Эффективная телеметрическая система является необходимой предпосылкой для создания любого вида беспилотного самолета или снаряда. Некоторые данные о поведении таких снарядов в полете в настоящее время можно получить при испытании снарядов в аэродинамических трубах. Однако многие данные могут быть получены только посредством пуска специального испытательного снаряда, снабженного чувствительными приборами, показания которых могут быть переданы на землю с помощью телеметрической системы. Если же эта система откажет в работе, то не только будут напрасно затрачены средства и труд на постройку дорогостоящего снаряда, но и вся программа дальнейшего совершенствования проектируемого образца будет задержана на недели и месяцы.

Телеметрическая система поэтому должна обладать высокой надежностью действия и механической прочностью. Она должна хорошо противостоять значительным тепловым или механическим воздействиям и не реагировать на колебания электрического напряжения. При всем этом телеметрическая система должна обладать сравнительно высокой выходной мощностью, иметь малые размеры и небольшой вес; и поскольку она используется только один раз, то она должна быть максимально дешевой.

Используемое телеметрическое оборудование делится на два типа. Для измерения таких простых механических величин, как положение плоскостей управления, механических напряжений, давления и вращательных моментов, можно применить телеметрическую многоканальную систему с временным разделением каналов и частотной модуляцией передаваемых сигналов. Такая система имеет большое количество отдельных радиоканалов, по которым можно передавать колебания низких частот, нужных для передачи каких-либо отдельных величин. Там, где необходимо передать форму колебаний и другие непрерывно изменяющиеся характеристики электронного оборудования, имеющегося в снаряде, подобная система непригодна. В этом случае требуется дополнительный передатчик с время-импульсной модуляцией в системе и с временным разделением каналов.

Исследовательское бюро министерства снабжения сконструировало две такие системы, отвечающие современным требованиям. Каждая система состоит из приемника, находящегося на земле, который принимает данные от любого из имеющихся бортовых передатчиков. Эти приемники (их описание приводится ниже) производятся в массовом количестве фирмами английской электронной промышленности.

Большим преимуществом этой системы является то, что она имеет калибрационный канал, с помощью которого точность работы системы может быть определена в любой момент. Основой передающей части прибора (рис. 99) служит блок вращающегося коммутатора, контакты которого присоединены к датчикам, преобразовывающим физические величины в электрические колебания. Вращаясь, коммутатор по очереди подключает к антенне цепь каждого датчика и передает таким образом сигналы на землю. Эти сигналы передаются в течение весьма короткого промежутка общего времени передачи. Переключение цепей датчиков с учетом ограниченности скорости вращения механического коммутатора позволяет осуществлять телеметрию величин, меняющихся с низкой частотой.

Выходные сигналы от датчиков с помощью коммутатора поступают на модулятор. В модуляторе осуществляется частотная модуляция поднесущей, частота которой прямо пропорциональна напряжению, поступающему от подключенного датчика. Результирующие частотномодулированные колебания, разделенные во времени, используются для амплитудной модуляции генератора высокой частоты. Запись, получаемая на наземной станции, имеет два вида: основная, производимая с малой скоростью, при которой данные о каждой измеряемой и записываемой величине или их комбинации разделены друг от друга, и высокоскоростная, или гистограммная, запись, из которой

Рис. 99. Типовой многоканальный передатчик с временным разделением каналов.

все измеряемые данные могут быть получены аналитическим путем.

Поскольку телеметрический прибор должен устанавливаться в снарядах различных размеров — от 75 мм в диаметре и больше, — компактность является существенным фактором в его проектировании. Агрегаты передающего устройства были поэтому спроектированы как стандартные узлы, смонтированные из малогабаритных блоков. Габариты самого маленького телеметрического устройства в снаряде 133 X 82 X 63 мм (телеметрический блок) плюс блок питания размерами 114 X 76 X 57 мм.

В системе используются индуктивные датчики и датчики напряжения различных типов и размеров. Индуктивными датчиками, выпускаемыми в настоящее время, являются линейный и угловой акселерометры, датчики давления и датчики линейного перемещения и углов поворота. Датчики напряжения обычно представляют собой потенциометрические устройства. Сейчас уже разработан ряд таких датчиков для измерения давления, температуры и перемещения рулевых органов.

Максимальная частота телеметрируемой величины зависит от скорости вращения коммутатора. В настоящее время используются коммутаторы со скоростью вращения 120, 80 и 40 об/сек соответственно.

Собственно переключатель состоит из миниатюрного двигателя постоянного тока с питающим напряжением 6,3 в и двустороннего щеточного контактного устройства из никелево-серебряного сплава. Контактная система (во избежание одновременного соединения двух каналов) смонтирована внутри щеточного устройства. Небольшая фетровая прокладка для смазки (маслом специального состава) и для собирания медной пыли установлена диаметрально против пальцев щетки.

