измерения запаса топлива является использование конструкции с несколькими поплавками, равномерно распределенными по высоте бака, в сочетании с расходомером топлива. Каждый из поплавков фиксирует конкретное дискретное значение уровня топлива в баке, которое используется для коррекции величины остатка топлива, вычисляемой по показаниям турбинного датчика расхода топлива. Надежность такой системы повышается за счет дублирования и взаимной коррекции данных получаемых с разных датчиков. Подобные системы применимы преимущественно в авиации.

Емкостной метод контроля уровня топлива (рисунок В) основан на изменении величины емкости специального конденсатора, помещенного в бак, при прохождении через него уровня компонентов топлива. Изменение емкости воспринимается усилительно-преобразовательным устройством. Каждый датчик имеет несколько чувствительных элементов расположенных на заданных расстояниях по высоте бака. Используются, как правило, датчики с количеством чувствительных элементов около десяти. Любое перемещение уровня компонентов топлива между чувствительными элементами не фиксируется. Ресурс таких датчиков ограничивался из-за падения сопротивления изоляции в местах ввода элементов и разделительных прокладок датчика, вследствие образования на них пленок и выпадения электропроводящих осадков. Конструкция датчика с охранными электродами позволяет существенно уменьшить погрешности от активных токов утечки и снизить требования по сопротивлению изоляции до десятка кОм [17, 19-21].

Р вых

Рисунок В - Емкостной датчик уровня Индуктивный метод контроля уровня топлива основан на электрическом измерении положения поплавка, относительно чувствительных элементов датчика. Датчик представляет собой штангу с катушками индуктивности с разомкнутым магнитопроводом, заключенную в герметичную трубу, расположенную вдоль оси бака, по которой перемещается поплавок.

Перемещаясь, поплавок кольцевыми магнитопроводами охватывает магнитпроводы катушек, увеличивая их индуктивность. Уровень топлива определяется по положению сработавших индуктивностей [17, 18, 20, 21].

Одним из существенных достоинств емкостных датчиков, по сравнению с индуктивными, является отсутствие подвижных частей, что важно при эксплуатации. Недостатками емкостных датчиков является необходимость применения специальных мер для обеспечения пожаро- и взрывобезопасности, подверженность влиянию электромагнитных помех. При применении индуктивных датчиков необходимо принимать специальные меры для предотвращения заклинивания поплавка во время штатной работы изделия [21].

В авиации нашло широкое применение нескольких электроемкостных датчиков измерения количества топлива с компенсацией изменения диэлектрической проницаемости и плотности топлива. При крене изменение угла поверхности топлива компенсируется вторым датчиком, установленным симметрично первому. Компенсация тангажа реализуется третьим датчиком. Коррекция емкостных уровнемеров осуществляется компенсаторами емкостного типа. Коррекция характеристик топлива осуществляется плотномером.

Дискретно-емкостные уровнемеры топлива конструктивно отличаются от емкостных датчиков наличием выводов для контроля у отдельных емкостных элементов, размещенных по длине датчика с шагом 3-5 мм. Точность датчика равна шагу расположения емкостей. Преимуществом метода является независимость точности измерения уровня от диэлектрических свойств топлива. Полученные дискретные данные хорошо согласуются с цифровыми методами обработки информации. Надежность работы дискретно-емкостных датчиков значительно выше, чем непрерывных, т.к. отказ одного из элементов не приведет к отказу всего датчика, а вносит некоторую погрешность измерений [19].

Применение системы одновременного опорожнения баков позволяет повысить эффективность РН с ЖРД, т.к. такая система, регулируя соотношение компонентов топлива, обеспечивает одновременный расход всех компонентов топлива и позволяет увеличить полезную нагрузку.

Другой метод состоит в заправке определенного излишка горючего и обеспечивает улучшение характеристик двигательных установок без применения сложных систем измерения и регулирования. Однако этот метод не обеспечивает получения максимально возможной полезной нагрузки. Неиспользуемые остатки компонентов топлива могут быть дополнительно уменьшены с помощью системы одновременного опорожнения баков. Система состоит из уровнемеров, вычислительного устройства, управляющего одновременным опорожнением баков и дросселя, регулирующего соотношение компонентов. Регулирование осуществляется в замкнутом контуре путем перепуска части расхода окислителя из запорной магистрали на вход в насос. [22].

В связи со случайными разбросами характеристик работы системы опорожнения, остаются небольшие неиспользуемые остатки и необходимость заправки избытка компонентов топлива сохраняется. Чтобы система не израсходовала в первые секунды работы избыточный запас горючего, в вычислительное устройство системы опорожнения баков вводится корректировка.

Для уменьшения потерь скорости применяется регулирование соотношения компонентов топлива в полете, которое приводит к выигрышу в весе [23].

Применение программного изменения соотношения компонентов топлива на активном участке полета второй ступени приводит к уменьшению гравитационных потерь на активном участке полета первой ступени [24, 25].

Угол наклона траектории полета РН меняется со временем, и оптимальная величина удельного импульса не является постоянной для всего полета. Меньший удельный импульс при большей тяге выгоден на участке траектории, близком к вертикальному, это обеспечивается соотношением компонентов топлива.

При оптимальном управление РН обеспечивается достижение заданной высоты в конце активного участка. Однако, расход компонентов топлива больше на начальном этапе полета, и РН будет двигаться с большим ускорением, и высота полета в конце активного участка будет больше [26, 27].

Возросшие требования к точности измерения топлива на борту приводят к необходимости применения цифровых методов обработки сигналов с датчиков.

Взяв за основу компоненты топлива для двухкомпонентного ЖРД, например керосин и ЖК, необходимо рассмотреть возможные варианты повышения точности измерения их уровней в полете и при заправке. Точные данные о количестве компонентов топлива в баках необходимы для поддержания системой управления двигателями оптимального соотношения компонентов топлива и корректной работы двигателей РН в полете, для определения оптимальных запасов окислителя и горючего, заправляемых на стартовой позиции, необходимых для выполнения задач, достижения максимального быстродействия, снижения веса и увеличения максимальной полезной нагрузки РН, а также увеличения максимального пройденного расстояния в полете и экономии компонентов топлива РН.

Дискретные емкостные и индуктивные датчики, используемые в данный момент в большинстве РН, к сожалению, такую прецизионную задачу выполнять не могут. Для поставленных выше задач необходим бесконтактный, непрерывный, надежный, точный, простой, помехозащищенный, легкий, имеющий небольшие размеры для монтажа в баке, не имеющий подвижных частей датчик, способный корректно измерять уровень независимо от возмущающих воздействий. Возмущающими воздействиями в данном случае могут быть: колебания поверхности уровня компонентов топлива, изменение температуры, наклоны бака по любым осям, пары, высокое давление и т.п. Проанализировав методы измерения компонентов топлива можно сделать следующие выводы: Использование нескольких датчиков, как в авиации, с последующей цифровой обработкой и вычислением реального количества содержимого баков, недопустимо в связи с требованиями к массогабаритным показателям и показателям надежности, к тому же подобные датчики не являются непрерывными, но обеспечивают необходимую точность в авиации; Поплавковые датчики недопустимы т.к. подвижные части значительно снижают надежность; емкостные датчики не дают информации о положении измеряемой среды между чувствительными элементами. Поэтому необходимо разработать датчик, лишенный описанных недостатков.

