Д. Г. Пантенков1, С. И. Шалгунов2, А. Т. Егоров3, А. М. Воробьев4, В. А. Кольцов5
1, 3, 4 АО «Кронштадт» (Москва, Россия)
2, 5 АО «НПО Стеклопластик» (г. Солнечногорск, Россия)

Постановка проблемы. В настоящее время большое развитие и широкое применение получили крупноразмерные комплексы с беспилотными летательными аппаратами (КБПЛА) большой продолжительности полета, которые могут находиться в воздухе до нескольких суток. При этом такие БПЛА тяжелого и сверхтяжелого классов могут иметь на борту широкую номенклатуру целевых нагрузок: радиолокационная станция, мультиспектральная оптико-электронная система на гиростабилизированной платформе, цифровая аэрофотосистема, система радио- и радиотехнического мониторинга. Большая продолжительность полета автоматически означает существенное удаление БПЛА от наземного пункта управления (НПУ). В этом случае спутниковые каналы связи становятся основным и единственным средством командно-информационного обмена между БПЛА и НПУ. Одним из основных параметров любого канала связи является скорость передачи информации. Применительно к спутниковой связи радиолинии БПЛА – космический аппарат (КА) – НПУ и НПУ – КА – БПЛА имеют значительный дефицит энергетики на трассе распространения сигнала, обусловленный необходимостью ретрансляции информации через КА, находящиеся на высоких орбитах (геостационарная и высокоэллиптическая). С учетом вышесказанного, актуальности и важности задач, решаемых современными комплексами с БПЛА специального и гражданского назначения, к проектированию радиопрозрачных обтекателей (РПО) БПЛА предъявляется ряд существенных требований: по прочности, стойкости к внешним воздействующим факторам (ВВФ), аэродинамике и, конечно, радиопрозрачности применительно к минимизации энергетических потерь сигнала при прохождении через его стенки, что в конечном итоге существенным образом сказывается на итоговой скорости передачи целевой информации между БПЛА и НПУ. Статья имеет высокую актуальность, строгую практическую направленность и посвящена рассмотрению результатов проектирования РПО для крупноразмерного БПЛА тяжелого класса, полученных как в результате электродинамического моделирования, так и в ходе экспериментальных отработок и натурных экспериментов, анализу полученных характеристик РПО.

Цель. Провести компьютерное моделирование по определению радиотехнических и механических характеристик проектируемого РПО, построить графические зависимости коэффициента прохождения электромагнитной волны (ЭМВ) от толщины стенки РПО, частотного диапазона, угла падения радиосигнала и толщины лакокрасочного покрытия.

Результаты. С использованием компьютерного моделирования в пакете CST Design Studio получены количественные оценки и графические зависимости коэффициента прохождения ЭМВ от толщины стенки РПО, частотного диапазона, угла падения радиосигнала и толщины лакокрасочного покрытия. Приведены графические зависимости живучести и стойкости РПО при воздействии механических нагрузок, а также с учетом старения материала стенки РПО. Отмечено, что важными результатами компьютерного моделирования являются оптимальная сформированная структура стенок РПО, число слоев и типы сотовых заполнителей, что автоматически трансформируется в эскизную конструкторскую документацию.

Практическая значимость. Результаты компьютерного моделирования целесообразно использовать в качестве оптимальных (опорных теоретических) оценок в части коэффициента прохождения ЭМВ через стенки РПО. По результатам проведения натурных отработок и экспериментальных исследований опытных образцов РПО оценки измерения радиотехнических характеристик должны иметь высокую степень сходимости с результатами, полученными в ходе проведения компьютерного моделирования (опорные значения).