Для того чтобы улучшить условия контакта при быстром переключении, переключатель имеет 24-контактную панель, смонтированную на бакелитовом основании, которому придана с помощью нейлона дополнительная механическая прочность. В качестве контактов на панели используются зажимы типа зажимов электронной лампы B-7G. Контактная панель крепится к переключателю двумя винтами.

В системе применяются три вида модуляторов. Первый работает на принципе изменения индуктивности, второй — на принципе изменения напряжения и третий — на принципе изменения индуктивности и напряжения. Поскольку все устройство смонтировано с двух сторон бакелитовой панели, весь прибор получается компактным и простым.

При использовании модулятора первого типа переменная индуктивность датчика вводится в колебательную цепь генератора. Затем выходной сигнал усиливается до величины, необходимой для модуляции высокочастотного генератора. В модуляторе второго типа, реагирующем только на напряжение, частота колебаний изменяется подключением к колебательному контуру обычной лампы реактивного сопротивления. Выходной сигнал также усиливается для модуляций высокочастотного генератора.

В последнем случае обе цепи объединяются в общую цепь, содержащую 4 электронные лампы. Первая лампа работает как генератор с индуктивным датчиком, вторая — как усилитель, в котором осуществляется сложение колебаний третьей и первой электронных ламп. Четвертая лампа является усилительной. В случае использования датчика напряжения первая лампа отключается благодаря затуханию в ее настроенной цепи и напряжение, поступающее на вторую лампу, которая работает в качестве реактивной электронной лампы, определяет частоту колебаний третьей лампы. Четвертая лампа и в этом случае является усилителем. Во всех случаях диапазон вырабатываемых частот равен 130-160 тыс. гц, который при использовании датчика напряжения перекрывается напряжением 6 в.

Чтобы обеспечить соответствующую энергию для всех диапазонов при минимальном потреблении постоянного тока, применяют три генератора с выходной мощностью незатухающих колебаний 0,2; 1 и 8 вт соответственно. Более ранним вариантом был генератор мощностью в 0,2 вт, спроектированный в виде двухтактной схемы с настроенным анодом и сеткой, собранной на лампе CV858(6J6). Сейчас он устарел и заменен одноваттным, который имеет схему, подобную первому, но смонтирован на специально сконструированной электронной лампе очень малых размеров.

Самый большой восьмиваттный генератор, применяемый для больших расстояний, состоит из схемы с настроенным анодом и сеткой, смонтированной вокруг триода CV397a с запаянным диском. Так как мощность модулятора для этого генератора является недостаточной, то включается дополнительный усилитель мощности. Как одноваттный, так и восьмиваттный генераторы могут работать в импульсном режиме или режиме незатухающих колебаний. Выбор установки определяется главным образом необходимостью устранения возможных помех от высокочастотных генераторов в других снарядах.

То обстоятельство, что эти генераторы должны допускать простую перестройку по частоте, просто согласовываться с антенным устройством различных типов и быть в то же время стабильными по частоте при больших изменениях температуры и давления, создавало большие трудности при их конструировании. Особенно это касалось мощного генератора, у которого высокое напряжение в сочетании с низкими давлениями потребовало проведения большой работы над проблемой предотвращения искровых разрядов.

Наземное оборудование телеметрической системы обеспечивает два вида записи — гистограммную (т. е. высокоскоростную) и главную. Для второго вида сигнал, полученный с передатчика, находящегося в воздухе, преобразуется после демодуляции в серии ступенчатых напряжений постоянного тока, и получаемая в результате этого ступенчатая кривая подается к вертикальным пластинам 15 электронно-лучевых трубок.

С выхода радиоприемника фильтр выделяет синхронизирующий сигнал, который затем используется для создания временной развертки для большой трубки и для выработки стробов, совпадающих с импульсами каждого канала. Эти импульсы используются для подсветки на 15 электронно-лучевых трубках. Любой канал или любая комбинация каналов может быть просмотрена на любой из электронно-лучевых трубок. Экраны всех 15 трубок фотографируются в один ряд на передвигающейся 60-сантиметровой пленке, как это показано на рис. 100.

Через каждую десятую долю секунды метки времени различаются на каждой трубке, так же как и регистрируемые импульсы. По окончании каждого подсвечивающего импульса короткие калибрационные линии от генератора с кварцевой стабилизацией наносятся на запись.

Гистограммное записывающее устройство является самостоятельным устройством для воспроизводства записи от одноканальных передатчиков или гистограммных показаний от многоканальных передатчиков. Оно состоит из приемника и различителя, подобных тем, которые используются в основном оборудовании, и работает от отдельной спиральной антенны. Индикатор состоит из трех электронных трубок, одной большой и двух малых, показания которых фотографируются одновременно на 35-миллиметровую кинопленку.

