Описание проекта
Развитие беспилотной и роботизированной авиации, надводных и подводных транспортных средств систем, успешно решающей вопросы поиска, наблюдения и регистрации различных объектов, поддержки деятельности МЧС, активного освоения Арктики, роста качества жизни населения и улучшения экологической обстановки, предполагает активное использование термографического оборудования.
Независимо от функциональной и конструктивной сложности такое оборудование в обязательном порядке должно подвергаться калибровке, как во время выпуска, так и в процессе эксплуатации, в том числе с целью адаптации к динамически меняющимся условиям использования.
Уже в лёгких (малых) беспилотных аппаратах (МПА) в качестве бортовой оптической и тепловизионной аппаратуры используется оборудование малой и средней оптической апертуры с разрешением не хуже 720´1080 пикселей, позволяющее получить чёткое визуальное и тепловое телевизионное изображение при условии устранения аддитивной ошибки и технологического разброса параметров каждого чувствительного элемента тепловизионной или термопарной матрицы.
Следует также отметить, что как при калибровке, так и при эксплуатации инфракрасное излучение активно вступает во взаимодействие с содержащимися в воздушном пространстве молекулами двуокиси углерода и воды, вызывая поглощение части излучения и генерацию побочного излучения в соответствии собственной температурой излучаемого тела. Таким образом, калибровку необходимо осуществлять в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным, и чем разнообразнее будут эти условия, тем эффективнее калибруемое устройство будет выполнять эксплуатационную задачу.
Проект направлен на решение данной задачи и предусматривает создание универсального комплекса для выполнения процессов калибровки тепловизионных устройств средней и большой оптической апертуры, в условиях, имитирующих воздействия окружающей эксплуатационной среды.
Проект выполняется студенческим конструкторско-технологическим бюро (СКТБ) кафедры РТС по заданию и поддержке опытного производства предприятия-партнёра – АО «Ростовский оптико-механический завод». Проект ориентирован на отработку практических вопросов, необходимых для завершения работы и ввода в эксплуатацию ранее разработанного в СКтБ технологического комплекса на базе протяжённого инфракрасного излучателя для калибровки отечественных широкоформатных тепловизионных систем и комплексов для авиации и бронетанковой техники.
В рамках деятельности выполняемой СКТБ работы успешно последовательно реализованы проекты по аналогичной тематике.
Проектируемый малый калибровочный комплекс является логическим продолжением выполненных ранее проектных работ, но при этом представляет собой независимую модульную конструкцию, имеющую типовую систему автоматического управления и единую элементную (компонентную) базу.
В состав комплекса входят:
1) протяжённый калибровочный излучатель – имитатор абсолютно чёрного тела формата 500´500 мм с принудительной системой охлаждения;
2) система автоматического управления калибровочным излучателем с визуализацией температурной фазы системы охлаждения и динамических параметров мощности управления термоэлектрическими элементами;
3) многоступенчатая комбинированная воздушно-жидкостно- термоэлектрическая система охлаждения излучателя;
4) двухканальная система электропитания;
5) универсальная климатическая (рабочая) камера с термоэлектрическими процессорами и интегрированной воздушно-жидкостной системой охлаждения;
6) система автоматического управления климатической камерой с встроенной системой электропитания.
Благодаря развитой системе визуализации отдельных параметров калибровочный комплекс может использоваться в учебном процессе бакалавров и магистров соответствующих направлений подготовки, а также в научно-исследовательской работе, направленной на совершенствование существующих и разработку новых калибровочных систем и/или составляющих их компонентов.
К отличительным особенностям проектируемого калибровочного комплекса относятся:
1) использование единой термоэлектрической платформы на основе реверсируемых отечественных высокоэффективных термоэлектрических одно- или двухкаскадных модулей для:
а) статического и динамического формирования положительных и отрицательных температур и генерации равно-температурного поля инфракрасным калибровочным излучателем
б) создания требуемой климатической платформы (среды) и управляемых воздействий агрессивных средств в замкнутом объёме универсальной рабочей камеры.
Благодаря такому решению существенно снижается энергопотребление, стоимость комплекса и массогабаритные показатели по сравнению с существующими отечественными и зарубежными аналогами;
2) объединение в одном комплексе и в одном временном интервале возможностей для формирования и исследования одновременного влияния нескольких разнородных дестабилизирующих процессов как независимо друг от друга, так и в управляемой программируемой совокупности. С этой целью управление термоэлектрическими модулями и компонентами, имитирующими и/или формирующими (моделирующими) агрессивные среды, осуществляется независимыми программируемыми многоканальными контроллерами;
3) использование модульных конструкций ИК излучателя, систем управления, систем охлаждения и систем электропитания, позволяющих проводить оперативную реконфигурацию калибровочного комплекса без замены или подстройки других составляющих.
Проектирование модульного технологического комплекса помимо своего основного назначения преследует и решение целого ряда дополнительных научно-технических задач:
– изучение процессов формирования управляемого высокоточного равно-температурного поля на основе инверсных (обратимых по температуре) термоэлектрических модулей;
– изучение поведения граничного температурного поля на неоднородной вертикальной поверхности в условиях квазистабильного микроклимата и теплового баланса изолированных технических и неизолированных полевых лабораторий;
– исследование влияния квазимикропирамидальной структуры анодированной поверхности излучения на стабильность и равномерность формируемого температурного поля;
– исследование режимов динамического управления термоэлектрическими модулями для формирования управляемой корректирующей «тепловой волны» с целью нивелирования их технологических и конструктивных разбросов;
– изучение вопросов формирования эффективной тепловой изоляции температурных поверхностей ИК излучателя (теплового аккумулятора) и радиатора;
– исследование вопросов управления процессом образования инея и конденсата на излучающей поверхности;
– отработку технических решений для корректирования комплекта разработанной конструкторско-технологической документации, внесения изменений в конструкцию, аппаратное и программное обеспечение опытного образца протяжённого инфракрасного калибровочного излучателя – генератора равно-температурного поля «МИРАЖ».