1. Пантенков Д.Г., Шалгунов С.И., Егоров А.Т., Воробьев А.М., Кольцов В.А. Результаты проектирования радиопрозрачного обтекателя для бортового спутникового терминала беспилотного летательного аппарата большой продолжительности полета. Часть 1. Анализ основных факторов, влияющих на проектирование авиационного радиопрозрачного обтекателя // Антенны. 2022. № 2. С. 63–84.
2. Русин М.Ю, Василенко В.В., Ромашин В.Г., Степанов П.А., Атрощенко И.Г., Шуткина О.В. Композиционные материалы для радиопрозрачных обтекателей летательных аппаратов // Новые огнеупоры. 2014. № 10. С. 19–23. DOI: https://doi.org/10.17073/ 1683-4518-2014-10-19-23.
3. Ромашин А.Г., Гайдачук В.Е., Карпов Я.С., Русин М.Ю. Радиопрозрачные обтекатели летательных аппаратов. Проектирование, конструкционные материалы, технология производства, испытания: Учеб. пособие. Харьков: Национальный аэрокосмический университет «ХАИ». 2003.
4. Русин М.Ю. Проектирование головных обтекателей ракет из керамических и композиционных материалов: Учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2005.
5. Шалгунов С.И., Трофимов А.Н., Соколов В.И., Морозова И.В., Прохорова Ю.С. Особенности проектирования и разработки радиопрозрачных обтекателей и укрытий, работающих в сантиметровом и миллиметровом диапазонах радиоволн // Антенны. 2015. № 3. С. 63–67.
6. Соколов В.И., Гуртовник И.Г., Шалгунов С.И. Стеклопластики для радиопрозрачных обтекателей и укрытий // Радиотехника. 2002. № 11. С. 51–55.
7. Попова А.П., Суханов А.С., Бабкина Л.А. Моделирование радиопрозрачного обтекателя из композиционных материалов // Сб. материалов конференции «Актуальные проблемы авиации и космонавтики». 2016. Т. 1. № 12. С. 267–269.
8. Альперин В.И., Корольков Н.В., Мотавкин А.В. Конструкционные стеклопластики. М.: Химия. 1979.
9. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1 (34). С. 3–33.
10. Каблов Е.Н., Гращенков Д.В., Исаева Н.В., Солнцев С.С., Севастьянов В.Г. Высокотемпературные конструкционные композиционные материалы на основе стекла и керамики для перспективных изделий авиационной техники // Стекло и керамика. 2012. №4. С. 7–11.
11. Гуртовник И.Г., Соколов В.И., Трофимов Н.Н. и др. Радиопрозрачные изделия из стеклопластиков / Под ред. В.И. Соколова. М.: Мир. 2003.
12. Армированные пластики: Справ. пособие / Под ред. Г.С. Головкина. М.: МАИ. 1997.
13. Каплун В.А. Обтекатели антенн СВЧ. М.: Сов. радио. 1974.
14. ГОСТ Р 8.623–2006. ГСИ. Относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь твердых диэлектриков. Методики выполнения измерений в диапазоне сверхвысоких частот.
15. Долженков Н.Н., Пантенков Д.Г., Егоров А.Т., Ломакин А.А., Литвиненко В.П., Великоиваненко В.И., Лю-Кэ-Сю Е.Ю. Технические характеристики комплекса средств спутниковой радиосвязи с беспилотными летательными аппаратами // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2019. Т. 15. № 3. С. 74–82.
16. Долженков Н.Н., Пантенков Д.Г., Литвиненко В.П., Ломакин А.А., Егоров А.Т., Гриценко А.А. Интегрированный комплекс дальней радиосвязи для повышения эффективности решения целевых задач беспилотными летательными аппаратами // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2019. Т. 15. № 3. С. 102–108.
17. Пантенков Д.Г. Результаты анализа наземных испытаний комплекса средств спутниковой радиосвязи для беспилотных летательных аппаратов // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2019. № 69. С. 42–51.
