Диссертация (Исследование помехозащищенности электрических жгутов электротехнических комплексов летательных аппаратов при воздействии мощных электромагнитных помех), страница 2

Полученные результаты подтвер-8ждены компьютерным моделированием и физическими экспериментами.Практическая значимость работы1. Разработано программное обеспечение, которое позволяет рассчитыватьпроникновение импульсных МЭМП во внутреннее пространство конструкции ЛАи корпусов приборов и устройств ЭТК ЛА. Программное обеспечение использовано для расчета спектральных характеристик и энергий импульсных МЭМП,воздействующих на электрические жгуты самолета МС-21.2. Создан стенд, позволяющий измерять эффективность экранирования и сопротивление связи экранов электрических жгутов.

Исследованы частотные характеристики эффективности экранирования и сопротивления связи экранов электрических жгутов в сравнении с частотными характеристиками их математических моделей.3. Проведено моделирование воздействия кондуктивных ЭМП, наведенных навнутренних проводниках экранированных электрических жгутов внешними излучаемыми МЭМП, на устройство ЭТК ЛА.Основные положения, выносимые на защиту1. Математическая модель и методика расчета спектральных характеристик иэнергий импульсных излучаемых МЭМП в виде электрического и магнитного полей, проникающих во внутреннее пространство конструкции ЛА и корпусов приборов и устройств ЭТК ЛА;2. Математические модели и методика расчета воздействия периодических иимпульсных излучаемых МЭМП на экраны электрических жгутов ЭТК ЛА, рассматриваемых в виде электрических цепей с распределенными параметрами;3.

Математические модели и методика расчета наведенных импульсными излучаемыми МЭМП кондуктивных ЭМП на внутренних проводниках экранированных электрических жгутов ЭТК ЛА с использованием методов анализа электрических цепей с распределенными параметрами.Реализация и внедрение основных результатов работы.Полученные результаты диссертационной работы в части математических моделей воздействия периодических и импульсных излучаемых МЭМП на экраны9электрических жгутов ЭТК ЛА и методики расчета наведенных данными МЭМПкондуктивных ЭМП на внутренних проводниках экранированных электрическихжгутов были использованы в рамках СЧ ОКР «Жгутокаб-МАИ»: «Разработка математических моделей и создание проекта отраслевого стандарта по подтверждению параметров помехозащищенности кабельных сборок», проводимой в Московском авиационном институте (национальном исследовательском университете) [54, 55].

Полученные результаты диссертационной работы в части методикирасчета наведённых кондуктивных ЭМП в электрических жгутах используются вАО «ОКБ «Аэрокосмические системы» (г. Дубна) при проектировании бортовойкабельной сети самолета МС-21. Акт о внедрении результатов диссертационнойработы приведен в приложении 1.Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлялись и докладывались на Московской молодёжной научно-практическойконференции «Инновации в авиации и космонавтике» в 2013, 2014 годах, II и IIIВсероссийских научно-технических конференциях «Технологии, измерения и испытания в области электромагнитной совместимости – ТехноЭМС» в 2015, 2016годах.Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 публикаций, в том числе7 научных статей в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАКРФ, и 4 публикации тезисов докладов конференций.Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка использованных источников. Общий объем диссертации без приложений 164 страниц, включая 56 рисунков и 4 таблиц. Списокиспользованных источников включает 55 наименований.10Глава 1. Воздействие МЭМП на ЛА1.1.Пути проникновения МЭМП в конструкцию ЛА и электрические жгутыЭТК ЛАНа основе ГОСТ Р 50397-2011 [25] введем определение: мощные электромагнитные помехи (МЭМП) – электромагнитные явления, процессы, которые могутпривести к ухудшению качества функционирования электротехнического комплекса ЛА, к появлению сбоев и отказов и, в ряде случаев, к выходу из строя элементов и устройств ЭТК ЛА.На основе ГОСТ 18311-80 [32] введем определение: электротехнический комплекс (ЭТК) – это совокупность взаимосвязанных электротехнических устройстви изделий, предназначенных для производства, преобразования, передачи, распределения, потребления электрической энергии. Таким образом, электротехнических комплекс ЛА включает в себя всё бортовое электротехническое и радиоэлектронное оборудование, все системы, создающие и использующие в процессесвоей работы электрическую энергию [33].На основе SAE AS 50881D [34] введем следующие определения:Электрический жгут – совокупность любого количества проводов, электрических кабелей, а также их соединителей и наконечников, разработанная и изготовленная таким образом, чтобы обеспечить возможность установки и демонтажав виде единого изделия.