Р и с. 100. Упрощенная схема типового многоканального передатчика с временным разделением каналов. (Детали № 11-20 находятся на борту снаряда 10.) 1 — спиральная антенна; 2 — приемник; 3 — демодулятор; 4 — усилитель сигналов и синхронизатор временной развертки; 5 — строб-блок; 6 — барабан с 60-сантиметровой пленкой, на которой производится запись сигналов от 15 электронно-лучевых трубок; 7 — кинокамера; 8 — электронно-лучевая трубка; 9 — образец записи; 10 — снаряд; 11 — акселерометр (с различной индуктивностью для продольного и бокового ускорения); 12 — электрический датчик давления (для давления горючего и т. д., диапазон от 0 до 280 кг/см2); 13 — стандартная (эталонная) индуктивность; 14 — индуктивный датчик давления (диапазон от 0 до 14 кг/см2); 15 — электрический датчик давления (для давления горючего и гидравлического давления, диапазон от 0 до 42 кг/см2); 16, 17 — датчик углов атаки и скольжения (с различной индуктивностью по каналам тангажа и рыскания); 18 — вращающийся коммутатор; 19 — передатчик; 20 — модулятор.

Большая трубка производит одноканальную запись, или серию в 24 ступени постоянного тока, соответствующую каналам в передатчике. Одна из малых трубок используется для шкалы времени, а другая указывает отклонение радиочастоты во время полета.

Р и с. 101. Стандартное наземное оборудование для приема сигналов от снаряда.

Система устроена таким образом, что информация в каждом канале дается временным интервалом между задним фронтом контрольного импульса (длительностью около 50 мксек.) и задним фронтом одномикросекундного канального импульса. Несущая частота модулируется контрольным и канальным импульсами. Частота повторения импульсов колеблется в пределах 2-5 тыс. в секунду в зависимости от количества каналов в передатчике.

Между двумя последовательными контрольными импульсами может бысть послано до 20 канальных импульсов, момент приложения каждого из которых может изменяться на интервале в 400 мксек. Однако обычно каждая группа импульсов ограничивается последовательными интервалами в 80 мксек., которые регистрируются на каждой из пяти электронных трубок в наземном оборудовании. Каждый канал устроен так, чтобы непосредственно или через преобразователь изменять напряжения или емкости, которые используются для управления интервалом времени между задним фронтом контрольного прямоугольного импульса и моментом появления соответствующего канального импульса.

Передающее устройство прибора (рис. 102), находящегося в снаряде, смонтировано в виде цилиндра диаметром 114 мм и общей длиной 165 мм для 12-канального аппарата. Для упрощения производства и работы

Рис. 102. Типовой передатчик с время-импульсной модуляцией и временным разделением каналов, предназначенный для установки в экспериментальном снаряде.

модулятор разделен на части, смонтированные на малогабаритных электронных лампах и включающие генератор прямоугольных импульсов и ряд 4-канальных блоков. Блоки модулятора могут быть собраны так, чтобы образовать модуляторы на 4, 8, 12, 16 и 20 каналов. Сигналы, вырабатываемые модулятором, состоят из широких импульсов длительностью приблизительно в 40 мксек., задний фронт которых является началом отсчета для системы, и ряда следующих за ними узких импульсов длительностью в 1 мксек. Генератор широких импульсов состоит из фантастрона с экранной связью. От экранной сетки этой лампы образуется импульс отрицательной полярности. Этот импульс поступает на сетку катодного повторителя. Нагрузка катодного повторителя выбрана так, что лампа работает с большим смещением. При отсутствии импульса лампа работает в режиме, близком к режиму запирания.

Для получения пусковых импульсов, запускающие генератор кратковременных импульсов, напряжение, снимаемое с экранной сетки фантастрона, дифференцируется и поступает на сетку катодного повторителя, где срезаются отрицательные импульсы и тем самым для каждого рабочего цикла получается положительный пусковой импульс, который соответствует заднему фронту широкого импульса. Этот пусковой импульс поступает на антидинатронную сетку ряда фантастронов через разделительные диоды, которые действуют как восстановители постоянной составляющей.

При отсутствии пускового импульса антидинатронные сетки остаются под отрицательным потенциалом и анодный ток не протекает. При этом экранные сетки остаются под низким потенциалом и ток экранной сетки протекает по катодной цепи. Но как только поступает пусковой импульс, появляется анодный ток, и вследствие эффекта Миллера происходит медленное падение напряжения на аноде. Оно обусловлено отрицательной емкостной обратной связью между анодом и сеткой, в результате чего лампа стремится закрыться. Когда это происходит, потенциал экранной сетки начинает подниматься. В результате емкостной связи между экранной сеткой и анти-динатронной сеткой повышение потенциала передается на антидинатронную сетку и стремится сделать ее более положительной. В результате этой обратной связи форма импульса становится очень острой.