Цель работы: Разработка и исследование модели непрерывного волноводного датчика уровня компонентов топлива РН, способного заменить комплекс с емкостными и индуктивными дискретными датчиками, обладающего рядом преимуществ перед применяемыми в настоящее время уровнемерами. Датчик должен сочетать в себе следующие качества: высокую точность определения уровня, помехозащищенность, пожаро -и взрывобезопасность, высокую электроизоляционную прочность, высокую коррозийную стойкость, а также отсутствие подвижных частей. Применение нового датчика позволит достичь экономии компонентов топлива, реализуя более точные пропорции компонентов топлива во время работы двигателя. Датчик должен измерять уровень ракетного топлива, как при заправке РН, так и в полете.

Для достижения указанной цели необходимо решить задачи:

- обосновать возможность применения волноводного датчика уровня для контроля уровня компонентов топлива РН;

- обосновать целесообразность построения непрерывного датчика уровня топлива РН на основе СВЧ волноводов с применением линейной частотной модуляции (ЛЧМ);

- разработать функциональную и принципиальную электрическую схемы СВЧ датчика уровня компонентов ракетного топлива (СВЧ ДУКРТ);

- обосновать тип волновода, антенны и их параметры;

- разработать математическую модель волноводного СВЧ датчика;

- исследовать возможность повышения точности СВЧ ДУКРТ с помощью цифровой обработки сигналов (ЦОС) и конструктивных решений;

- разработать алгоритм обработки сигнала с шумом от бурлящей поверхности компонентов топлива;

- провести анализ влияния шумовых воздействий на сигнал СВЧ ДУКРТ с цифровой фильтрацией;

- провести анализ погрешностей частотного метода измерения уровня;

- рассмотреть варианты уменьшения ошибки дискретизации.

ГЛАВА 1. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СИСТЕМ УРОВНЕМЕРОВ КОМПОНЕНТОВ ТОПЛИВА РАКЕТОНОСИТЕЛЕЙ И ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ДАТЧИКА УРОВНЯ

1.1 Системы уровнемеров контроля заправки и расхода топлива

Компоненты топлива - горючее и окислитель поступают из баков в центробежные насосы, приводимые в движение газовой турбиной. Под высоким давлением компоненты топлива поступают на форсуночную головку, через которую нагнетаются в камеру сгорания, перемешиваются и сгорают, образуя нагретое до высокой температуры газообразное рабочее тело, которое, расширяясь в сопле, совершает работу и преобразует внутреннюю энергию газа в кинетическую энергию его направленного движения. Через сопло газ истекает с большой скоростью, сообщая двигателю реактивную тягу [1-4, 9].

Современный ЖРД снабжается довольно сложной автоматикой, которая должна выполнять следующие задачи:

- Безопасный пуск двигателя и вывод его на основной режим,

- Поддержание стабильного режима работы,

- Изменение тяги в соответствии с программой полета или по команде внешних систем управления,

- Отключение двигателя по достижении РН заданной орбиты,

- Регулирование соотношения расхода компонентов.

Из-за технологического разброса гидравлических сопротивлений трактов горючего и окислителя соотношение расходов компонентов у реального двигателя отличается от расчетного, что влечет за собой снижение тяги и удельного импульса. В результате РН может не выполнить свою задачу, израсходовав полностью один из компонентов топлива. На заре ракетостроения с этим боролись, создавая гарантийный запас топлива. Гарантийный запас топлива создается за счет полезного груза. В настоящее время большие РН оборудуются системой автоматического регулирования соотношения расхода компонентов топлива, которая позволяет поддерживать это соотношение близким к

расчетному, сократить гарантийный запас топлива, и соответственно увеличить массу полезной нагрузки [8, 28].

Система автоматического управления двигательной установкой включает в себя датчики давления и расхода в разных точках топливной системы, а ее исполнительными органами являются главные клапаны ЖРД и клапаны управления турбиной [1-4, 9].

У ЖРД немаловажной составной частью является система подачи топлива. Ее назначение состоит в обеспечении подачи компонентов топлива в камеру сгорания в необходимой пропорции и с определенным давлением.

В двигатель входят также трубопроводы, дозирующие устройства, различного рода датчики, клапаны, элементы автоматического регулирования работы двигателя, системы заправки, слива топлива, запуска и выключения двигателя [29, 30].

В обычных условиях процесс горения поддерживается автоматически - за счет воздуха. На больших высотах, в стратосфере, воздуха практически нет. Поэтому приходится загружать РН окислителем, причем брать его значительно больше, чем горючего. Например, для полного сгорания килограмма керосина требуется 14,8 килограмма воздуха, или 5,5 килограмма азотной кислоты, или 3,37 килограмма жидкого кислорода (ЖК) [31].

В настоящее время незаменимой составляющей систем заправки и слива компонентов топлива, а также систем опорожнения баков (СОБ) и систем автоматического регулирования (САР) является комплекс уровнемеров системы контроля заправки и управления расходованием топлива (УСКЗУРТ) (функциональная схема комплекса изображена на рисунке 1.1), решающий задачу контроля положения уровня ЖК и нафтила Т1 в топливных баках ступеней современных РН в процессах заправки, стоянки в заправленном состоянии, предпусковых операций и слива, а также в процессе полета выдачи сигналов в систему управления РН [32].

'РУ Я

Рисунок 1.1 - Функциональная схема системы УСКЗУРТ Комплекс УСКЗУРТ состоит из двух независимых уровнемеров -уровнемера системы управления расходом топлива (УСУРТ) и уровнемера системы контроля заправки (СКЗ). Проверку комплекса УСКЗУРТ обеспечивает контрольно-проверочная аппаратура (КПА). Питание комплекса осуществляется от источника постоянного тока напряжением 27 В. Ток, потребляемый каждым уровнемером, не более 3 А. Масса - не более 14 кг.

В состав УСУРТ входят емкостные датчики уровня окислителя и горючего, электронный усилитель-преобразователь и кабельная сеть. В основу работы УСУРТ положен емкостной метод контроля уровня. Усилитель-преобразователь питает напряжением переменного тока емкостные датчики, принимает, усиливает, фильтрует и обрабатывает сигналы с датчиков и формирует выходные сигналы расходов и контрольные сигналы в систему телеизмерений. Также усилитель-

преобразователь имитирует срабатывание измерительных точек. Выходные сигналы формируются по трем независимым каналам, объединенным по мажоритарному алгоритму. При отказе одного из каналов комплекс сохраняет работоспособность [32].

Усилитель-преобразователь УСУРТ содержит три блока входных преобразователей, три блока вычислителей, три блока питания, блок генераторов, устройство телеметрии и устройство контроля.

Каждый канал формирует выходные команды расходов. Выходные команды всех трех каналов поступают на устройство телеметрии, где осуществляется их мажорирование и выдача в БАСУ.

В состав СКЗ входят индуктивные датчики уровня окислителя и горючего, электронный усилитель-преобразователь и кабельная сеть. В основу работы комплекса СКЗ положен индуктивный метод контроля уровня, основанный на электрическом измерении положения поплавка, относительно чувствительных элементов датчика. СКЗ питает индуктивные датчики напряжением переменного тока, принимает, усиливает, фильтрует, преобразовывает и обрабатывает сигналы с датчиков, а также выдает сигналы в последовательном коде о срабатывании уровнемерных точек датчиков, об исправности датчиков и усилителя-преобразователя в систему автоматического дистанционного управления заправкой (САДУЗ) по трем каналам в процессе заправки, стоянки и слива.

Усилитель-преобразователь СКЗ содержит три независимых канала преобразования входных сигналов, три блока вычислитель, три блока источник питания, блок генератор.

Источник питания состоит из модулей вторичного питания гальванически развязанных от бортовой сети, необходимых для питания блоков изделия.

Преобразователь входной осуществляет прием, усиление и преобразование входных аналоговых сигналов в параллельный цифровой код.

Вычислитель осуществляет прием, обработку сигналов с магистрали данных и формирование выходных сигналов.