Электрический жгут может быть либо открытым (неэкранированным), либо защищенным (экранированным).Электрический кабель – несколько изолированных проводников, сплошныхили скрученных, заключенных в общую оболочку, либо несколько изолированных проводников, скрученных или спрессованных вместе, не имеющих общейоболочки, либо один изолированный проводник с экраном или внешним проводником.Распространение МЭМП во внутреннем пространстве конструкции ЛА связано с процессами проникновения МЭМП через апертуры конструкции ЛА и корпусов приборов и устройств ЭТК ЛА (например, места соединений (стыков) эле-11ментов конструкции, радиопрозрачные обтекатели антенн, композитные элементы конструкции и др.).

На рисунке 1.1 представлена схема проникновения и распространения МЭМП во внутреннем пространстве конструкции ЛА и корпусовприборов и устройств ЭТК ЛА. На рисунке 1.2 приведены схемы проникновенияи распространения МЭМП во внутреннем пространстве конструкции ЛА и корпусов приборов и устройств ЭТК ЛА [19].Усредненные параметры напряженности влияющих электрических и магнитных полей для расстояния 10 м от канала разряда молнии [6]:где Eм, Hм – амплитудные значения напряженностей поля; τпи – длительность импульса на уровне 0,5.В случае протекания тока молнии по конструкции ЛА амплитудное значениенапряженности магнитного поля определяется как:где Iм – амплитудное значения тока молнии, протекающий по конструкции ЛА,R – радиус конструкции ЛА.Форма электрического и магнитного полей импульса молнии, имеют вид биэкспоненциальной функции (рисунок 1.3):----,-(1.1),(1.2)где δ1, δ2 – параметры, характеризующие функции; k – нормирующий коэффициент.12Источники МЭМППроникновение МЭМП вовнутреннее пространствоконструкции ЛАПроникновение через экраныэлектрических жгутов и корпусаприборов и устройств ЭТК ЛАИндуцирование кондуктивныхЭМП в электрических цепяхприборов и устройств ЭТК ЛАРаспространение кондуктивныхпомех по электрическим цепямприборов и устройств ЭТК ЛАВоздействие на полупроводниковыеприборы и электронные микросхемыУхудшение качествафункционирования, отказприборов и устройств ЭТК ЛАРисунок 1.1 – Схема проникновения и распространения электромагнитных помехво внутреннем пространстве конструкции ЛА13Начальный контактс молниейE021H0E1H0iэкрH14563Окончательныйвыход молнии1 - внешний корпус ЛА; 2,3 – апертуры в корпусе ЛА (например, в виде прямоугольных или круглых отверстий); 4,6 – приборы и устройства ЭТК ЛА; 5 – электрический жгут, соединяющий приборы и устройства ЭТК ЛА; iэкр - токи, индуцируемые на экранах электрических жгутовРисунок 1.2 – Схема проникновения и распространения электромагнитных помехво внутреннем пространстве конструкции ЛА14E, HEмакс , Hмакс1,00,9dE , dHdt dt0,50,10τфtτпиРисунок 1.3 – Форма электромагнитного импульса, где:τф – длительность фронта импульса; τи – длительность импульса на уровне 0,515Параметры δ1, δ2 и нормирующий коэффициент k импульсной МЭМП приближенно имеют вид [6]:где τпи – длительность импульса на уровне 0,5, с; τф – длительность фронта импульса, с.Другим источником МЭМП является электромагнитный импульс высотногоядерного взрыва (ЭМИ ВЯВ).

Импульсы электрической и магнитной напряженности ЭМИ ВЯВ также можно описать биэкспоненциальной функцией (выражения1.1-1.2). В таблице 1.1 приведены типовые значения параметров ЭМИ ВЯВ [8, 10].Таблица 1.1ПараметрЗначение параметра ЭМИ ВЯВэлектрическогомагнитного50 кВ/м130 А/мДлительность фронта, нс55Время нарастания от 0,1 напряженности до максимальной, нс1010Время спада напряженности от максимума до 0,1, нс600600Длительность импульса на уровне 0,5, нс200200Максимальная напряженностьИзвестны выражения для расчета уровней МЭМП проникающих через одиночное отверстие (рисунок 1.4) [5, 6].

Если размер отверстия в конструкции ЛАмного меньше линейных размеров самой конструкции ЛА, а также если минимальная длина волны периодического электрического (магнитного) поля превышает размер отверстия и фронт импульсного электрического (магнитного) полязначительно превышает время распространения через отверстие, то для расстояния от отверстия в 1,5-2,0 раза превышающего размер отверстия справедливы вы-16ражения, определяющие амплитуды напряженности электрического и магнитногополей в конструкции ЛА, проникающие через отверстия в его стенках.