Электронные лампы остаются в таком положении, пока не прекращается действие эффекта Миллера, т. е. пока анодное напряжение не упадет до минимума. Это происходит в различное время в зависимости от параметров схемы и управляющего напряжения, которое контролирует величину падения напряжения на аноде. Когда напряжение на аноде лампы достигает минимума и не может понижаться дальше, потенциал управляющей сетки начинает возрастать. В результате этого через экранную сетку протекает ток, понижая ее потенциал. После этого происходит перераспределение тока между анодом и экраном, обусловленное связью между экранной и антидинатронной сеткой. Анод остается в таком

Р и с. 103. Узел телеметрического оборудования для малого испытательного снаряда. Крылья имеют прямоугольную форму в плане и трапецевидное сечение. Четыре вертикальных столбика содержат зонды.

состоянии потому, что лампа отсекается благодаря сигналу экранной сетки. Схема остается в таком положении до тех пор, пока не поступит следующий пусковой импульс, который повторяет цикл.

Напряжение на экранной сетке в последующем преобразуется в серию отрицательных импульсов, которые соответствуют моментам достижения минимального напряжения на аноде. Эти импульсы передаются группами по четыре. Каждый импульс имеет отклонение по времени от начала отсчета 80 мксек. при полном изменении телеметрируемой величины, в результате чего каждая группа занимает соответственно промежутки на шкале времени 80-160, 160-240, 240-320, 320-400 и 400-480 мксек.

Импульсы затем поступают на сетку усилителя с обратной связью вместе с широким импульсом, так что на аноде последовательно образуются узкие импульсы. Эти импульсы используются для модуляции генератора высокой частоты. Обычным высокочастотным генератором является генератор со средней мощностью 2 вт. Однако для больших дальностей был сконструирован 8-ватгный высокочастотный генератор, подобный тому, который используется в многоканальной системе с временным разделением каналов. При различном питании постоянным током он отвечает всем требованиям генераторов мощностью от 2 до 8 вт.

Большое количество телеметрируемых каналов может быть получено при введении в один или несколько каналов временного переключателя, в результате чего уменьшается частотный диапазон передаваемых сигналов. Применяемые в настоящее время стандартные кристаллические переключатели имеют одиннадцать контактов, которые могут быть соединены в различных комбинациях. Типовой комбинацией является, например, комбинация из четырех емкостных датчиков и четырех датчиков напряжения или одиннадцати датчиков напряжения с одинаковым отклонением напряжения.

Поскольку эти датчики смонтированы так, чтобы допускать коммутацию, а до четырех датчиков могут быть соединены через один, то требуется какой-либо способ для их распознавания. Это обеспечивается опознавательным переключателем, который вращается па малой скорости, присоединяя последовательно каждый датчик к неизменному напряжению, обычно земле, так что, как только один канал определен, за ним определяются по порядку все остальные.

Наземное оборудование системы время-импульсной модуляции дает не более пяти индикаций в зависимости от количества используемых каналов. Временная шкала, о которой говорилось выше (80-160, 160-240, 240-320 и т. д.), используется в качестве временной развертки для пяти отдельных катодно-лучевых трубок, причем канальные импульсы используются для подсвета.

Показания каждой трубки постоянно фотографируются на 35-миллиметровую кинопленку, скорость движения которой может меняться от 5 до 300 см/сек.

Для того чтобы достичь этого, сигнал принимается высокочувствительным приемником на земле и после демодуляции получаемая последовательность импульсов передается в преобразующий блок. Здесь импульсы ограничиваются, и прямоугольный сигнал выделяется из канальных импульсов. Из заднего фронта прямоугольного импульса образуется пусковой импульс, который проходит по цепи каждой из пяти временных разверток, где используются две фантастронные цепи задержки импульсов, с тем чтобы получить соответствующую временную развертку по вертикальной оси для каждой индикаторной трубки. В то же время канальные импульсы после дальнейшего усиления и ограничения в преобразующем блоке проходят через канал формирования импульсов и используются в качестве подсвечивающих стробов для катодно-лучевых трубок.

Перед каждым пуском снаряда временная развертка точно устанавливается и проверяется посредством кристаллического калибратора, который присоединен к преобразующему блоку. Развертка на каждой трубке также регулируется. Метки времени, полученные от бортовой системы временного разделения, появляются на маленьких катодно-лучевых трубках сбоку от каждой регистрирующей электронной лампы, так что они одновременно фотографируются на 35-миллиметровую пленку. При пуске импульс от коммутатора смещает метки времени и указывает момент старта.