Генератор формирует переменное напряжение для питания датчиков.

Устройство телеметрии принимает команды расходов, формирует и выдает сигналы телеметрии в систему телеизмерений РН, осуществляет гальваническую развязку и выдачу расходов в бортовую аппаратуру системы управления (БАСУ).

Устройство контроля формирует сигналы имитации расхода компонентов топлива в баках с окислителем и горючим.

Датчики в баке окислителя и горючего однотипные, отличаются габаритными размерами и расстановкой чувствительных элементов. Все детали выполнены из материалов, стойких к воздействию компонентов топлива: алюминиевых сплавов и стали 12Х18410Т.

Емкостные датчики предназначены для дискретного контроля уровня компонентов топлива. Датчики питаются переменным током 9 В с частотой 60 кГц. Масса датчика не превышает 30 кг. Конструкция состоит из трубы успокоителя, внутри которой располагается труба гермовывода с 12 конденсаторами.

Индуктивные поплавковые датчики предназначены для дискретного контроля уровня компонентов топлива. Датчики питаются переменным током 9 В с частотой 1 кГц. Масса датчика не превышает 8 кг. В качестве чувствительных элементов используются катушки индуктивности с незамкнутым магнитным сердечником. Конструкция состоит из трубы успокоителя, внутри которой располагается труба гермовывода с 32-мя чувствительными элементами, составляющими 16 полумостов [32].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гончаров Владислав Борисович, 2020 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Стечкин Б.С. Избранные труды. Теория тепловых двигателей. - М.: Наука, 1977. - 410 с.

2. Космонавтика XXI в. / под ред. Б.Е. Чертока. - М.: «РТСофт», 2010. - 864 с.

3. Казанджан П.К., Алексеев Л.П., Говоров А.Н., Коновалов Н.Е., Нечаев Ю.Н., Павленко В.Ф., Федоров Р.М. Теория реактивных двигателей. М. Воениздат. 1955.

4. Дорофеев А.А. Основы теории тепловых ракетных двигателей (Общая теория ракетных двигателей) МГТУ им. Н.Э. Баумана Москва 1999 г. - 463 с.

5. Соколов Б.А., Филин В.М., Тупицын Н.Н. Кислородно-углеводородные ЖРД для разгонных блоков, созданные в ОКБ-1 - ЦКБЭМ - НПО "Энергия" - РКК "Энергия" (2008. №11)

6. http://www.lpre.de

7. http: //avia. pro/blog/zhidkostnyy-raketnyy-dvigatel

8. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей. / Д.И. Завистовский, В.В. Спесивцев. Учеб. пособие. - Харьков: Национальный аэрокосмический университет «Харьковский авиационный институт», 2006. - 122 с.

9. Уманский, С.П. Ракеты-носители. Космодромы, под ред. Ю.Н. Коптева. - М.: «Рестарт+», 2001. - 216 с.

10. Улубеков А.Т. У истоков ракетно-космической техники СССР. - М.: Знание, 1987. - 64 с.

11. Циолковский К.Э. Собрание сочинений. - Т. 2. - М, 1964. Космонавтика. Энциклопедия. - М., 1985 г.

12. Голованов Я.К. Королев: Факты и мифы. - М.: Наука, 1994 г - 802 с.: ил.

13. Петрик В.А. Главный конструктор А.М. Исаев - выдающийся создатель ЖРД и ЖРДУ для ракетно-космической техники. Двигатель №6 (60) 2008 г.

14. Имамутдинов И. Две с половиной тонны топлива в секунду. Эксперт №26 (809) 02.07.2012 г.

15. Дорнбергер, Вальтер. Фау - 2. Сверхоружие Третьего рейха. 1930-1945: пер. с англ. / Вальтер Дорнбергер. - М.: ЗАО Центрполиграф, 2004. - 351 с.

16. Задонцев В.А. Две жизни и две ракеты Вернера Фон Брауна (1912-1977). Авиационно-космическая техника и технология, 2012, № 9 (96)

17. N.I. Klyuev. Measurement of the liquid level in the fuel tank of rocket. American journal of aerospace engineering. Vol. 3, No. 1, 2016, pp. 1-5.

18. Андриенко А.Я., Балакин С.В., Ломтев С.М., Портнов-Соколов Ю.П. Проблема измерения уровня топлива на борту жидкостных ракет. Датчики и системы, №3. 2003 г.

19. Карандеев К.Б., Гриневич Ф.Б., Новик А.И. Емкостные самокомпенсированные уровнемеры. - (Библиотека по автоматике, вып. 195). -М.: Энергия, 1966. - 136 с.

20. «Multi-interface level sensors and new development in monitoring and control of oil separators» Syed Faisal Ahmed Bukhari and Wuqiang Yang, Sensors 2006, 6, 380-389, ISSN 1424-8220 by MDPI.

21. Жеглов М.А. Многоканальный дискретный преобразователь уровня жидкости на основе волоконного световода с последовательными изгибами: Дис. канд.техн.наук - М: МАИ, 2009 - 159 с.

22. The Apollo spacecraft. Space world, 1969, № F-3 (ЭИ АиР, 1969, № 32)

23. Rocket theory, AU space reference guide, second edition, 8/99 James G. (Sam) Lee Colonel, USAF Air University Space Chair Maxwell AFB, AL, August 2003 - 514 с.

24. Mc Carthy J.F., Dodds J.I., Crowder R.S. Development of the Apollo launch escape system. J. Spacecraft and Rockets, 1968, 5, № 8, ЭИ АиР, 1969, № 1; РЖ, 1969, 3.41.156

25. Ryan R.S., Kiefling Z.A., Buchanan H.J., J.arvinen W.A. Simulation of Saturn V S-II stage propellant feeding dynamics. AIAA Paper № 70-626, ЭИ АиР, 1970, № 39; РЖ, 1970, 11.41.214

26. Tawil М.М, Caloger P. The use of multilayer insulation on the LM vehicle. AIAA Paper № 69-609, (ЭИ АиР, 1970, № 7)

27. Шунейко И.И. Ракетостроение т3. Пилотируемые полеты на луну, конструкция и характеристики Saturn V Apollo. Оптимизация характеристик

ракеты-носителя Saturn V. - М., Редакционная коллегия реферативных изданий по машиностроению 1973 г.

28. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Черенков А.С. Основы теории физико-химических процессов в тепловых двигателях и энергетических установках: учеб. пособие для вузов. - М.: Химия, 2000 г.

29. Пилотируемые полеты на Луну, конструкция и характеристики Saturn V Apollo. Реферат ВИНИТИ М 1973 г.

30. Asker, James R., "Moon/Mars prospects may hinge on nuclear propulsion," Aviation week & space technology, 2.12.1991, pp. 38-44.

31. Алешкова М.Н., Жукова И.И. Физические основы ракетного оружия. Воениздат, 1965. - 312 с.

32. Техническое описание Комплекс УСУРТ КЛИВ.461259.001 ТО-ЛУ 2001. - 30 с.

33. Каталог продукции фирмы Прософт. www.prosoft.ru

34. Каталог изделий ОАО Альбатрос. www.albatros.ru

35. Каталог изделий НПП Курс. www.kurss.ru

36. Бобровиков Г.Н., Котков А.Г. Методы измерения уровня - М., Машиностроение, 1977. -168 с.

37. http://afriso.ru

38. Сергеев А.Г. Справочник по метрологии - М.: Логос, 2005. - 272 с. ил.

39. Государственный стандарт РФ ГОСТ Р 8.595-2002

40. www.rospribor.com

41. www.cis-controls.ru

42. www.igla.info

43. www.noviteh.ru

44. «Liquid level measurement» McGraw-Hill concise encyclopedia of engineering. 2002 by The McGraw-Hill Companies, Inc. -500 с.