18. Пантенков Д.Г. Технические характеристики бортовых ретрансляторов космических аппаратов для обеспечения загоризонтной радиосвязи с беспилотными летательными аппаратами // Радиотехника. 2020. Т. 84. № 5. С. 58–74.
19. Пантенков Д.Г. Технические аспекты создания радиотехнических систем информационно-командного сопряжения для комплексов с беспилотными летательными аппаратами // Антенны. 2021. № 1. С. 11–29.
20. Дисенов А.А., Коратаев П.Д., Неудакин А.А., Черепанов Д.А., Новиков А.А., Пантенков Д.Г. Спутниковые системы связи, навигации и наблюдения. Авиационная аппаратура потребителей глобальных навигационных спутниковых систем: Учеб. пособие. Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА». 2021.
21. Пантенков Д.Г. Комплекс средств спутниковой радиосвязи для повышения эффективности применения беспилотных летательных аппаратов // Сб. аннотаций конкурсных работ. 12-й Всероссийский межотраслевой молодежный конкурс научно-технических работ и проектов в области авиационной и ракетно-космической техники и технологий «Молодежь и будущее авиации и космонавтики». 2020. С. 35–37.
22. Кербер М.Л., Виноградов В.М., Головкин Г.С. и др. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология / Под общ. ред. А.А. Берлина. Изд. 5-е. СПб.: ЦОП «Профессия». 2018.
23. Васильев В.В., Протасов В.Д., Болотин В.В. и др. Композиционные материалы. Справочник / Под общ. ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. М.: Машиностроение. 1990.
24. Зайцев А.Н., Иващенко П.А., Мыльников А.В. Измерения на сверхвысоких частотах и их метрологическое обеспечение. М.: Изд-во стандартов. 1989.
25. Борн М., Вольф Э. Основы оптики: Пер. с англ. / Под ред. Г.П. Мотулевич. М.: Наука. 1979.
26. Брандт А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. М.: Физматгиз. 1963.
27. Щеглов А.Н., Васильев Е.В. Диэлектрические характеристики термореактивных смол и стеклопластиков на их основе / Под ред. О.С. Любутина. М.: НИИТЭХИМ. 1981.
28. Электрические свойства полимеров / Под ред. Б.И. Сажина. М.–Л.: Химия. 1970.
29. Образцов И.Ф., Томашевский В.Т., Шалыгин В.И., Яковлев В.С. Научные основы и методы управления технологическими процессами переработки полимерных композиционных материалов в изделия машиностроения / Под общ. ред. В.Т. Томашевского. 2002.
30. Трофимов Н.Н., Канович М.З. Основы создания полимерных композитов. М.: Наука. 1999.
31. Справочник по теории упругости / Под ред. П.М. Варвака и А.Ф. Рябова. Киев: Будiвельник. 1971.
32. Бажанов В.Л., Гольденблат И.И., Копов В.А., Поспелов А.Д., Синюков А.М. Пластинки и оболочки из стеклопластиков. М.: Высшая школа. 1970.
33. Прочность, устойчивость, колебания. Справочник. Т. 3 / Под ред. И.А. Биргера и Я.Г. Пановко. М.: Машиностроение. 1968.
34. Обтекатели антенн: Пер. с англ. / Под ред. А.Н. Шпунтова. М.: Сов. радио. 1950.
35. Суздальцев Е.И. Статистический анализ технологического процесса изготовления изделий из стеклокерамики литийалюмосиликатного состава // Огнеупоры и техническая керамика. 2004. № 3. С. 12–18.
36. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика. М.: Наука. 1985.
37. Справочник по радиолокации / Под ред. М. Сколника. Т. 2. М.: Сов. радио. 1977.
38. Пригода Б.А., Кокунько В.С. Обтекатели антенн летательных аппаратов. М.: Машиностроение. 1978.
39. Яблонский А.А., Норейко С.С. Курс теории колебаний. М.: Высшая школа. 1973.
40. Цзе Ф.С., Морзе И.Е., Хинкл Р.Т. Механические колебания: Пер. с англ. Я.А. Лосева и О.В. Эглита / Под ред. чл.-корр. АН СССР И.Ф. Образцова. М.: Машиностроение. 1966.