45. Гончаров В.Б., Ивченко В.Д. Непрерывный датчик уровня для системы заправки и расхода компонентов топлива ракетоносителей Сб. трудов 62 НТК. -Ч.3.Технические науки. - М.: МИРЭА, 2013. - с. 92-100.

46. Свирид А.А. Волоконные датчики для измерения уровня жидких сред // Известия вузов МВ и ССО СССР Сер. Радиоэлектроника. - 1983.-Т.26, Т.26, №5.-с. 91-92.

47. Маковец Г.К. и др. Патент 2014572. Дискретный оптический уровнемер./ Маковец Г.К., Покровский В.Р., Рождественский Ю.В. №5035037/10; Дата подачи заявки 20.12.1991; Дата публикации 15.06.1994.

48. Yang W.Q.; Brant M.R.; Beck M.S. A multi-interface level measurement system using a segmented capacitance sensor for oil separators, Meas. Sci. Technol., 1994, 5(9), 1177

49. Larry K. Baxter Capacitive sensors, Wiley-IEEE Press, 1996 -320 с.

50. Puers, Robert, "Capacitive sensors: when and how to use them," Sensors and Actuators, A37-A38, 1993, pp. 93-105

51. Bjelland C. Ultrasonic interface level detection-UID, www.cmr.no, 2005.

52. Ageeva N.S. "Ultrasonic Method for measuring the height of the fluid level in a vessel by means of flexural oscillation of a thin elastic strip" Sov. Phys. -Acous. vol. 6, no. 1, pp. 116-117, jan.-mar. 1960.

53. Arave A.E. "Ultrasonic densitometer development" presented at NRC Instrumentation Review Group Meeting, Silver Spring, Maryland july 24-26, 1979.

54. Lynnworth L.C. Ultrasonic Measurements for Process Control. New York: Academic, 1989. Ch.7, pp. 449-536.

55. http://www.hosberg.sensor.ru

56. Microwave waveguide for tank level sensors, United states patent, #5,877,663, 02.03.1999, Donald F. Palan, Chaska, John D. Miller, Eagan

57. Brumbi D. Measuring process and storage tank level with radar technology, IEEE Int. Radar Conf., Alexandria, VA, USA, 1995, pps. 256-260.

5 8. http: //www2 .emersonprocess.com/ru-ru/brands/ro semount/level/guided-wave-radar/pages/index.aspx

59. http: //www2 .emersonprocess.com/ru-ru/brands/ro semount/level/guided-wave-radar/5300-series/pages/index.aspx

60. http://www2.emersonprocess.com/ru-ru/brands/rosemount/documentation-and-drawings/manuals/pages/index.aspx

61. http://www.skpcorp.ru/izmerenie-i-signalizatsiya-urovnya-zhidkikh-i-sypuchikh-sred/radarnye-volnovodnye-urovnemery/mt2000

62. http: //www.vega-rus .ru/products/tdr/vegaflex86/

63. Патент на полезную модель №2513632 (РФ) С1 МПК G01F 23/00: Способ контроля уровня расположения поверхности жидких компонентов топлива в баках ракет-носителей и система для его осуществления / Бахвалов Ю.О., Вакушин В.А., Владимиров А.В., Волошин Л.И., Кузнецов С.В., Решетов Г.П №2012141967/28 дата подачи заявки 03.10.2012, опубликовано 20.04.2014 Бюл. №11.

64. Патент №2521729 (РФ) С1 МАК G01F 23/284: Бесконтактный радиоволновой способ измерения уровня жидкости в емкости / Хаблов Д.В №2012152690/28 дата подачи заявки 07.12.2012, опубликовано 10.07.2014 Бюл. №19.

65. Ранев Г.Г., Тарасенко А.П., Методы и средства измерений. -М.: Издательский центр «Академия», 2004 г. - 336 с.

66. Исакович Р.Я., Кучин Б.Л., Контроль и автоматизация добычи нефти и газа. -М.: Недра, 1976. - 343 с.

67. Кремлевский П.П. - Расходомеры и счетчики количества веществ (2-е книги) -С-П.: Политехника, 2002 г. - 409 c.

68. http://kipinfo.ru

69. http: //rusautomation. ru/mikrovolnovye

70. Гольдштейн Л.Д., Зернов Н. В. Электромагнитные поля и волны. - М.: Сов. радио, 1971. С. 11

71. Никольский В.В. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Наука, 1973, 607 с.

72. Тимофеев И.А. Электротехнические материалы и изделия. - СПБ: Издательство «Лань», 2012. - 272 с.:ил.

73. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона (1890-1907). Изд. АО «Ф.А. Брокгауз - И.А. Ефрон» 86 томов, 121 240 статей, 7800 иллюстраций и 235 карт.

74. Саблина З.А. Состав и химическая стабильность моторных топлив, М., 1972 -278 с.

75. Горенков А.Ф. Химмотология ракетных и реактивных топлив, под ред. А. А. Браткова, М., 1987 -304 с.

76. Jesse Russell, Ronald Cohn Liquid oxygen. 2012, 88 с.

77. Глизманенко Д.Л. Получение кислорода. Изд. 5-е. М. «Химия» 1972, 752 с.

78. Калашников В.С., Родос Л.Я. Электродинамика и распространение радиоволн (электродинамика): письменные лекции. -С-Пб.: СЗТУ, 2001-88 с. Библиогр.

79. Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. М.: Радио и связь, 1988, 440 с.

80. Ландау Л.Д. Электродинамика сплошных сред / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц -М.: ФИЗМАЛИТ, 2001. - 626 с.

81. Ильин В.А., Позняк Э.Г. Основы математического анализа, ч.2. М.: Изд-во Московского университета, 2000, 417 с.

82. Кочин Н.Е. Векторное исчисление и начала тензорного исчисления. М.: Изд-во АН СССР, 1961, 426 с.

83. Стрэттон Дж.А. Теория электромагнетизма. М.-Л. Гостехиздат. 1948, 540 с.

84. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. - М.: Радиотехника, 2004. - 320 с.

85. Scolnik M.I. Introduction to radar systems. - 3nd. - New York, McGraw-Hill, 2001

86. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. - М.: Сов. Радио, 1973. -496 с.

87. Галасюк И.Б. Радиоволновый фазовый уровнемер для контроля жидких и сыпучих материалов: Дис. канд.техн.наук - СПб: 2002 - 180 с.

88. Кулаков M.B., Технологические измерения и приборы для химических производств, 3 изд., M., 1983 -424 c.

89. Шкатов E^., Технологические измерения и КИП на предприятиях химической промышленности, M., 1986 -318 c.

90. Вассунова Ю.Ю. Аппаратный комплекс для дистанционного исследования почв / Наумов A.A., Вассунова Ю.Ю. // Проблемы энергетики, Казань: КГЭУ, №910/2009. с. 134-140.

91. Прянишников В.А. Электроника: Полный курс лекций. - 3-е изд., испр. И доп. - СПб.: Учитель и ученик: КОРОНА принт, 203. - 416 с., ил.

92. Вассунова Ю.Ю. Радиоволновой аппаратный комплекс для дистанционного исследования слоистости грунтов: Дис. канд.техн.наук - Казань: 2010 - 153 с.

93. Гончаров В.Б., Ивченко В.Д. Повышение точности уровнемеров компонентов топлива ракетоносителя // Авиационная промышленность» №2, 2016 год - с. 5661.

94. Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р., Смирнов В.П., Справочник по элементам волноводной техники, 2 изд., M., 1967.

95. Харвей А.Ф., Техника сверхвысоких частот, т. 1-2, пер. с англ., M., 1965.

96. Фелсен Л., Маркувиц H., Излучение и рассеяние волн, т. 1-2, пер. с англ., M., 1978.

97. Виноградова М.Б., Руденко О.В., Сухоруков А.П., Теория волн, M., 1979. М.А. Миллер.

98. Гальченко Н.А., Михалевский В.С., Синявский Г.П. Волноводы сложных сечений и полосковые линии. Издательство Ростовского университета, 1978

99. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике: Т.6: Электродинамика. Пер. с англ. Т.6. Изд.6, сущ. испр. 2013, 352 с.

100. Джексон Дж. Классическая электродинамика. Перевод с английского Г.В. Воскресенского и Л.С. Соловьева. Под редакцией Э.Л. Бурштейна. Изд "Мир" Москва 1965. - 703 с.

101. Кураев А.А., Попкова Т.Л., Синицын А.К. Электродинамика и распространение радиоволн. -Мн.: Бестпринт, 2004.

102. Вольман В.И., Пименов Ю.В., Муравцов А.Д. Техническая электродинамика. - М.: Радио и связь, 2002.

103. Гончаров В.Б., Ивченко В.Д. Прецизионный уровнемер компонентов топлива ракетоносителей с жидкостными двигателями // Приборы № 7, 2015 год - с. 24-32.

104. Гончаров В.Б., Ивченко В.Д. Погрешности волноводных уровнемеров и методы их минимизации // Приборы № 3, 2016 год - с. 28-36.

105. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток / Под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Радио и связь, 1994 г.

106. Лобкова Л.М. «Проектирование антенн и устройств СВЧ», Севастополь «СевНТУ», 2002 г.

107. ЬСюн Р. Микроволновые Антенны. Л.: Судостроение, 1967 г. -520 с.

108. Мешков И.Н., Чириков Б.В. Электромагнитное поле. Часть 1. Электричество и магнетизм. - Новосибирск: Наука, 1987.

109. Короновский А.А, Храмов А.Е. Непрерывный вейвлетный анализ и его приложения. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 176 с.

110. Новиков И.Я., Стечкин С.Б., Основные конструкции всплесков, Фундаментальная и прикладная математика, т. 3, вып. 4. 1997.

111. Дьяконов В.П. Вейвлеты. От теории к практике. - М.: Солон-Р, - 2002. 448 с.

112. Чуи Ч. Введение в вейвлеты: Пер. с англ. - М.: Мир, 2001. - 412 с., ил.

113. Смоленцев Н.К. «Основы теории вейвлетов. Вейвлеты в Matlab» -М.: ДМК Пресс, 2005 - 304 с., ил.

114. Астафьева Н.М. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения // Успехи физических наук. - 1996. - Т. 166, № 11. - с. 1145-1170.

115. Викторов В.А., Лункин Б.В., Савлуков А.С. "Радиоволновые измерения параметров технологических процессов". - М.: Энергоатомиздат, 1989 -208 с.

116. Кудряшов Т.В. Разработка и исследование алгоритмов обработки сигналов лазерных доплеровских анемометров с использованием непрерывного вейвлет-анализа: Дис. канд.техн.наук - М: 2004 - 133 с.

117. Steven E. Noel, Harold H. Szu, & Yogesh J. Gohel, "Doppler frequency estimation with wavelets and neural networks", Proc. of the SPIE, vol. 3391, pp. 581-589, 1998.

118. Назаров А.А., Терпугов А.Ф. Теория вероятностей и случайных процессов: учебное пособие. - 2-е изд., испр. - Томск: Изд-во НТЛ, 2010.-204 с.

119. Б.А. Атаянц, В.М. Давыдочкин, В.В. Езерский, Б.В. Лункин, В.С. Паршин, А.С. Совлуков, Д.В. Хаблов - Повышение точности ЧМ радиолокационных промышленных уровнемеров, VII Всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ-2014, Москва 2014, 6988-7000 с.

120. Хаблов Д.В. Повышение точности ЧМ-уровнемера при помощи вейвлет-преобразования. Датчики и системы №7 (170), Сенсидат-Плюс, 2013 - 72 с.

121. Resnikoff H.L., Wells R.O. Wavelet Analysis: the scalable structure of information, Springer-Verlag, New York, 1998.

122. Тихоненков В.А., Тихонов А.И. Теория, расчет и основы проектирования датчиков механических величин. Учеб. Пособ., Ульяновск, УлГТУ. -2000. -452 с.

123. Математическая модель емкостного датчика абсолютного давления / М.А. Фролов // Надежность и качество. - 2014. - с. 213 - 216.

124. Яблочников Е.И., Куликов Д.Д., Молочник В.И. Моделирование приборов, систем и производственных процессов. - СПб: СПб ГУ ИТМО, 2008. - 156 с.

125. Мищенко С.В., Малков Н.А. Проектирование радиоволновых (СВЧ) приборов неразрушающего контроля материалов. Издательство ТГТУ 2003, Тамбов.

126. Чмых М.К. Цифровая фазометрия. М.: Радио и связь, 1993 - 184 с.

127. Вакман Д.Е. Измерение частоты аналитического сигнала // Радиотехника и электроника. 1979. - Т. 24. № 5.- с. 982.

128. Марфин В.П., Кузнецов В.И., Розенфельд Ф.З. СВЧ уровнемер // Приборы и системы управления. 1979. № 11. с. 28-29.

129. Woods G.S., Maskell D.L., Mahoney M.V. A high accuracy microwave ranging system for industrial applications // IEEE Trasactions on instrumentation and measurement. August 1993. Vol. 42. № 4.

130. Жуковский А.П., Оноприенко Е.И., Чижов В.И. Теоретические основы радио-высотометрии / Под ред А.П. Жуковского. М.: Сов. Радио. 1979. -320 с.

131. Дзилиев А., Хасянов А., Потапов А. Радарные уровнемеры промышленного назначения. Проблемы серийного производства / ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 1998. - № 3-4. с. 35-37.

132. Bruimbi D. Low power FMCW radar system for level gauging //2000 IEEE MTT-S International microwave symposium digest. 2000. - vol. 3 p. - 1559-1562.

133. Oreans L., Heide P. Neuartigez radar-fullstand-messgerat auf basis von 24-GHz-technologie // Technisches Messen 67. 2000. - № 5. p.214-219.

134. Паршин Б.В. Методическая погрешность дискретного преобразования Фурье при спектральном анализе сигналов // Техника средств связи. Серия "Техника проводной связи" 1987. - Вып. 3. с. 109 - 113.

135. Езерский В.В. Методы повышения точности измерения расстояния в радиодальномере с частотной модуляцией для промышленных систем ближней радиолокации: Дис. докт.техн.наук - Рязань: 2005 - 448 с.

136. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. -М.: Радио и связь, 1983. 624 с.

137. Езерский В.В., Баранов И.В., Болонин В.А. Компенсация нелинейности модуляционной характеристики ЧМ-дальномеров на основе анализа принятого сигнала. // Датчики и системы: Сб. докл. Междунар. конференции. Том 1. Санкт-Петербург, 2002. - с. 218-222.

138. Ezerskii V.V. Measurement procedure of a distance gauge based on a frequence-modulated range finder with weighted smoothing of the digitization error. // Measurement techniques. - 2003. V. 46, № 9. - p. 841-846.

139. Езерский В.В., Баранов И.В. Оптимизация весового метода сглаживания погрешности дискретности на основе частотного дальномера // Измерительная техника. 2004. - № 12. с. 19-23.

140. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. СПб.: Питер, 2003. -604 с.

141. Vossiek M., Heide P., Nalezinski M., Magory V. Novel FMCW radar system concept with adaptive compensation of phase errors // 26th EuMC. Prague. Czech Republic. - 1996. - p. 135.

142. Атаянц Б.А., Давыдочкин В.М., Езерский В.В. и др. Прецизионные системы ближней частотной радиолокации промышленного применения. - М.: Радиотехника, 2012. - 512 с.

143. Khablov D.V., Sovlukov A.S. Fast digital method for highly accurate distance determination by FM radar // Proc. Of the IMECO TC-4 Symposium on Digital Measuring Instrumentation. Naples, Italy. - 1998. - Vol. 2. - p. 819-821.

144. Езерский В.В., Давыдочкин В.М. Оптимизация спектральной обработки сигнала прецизионного датчика расстояния на основе частотного дальномера // Измерительная техника. - 2005. - №2. - с. 21-25.

145. Грановский В.А., Сирая Т.Н. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях. JL: Энергоатомиздат, 1990. - 288 с.

146. Шелухин О.И. Радиосистемы ближнего действия. М.: Радио и связь, 1989. -236 с.

147. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. -М.: Радио и связь, 1983. 320 с.

148. Патент 2244368 РФ, МКИ G 01 F 23/28, G 01 S 13/08. Способ измерения уровня материала в резервуаре / Б.А. Атаянц, B.C. Паршин, В.В. Езерский № 2003105994/28; Заявл. 04.03.2003; Опубл. 10.01.2005, Бюл. № 1. 9 е.: ил.

149. Езерский В.В. Цифровая обработка сигналов частотно-модулированного дальномера: Учеб. Пособие./ Рязан.гос. радиотехн. акад. Рязань, 2003. - 60 с.

150. Поляк Ю.Г. Вероятностное моделирование на электронных вычислительных машинах. М.: Советское радио, 1971. - 172 с.

151. Цапков Ю.А. Оптимальное измерение малых высот ЧМ-дальномером / Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем: Труды третьей всероссийской научно-практической конференции (с участием стран СНГ). - Ульяновск, 2001. -276с. с. 24-25

152. Захарченко В.Д., Цапков Ю.А. Оптимизация ЧМ-высотомера малых высот путем выбора формы дополнительной модуляции. Сборник статей. Качинские чтения VI Качинское ВВАУЛ 2001.

153. Захарченко В.Д., Цапков Ю.А. Радиолокационный уровнемер повышенной точности. Патент на полезную модель №38058. от 20.05.04.

154. Цапков Ю.А. Оптимизация алгоритмов обработки сигнала частотного дальномера: Дис. канд.техн.наук - Волгоград: 2005 - 145 с.

155. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Высш. шк., 2000. -462 с.

156. Захарченко В.Д., Цапков Ю.А., Захарченко С.В. Повышение точности радиоволнового ЧМ-высотомера малых высот: Физика волновых процессов и радиотехнические системы, том 12, №4, 2009 г с.74-77.

157. Астафьев Г.П., Шебшаевич В.С., Юрков Ю.А. Радиотехнические средства навигации летательных аппаратов. М.: Сов. радио, 1962. -962 с.

158. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1978. -848 с.

159. Devine P. Radar level measurement - the user's guide. Burgess Hill: VEGA Controls, 2000. pp. 47-75.

160. Dr. Michael Heim. Pulse radar for imprecision in tank gauging. Endress+Hauser GmbH. 2001 -8 c.

161. «Радарные системы контроля уровня» Бармин А. СТА/4, 2004.

162. Атаянц Б.А., Паршин B.C. Распознавание случайных сигналов по спектральным моментам // Изв. Вузов СССР.- Радиоэлектроника. 1983. - Т. 26. № 12.-с. 55-57.

163. Методические указания по определению экономической эффективности научно-исследовательских работ и новой техники / Е.В. Габитова, В.В. Данилкин, Т.Ю. Старкова, под ред. В.В. Данилкина. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2011. - 40 с.

164. ПКК Миландр Спецификация: 32-разрядный контроллер для авиационного применения 1986ВЕ1Т, К1986ВЕ1Т, К1986ВЕ1Н4 ТСКЯ.431296.008 СП Версия 1.4.1. от 30.05.2013 - 466 с.

165. Котельников В.А. Теория потенциальной помехоустойчивости, - М.: Госэнергоиздат.

166. Борисова С.Н. Использование вейвлет-преобразования в радиолокационных технических средствах охраны: Дис. канд.техн.наук - Пенза: 2005 - 154 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1: Физические свойства жидкого кислорода и керосина Физические свойства керосина ТС-1:

Химическая формула: С7,2107Н3,2936

Температура вспышки, град Температура самовозгорания, град Замерзает Плотность, кг/м

л

Вязкость, мм /с Теплота сгорания, МДж/кг,

Длина бака Д

керосина

7 м, объем бака = 40 м

Физические свойства жидкого кислорода:

Химическая формула: О2 Температура кипения, °С Температура плавления, °С Критическая температура, °С Критическое давление, атм Плотность

Молярная теплоемкость

Теплопроводимость

Теплота плавления

Температура жидкого кислорода, °С

Показатель преломления п (при -181 0С)

Диэлектрическая проницаемость в

Магнитная проницаемость л

-28 °С 220 °С нет

780 (при 20 °С) 1,2-4,5 (при 20 °С), 42,9-43,1

-182,98 °С -218,4 °С -118,8 °С 49,7

0,00142897 г/см3 29,4 Дж/(Кмоль) 0,027 Вт/(мК) 0,444 кДж/моль -180 °С 1,221

1,463 (справ. значение) 1,0034

Длина бака Д

кислорода

14 м, объем бака = 80 м .

Приложение 2: Разработка принципиальной электрической схемы датчика

уровня компонентов ракетного топлива

В соответствии со всеми блоками функциональной схемой была реализована принципиальная схема ДУКРТ на высокочастотной элементной базе. Принципиальная электрическая схема представлена на рисунке. 6.1.

Рисунок 6.1 - Принципиальная электрическая схема датчика уровня компонентов

ракетного топлива (СВЧ ДУКРТ)

Анализ и выбор элементной базы датчика в основном зависит от идеи, заложенной в функциональной схеме. Как известно при выборе элементной базы системы обработки сигналов, обычно руководствуется следующими критериями:

- быстродействие;

- наличие надежности российских поставщиков;

- наличие методической и технической поддержки;

- стоимость электронных компонентов;

- надежность, температурные воздействия, устойчивость к высокой влажности, давлению, вибропараметрам, ударным воздействиям и т.д.;

- минимальные габариты корпуса.

ДУКРТ является бортовой аппаратурой РН, соответственно к элементной базе предъявляются повышенные требования. Разрабатываемое устройство необходимо разместить на двухсторонней печатной плате, учитывая вышеперечисленные требования. Применяемое в изделии сырье, материалы, элементы и комплектующие изделия должны быть освоенные промышленностью и соответствовать перечням изделий и материалов, разрешенных к применению.

В последнее время получили широкое распространение чип элементы: в частности резисторы и конденсаторы. Использование чип элементов существенно сокращает габариты готового изделия, что особенно важно в ракетостроении.

Задающий генератор собран на транзисторе УТ1 с кварцевым резонатором Р1. Кварцевый резонатор соединяется с базой транзистора, что аналогично индуктивной трехточечной схеме, в которой кварцевый резонатор выполняет функции индуктивности, включенной между эмиттером и базой транзистора. К числу достоинств этой схемы следует отнести слабое влияние на стабильность частоты процесса старения кварца. Выход генератора нагружен на эмиттерный повторитель на транзисторе УТ3, с выхода которого напряжение генерации через ФНЧ на элементах и С25 подается на согласующий трансформатор ТЯ2 и далее на базы выходных транзисторов УТ4 и УТ5 усилителя мощности. Варикап обеспечивает модуляцию частоты в необходимом диапазоне. Транзистор УТ6 обеспечивает стабилизацию тока покоя выходных транзисторов. Для согласования по импедансу выходного усилителя мощности и излучающей антенны используются трансформаторы ТЯ3 и ТЯ4. Выход трансформатора ТЯ4 через разделительный конденсатор нагружен на параллельный контур антенны с подстрочным конденсатором. Для энергосбережения использованы транзисторные каскады с малым током покоя. В принимающей части сигнал с антенны поступает на вход усилителя высокой частоты (УВЧ) через емкость С10. УВЧ выполнен по каскадной схеме, основанной на полевом транзисторе УТ2 и трансформаторе ТЯ1. Это обеспечивает высокое сопротивление. С выхода УВЧ усиленный сигнал поступает на микросхему преобразователя частоты с внутренней схемой температурной стабилизации и низким током потребления.

Микросхема содержит двойной балансный смеситель и гетеродин, частота которого задается внешним кварцевым резонатором. Это позволяет преобразовывать входной сигнал с частотой в десятки ГГц в необходимом диапазоне температур. В результате перемножения сигнала гетеродина и входного сигнала формируются частотные составляющие, равные сумме и разности частот гетеродина и входного сигнала. Для выделения разностной частоты с выхода микросхемы реализован фильтр промежуточной частоты на дросселе и конденсаторах С23 и С24. Далее сигнал поступает на

повторитель, выполненный на операционном усилителе (ОУ) ЭЛ2. На ЭЛ3 выполнен активный полосовой фильтр. Достоинством данной схемы фильтра является простота в настройке и отсутствие высоких требований к ширине полосы пропускания ОУ. С выхода фильтра сигнал поступает на прецизионный выпрямитель, реализованный на микросхеме ЭЛ4 и диодах УЭ4, УЭ5. ОУ ЭЛ2, ЭЛ3 и ЭЛ4 выполнены на высокочастотных микросхемах. Питание элементов схемы производится модулями вторичного питания, преобразующих бортовую сеть РН +27 В в необходимые напряжения +5 В, ±15 В.

Для цифровой обработки сигналов с волноводного датчика используется МК ВЭ1. МК является основой цифровой части схемы. Современный 32-разрядный МК для авиационного применения 1986ВЕ1Т российского производства способен непрерывно обрабатывать, преобразовывать, хранить и выдавать в систему управления двигателями РН, всю необходимую информацию об уровне компонентов топлива, а также обеспечить необходимые климатические и массогабаритные показатели. Необходимое для функционирования МК напряжение 3.3 В обеспечивает стабилизатор ЭШ. С помощью внешнего генератора формируется необходимая частота для МК. Предусмотрена

коммутация и гальваническая развязка с помощью микросборок оптронов ЭВ1 ..ЭВ3 сигналов от приемных частей генератора окислителя и горючего, прием разовых команд от системы управления РН для управления МК и контроль выдаваемых сигналов. Оцифровывается информация с датчиков с помощью встроенного в МК АЦП. Далее преобразованная информация, с помощью

специальных алгоритмов фильтрации и повышения точности поступает в буфер DD2 и выдается в систему управления РН. Также с помощью микросхем DD3...DD6 и DB4, DB5 реализован обмен данными посредством современного интерфейса CAN. Перечень элементов СВЧ ДУКРТ приведен в приложении 3.

МК 1886ВЕ1Т имеет встроенную flash память программ и построен на базе высокопроизводительного процессорного RISC ядра. МК содержит 12-разрядный высокоскоростной АЦП, два 12-разрядных ЦАП. Встроенные RC генераторы и схемы умножения тактовой частоты PLL позволяют настраивать скорость работы МК [164]. Основные характеристики МК 1886ВЕ1Т приведены в приложении 4.

Приложение 3: Перечень элементов принципиальной электрической схемы

датчика уровня компонентов ракетного топлива

Позиционное обозначение Наименование Количество

Конденсаторы Ю0-69в АЖЯР.673511.002ТУ

Конденсаторы К53-56А АЖЯР.673546.001ТУ

а К10-69в-Н30-50 В-5750М-0,12 мкФ±5% 1

C2 К53-56А-10В-10мкФ±20%-В 1

C3...С5 K 10-69в-Н30-50В-3225М-0,1мкФ±20% луженые 3

C6...С8 К53-56А-10В-10мкФ±20%-В 3

DB1...DB3 Микросборка 249КП15БP АЕЯР.431160.739ТУ 3

DB4, DB5 Микросхема 249ЛП8 АЕЯР.431270.004ТУ 2

Микросхемы

DD1 1986ВЕ1Т АЕЯР.431280.860ТУ 1

DD2 1594АП5Т АЕЯР.431200.208-05ТУ 1

DD3, DD4 1594ЛИ1Т АЕЯР.431200.208-08ТУ 2

DD5, DD6 5559ИН14ВУ АЕЯР.431230.652ТУ 2

DU1 1303ЕН3.3П АЕЯР.431420.683ТУ 1

DQ1 Генератор ГК56-П-ММ-3-8М АФТП.433520.004ТУ 1

Модули питания ЖБКП.436434.002 ТУ

P1 МП 0505 ВО 1

P2, P3 МП 0515 ВО 2

Блок Б19К-2-10к0м±10% 0Ж0.206.018ТУ 1

Резистор Р1-12 ШКАБ.434110.002 ТУ

Я1, Р1-12-2-680 Ом±5%-М 2

Ю, Я4 P1-12-1-1,3 кОм±5%-М 2

Я5.Я8 P1-12-2-1,3 к0м±10%-М 4

Я9.Я12 P1-12-1-3 кОм±5%-М 4

R13...R19 Р1-12-0,125-100 кОм± 10%-М 7

Я20.Я23 Р1-12-0,125-1 кОм±5%-М 3

К24.Я27 Р1-12-0,25-226 Ом±1%-М 4

К28...Ю1 Р1-12-0,125-510 Ом±5%-М 4

УБ1, УБ2 Диод 2Д103А1/СО АЕЯР.432120.174ТУ 2

Соединитель

Х1 Вилка СНП306-96ВП31-33-В РЮМК.430420.007ТУ 1

М1, М2 Блок Генератора 2

Конденсаторы К10-69в АЖЯР.673511.002 ТУ

Конденсаторы К52-9 ОЖ0.464.213 ТУ

С9 К10-69в-Н30-50 В-5750М-12 пФ±5% 1

С10 К10-69в-Н30-50 В-5750М-250 нФ±5% 1

С11 К10-69в-Н30-50 В-5750М-0,15 мкФ±5% 1

С12 К10-69в-Н30-50 В-5750М-1000 пФ±5% 1

С13 К10-69в-Н30-50 В-5750М-27 мкФ±5% 1

С15 К52-9-100В-10 мкФ±5% 1

С19 К10-69в-Н30-50 В-5750М-0,12 мкФ±5% 1

С14 К10-69в-Н30-50 В-5750М-2,2 мкФ±5% 1

С16, С33 К10-69в-Н30-50 В-5750М-47 мкФ±5% 2

С17, С22 К10-69в-Н30-50 В-5750М-47 пФ±5% 2

С18 К10-69в-Н30-50 В-5750М-100 пФ±5% 1

С20, С21 К10-69в-Н30-50 В-5750М-100 пФ±5% 2

С23, С24 К10-69в-Н30-50 В-5750М-150 пФ±5% 2

С25 К10-69в-Н30-50 В-5750М-20 пФ±5% 1

С26 К10-69в-Н30-50 В-5750М-330 пФ±5% 1

С27 К10-69в-Н30-50 В-5750М-10 пФ±5% 1

С28 К10-69в-Н30-50 В-5750М-22 пФ±5% 1

С29...С32 К10-69в-Н30-50 В-5750М-100 пФ±5% 4

С34, С38 К52-9-100В-100 пФ±10% 2

С35, С39 К10-69в-Н30-50 В-5750М-47 мкФ±5% 2

С36, С37 К10-69в-Н30-50 В-5750М-20 пФ±5% 2

С40 К10-69в-Н30-50 В-5750М-47 пФ±5% 1

КВ136Б 1

ЭЛ1 Микросхема М43226-3-1 бШ2.245.177 ТУ 1

DA2...DA4 Микросхема К154УД4 3

DR1...DR6 Дроссель ДМ-0,1-250 6

Резистор Р1-12 ШКАБ.434110.002 ТУ

Я32 Р1-12-0,5-100 кОм ±1% -М 1

Я33 Р1-12-0,5-510 кОм ±1% -М 1

Я34 Р1-12-0,5-10 кОм ±1% -М 1

Я35, Я36 Р1-12-0,5-2,2 кОм ±1% -М 2

Я37 Р1-12-0,5-200 кОм ±1% -М 1

Я38, Я39 Р1-12-0,5-10 кОм ±1% -М 2

Я40, Я43 Р1-12-0,5-240 Ом ±1% -М 2

Я41, Я42 Р1-12-0,5-10 кОм ±1% -М 2

Я44 Р1-12-0,5-0,5 кОм ±1% -М 1

Я45, Я49 Р1-12-0,5-240 Ом ±1% -М 2

Я46 Р1-12-0,5-220 кОм ±1% -М 1

Я47 Р1-12-0,5-1 кОм ±1% -М 1

Я48 Р1-12-0,5-1,3 кОм ±1% -М 1

Я50 Р1-12-0,5-240 Ом ±1% -М 1

Я51, Я54 Р1-12-0,5-22 кОм ±1% -М 2

Я52, Я53 Р1-12-0,5-10 кОм ±1% -М 2

Трансформатор ТИЛ-3В ОЮ0.432105 ТУ 4

01, 02 Кварцевый резонатор РПК01-ИС-49И (10ГГц) 2

УБ3 Диод 2Д212Б / СО АЕЯР.432120.177 ТУ 1

УБ4, УБ5 Диод 2А609А 2

УТ1, УТ3 Транзистор 2Т913 5А2 2

УТ2 Транзистор КП965Г 1

УТ4 Транзистор 2Т913 5А2 1

УТ5, УТ6 Транзистор 2Т913 5А2 2

Приложение 4: Характеристики микроконтроллера 1886ВЕ1Т

Ядро 32-битное RISC ядро, тактовая частота до 144 МГц, производительность 0.8 DMIPS/МГц; Поддержка прямого, косвенного и относительного режимов адресации; Уменьшенное до 14 мс время запуска микроконтроллера.

Память встроенная энергонезависимая flash размером 128 Кбайт; встроенное ОЗУ размером 48 Кбайт; контроллер внешней системной шины.

Питание и тактовая частота внешнее питание 3,0^3,6 В; встроенные схемы контроля питания; встроенный подстраиваемый RC генератор 8 МГц и 40 кГц; внешний осциллятор 2^16 МГц, 20^30 МГц, 32 кГц; встроенный умножитель тактовой частоты PLL для ядра и контроллера USB; режим пониженного энергопотребления.

Аналоговые модули 12-разрядный АЦП (8 каналов) двухканальный 12-разрядный ЦАП; 32-разрядный ШИМ (до 8 каналов).

Периферия контроллер прямого доступа в память; два контроллера CAN интерфейса; цифровые контроллеры интерфейсов по ГОСТ 18977-79 и ГОСТ Р 52070-2003; цифровой контроллер интерфейса Ethernet 10/100 и PHY Transceiver; контроллер USB интерфейса; контроллеры интерфейсов 2xUART, 3xSPI; до 96 пользовательских линий ввода/вывода.

Режим отладки последовательные отладочные интерфейсы SWD и JTAG.

Тип корпуса 132-выводной металлокерамический 4229.132-3.

Температурный диапазон минус 60 - 125 0С.

Приложение 5: Характеристики разработанного датчика уровня компонентов ракетного топлива

Высота волновода: 6225 мм (бак с керосином), 13155 мм (бак с ЖК);

Ширина волновода: 50 мм;

Длина волновода: 25 мм;

Частота генератора: 10 109 Гц;

Диапазон частот: 4 -109 - 2 -1010 Гц;

Полоса пропускания в волноводе: 8,333 -109 - 12,5 -109 Гц;

Критическая частота: 6109 Гц;

Длина волны (в волноводе): 0,038 м;

Длина волны (в свободном пространстве): 0,03 м;

Критическая длина волны: 0,01 м;

Девиация частоты: 500106 Гц;

о

Фазовая скорость: 5,1810 м/с; Групповая скорость: 1,737-108 м/с; Коэффициент распространения: 605,566; Амплитуда 1;

Толщина скин слоя: 1,05 10-6 м; Волновое число: 167,522; Волновое сопротивление: 198,193 Ом; КНД антенны: 43;

Длина волноводно-щелевой антенны: 304 мм; Количество щелей антенны: 16.

Приложение 6: Текст программы расчета характеристик электромагнитного поля для прямоугольного волновода для волны Ню

3 3

а:=50-10- Ширина волновода, м; Ь:=25 ■ 10- Высота волновода, м

о

с :=3 10 Скорость света, м/с

£пт:=8.3-109 Минимальная частота, Гц; £пах:=12.5 109 Максимальная частота, Гц Х1=с/1тт, Х1=0.036 Максимальная длина волны, м Х2=с/1таХ, Х2=0.024 Минимальная длина волны, м Расчет критических длин волн Ell, Ию, И01:

л = 2

кр

V

~а )2 + [~Ь)2

Для волн Е11 т=1, п=1; Н10 т=1, п=0; Н01 т=0, п=1 2

X = I о о = 0.045 Критическая длина волны Е11, м

Л 2 = _= 0.1 Критическая длина волны Н10, м

1( 1' )2 ( 2

1 )

(/1 - + 1 - 1

VI а, ) 1 ь)

2

(1 )2 ( /„ч2

0 )

л - 1 +1 - 1

VI а. ) 1 )

2

ЛкрЪ = | = 0.05 Критическая длина волны Н01, м

.<о ) + (1 )

Расчет критических частот волны Н10:

/кр 0 < / < /кр 1 при а > 2Ь

С

/ 0 =-= 3 *109 Минимальная критическая частота волны Н10, Гц

2* а

с

/ х = — = 6 *109 Максимальная критическая частота волны Н10, Гц р а

Выбор частоты из рабочего диапазона и определение длины волны:

£=10 109 Частота в диапазоне - £пах, Гц

Л = С = 0,03 Длина волны для частоты диапазона £пт - £пах, м

Расчет фазовой скорости волны Н

10:

УФ =■

= 3,145 *108

- (—

Фазовая скорость волны Н10, м/с

Расчет групповой скорости волны Ню:

Групповая скорость волны Н10, м/с

V = —= 2,862 -10'

Расчет коэффициента распространения волны в волноводе:

2ж

к = — = 209.44 Постоянная распространения в среде с параметрами еа, ца

Л

Р = к -

1 -

г—л 2 — у

= 199.793 Коэффициент распространения волны, м'

1

Расчет характеристического сопротивления волны Ню:

:= 1.257710 6 Магнитная постоянная, Гн/м; 80 := 8 851° 12Электрич. постоянная, Ф/м