Сведения о научных руководителях (Исследование помехозащищенности электрических жгутов электротехнических комплексов летательных аппаратов при воздействии мощных электромагнитных помех), страница 2

Исследованы частотные характеристики эффективности экранирования и сопротивления связи экранов электрических жгутов в сравнении с частотными характеристиками их математических моделей.― проведено моделирование воздействия кондуктивных ЭМП, наведенных на внутренних проводниках экранированных электрических жгутов внешними излучаемымиМЭМП, на устройство ЭТК ЛА.Основные положения, выносимые на защиту:― математическая модель и методика расчета спектральных характеристик и энергий импульсных излучаемых МЭМП в виде электрического и магнитного полей, проникающих внутрь конструкции ЛА и внутрь корпусов приборов и устройств ЭТК ЛА;― математические модели и методика расчета воздействия периодических и импульсных излучаемых МЭМП на экраны электрических жгутов ЭТК ЛА, рассматриваемых в виде электрических цепей с распределенными параметрами;― 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 работыПолученные результаты диссертационной работы в части математических моделейвоздействия периодических и импульсных излучаемых МЭМП на экраны электрическихжгутов ЭТК ЛА и методики расчета наведенных данными МЭМП кондуктивных ЭМП на7внутренних проводниках экранированных электрических жгутов были использованы врамках 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).

Полученные результаты диссертационной работы в части методики расчета наведённых ЭМП в электрических жгутах используются в АО «ОКБ«Аэрокосмические системы» (г. Дубна) при проектировании бортовой кабельной сети самолета МС-21.Апробация работыОсновные результаты диссертационной работы представлялись и докладывались наМосковских молодёжных научно-практических конференциях «Инновации в авиации икосмонавтике» в 2013, 2014 годах, II и III Всероссийских научно-технических конференциях «Технологии, измерения и испытания в области электромагнитной совместимости –ТехноЭМС» в 2015, 2016 годах.ПубликацииПо теме диссертации опубликовано 11 публикаций, в том числе 7 научных статей врецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ, и 4 публикации тезисовдокладов конференций.Структура и объём работыДиссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников, двух приложений.

Общий объем диссертации 170 страниц, включая56 рисунков и 4 таблиц. Список использованных источников включает 55 наименований.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность и целесообразность исследования помехозащищенности электрических жгутов электротехнических комплексов летательных аппаратов при воздействии излучаемых мощных электромагнитных помех, определены решаемые научно-технические задачи, показаны научная новизна и практическое значение, даны сведения об апробации и структуре диссертационной работы.В первой главе диссертационной работы: описаны пути проникновения МЭМПвнутрь конструкции ЛА, внутрь корпусов приборов и устройств ЭТК ЛА и в электрические жгуты ЭТК ЛА (рисунок 1, а); приведены параметры напряженностей электрическихи магнитных полей грозового разряда и электромагнитного импульса высотного ядерноговзрыва (ЭМИ ВЯВ); рассмотрены существующие методики расчета амплитудных значений МЭМП, проникающих через одиночное отверстие, без учета временных и спектральных характеристик МЭМП; приведены уровни восприимчивости различных логических8микросхем к кондуктивным ЭМП; проведен анализ известных математических моделейдля расчета уровней импульсных и периодических токов и напряжений на экранах и внутренних проводниках электрических жгутов.Источники МЭМПhПроникновение МЭМП вовнутреннее пространствоконструкции ЛАW1Проникновение через экраныэлектрических жгутов и корпусаприборов и устройств ЭТК ЛАE0H0E1Индуцирование кондуктивныхЭМП в электрических цепяхприборов и устройств ЭТК ЛАH1Распространение кондуктивныхпомех по электрическим цепямприборов и устройств ЭТК ЛА2cwDcwDtDВоздействие на полупроводниковыеприборы и электронные микросхемыУхудшение качествафункционирования, отказприборов и устройств ЭТК ЛАа)б)Рисунок 1 – Схема проникновения и распространения МЭМПВо второй главе приведена методика расчета спектральных характеристик и энергийпериодических и импульсных МЭМП, проникающих внутрь конструкции ЛА или внутрькорпусов приборов и устройств ЭТК ЛА (далее – конструкции ЛА), представленных в виде экранов с группировками апертур, состоящих из круглых или прямоугольных отверстий.

На рисунке 1, б) приведена схема проникновения и распространения МЭМП вовнутреннем пространстве конструкции ЛА, где 1 – зона апертур в виде прямоугольныхотверстий, 2 – зона апертур в виде круглых отверстий.Методика расчета спектральных характеристик и энергий во внутреннем пространстве конструкции ЛА при воздействии периодических и импульсных МЭМП основана наколичественной оценке ослабления периодических и импульсных МЭМП конструкциейЛА, которая заключается в определении коэффициента экранирования конструкции ЛА сгруппировкой апертур заданного типа.9Суммарный коэффициент экранирования KΣ конструкции ЛА с n-зонами апертур приусловии, что размеры экрана много больше расстояния между источником МЭМП и некоторой точкой пространства, для которой проводится расчет, определяется выражением: =110 /20= экр + ∑ ап (1)=1где SΣ – суммарная эффективность экранирования конструкции ЛА с учетом утечек черезапертуры; Kэкр – коэффициент экранирования сплошного однородного экрана; Kап n – коэффициент экранирования в n-й зоне апертур; n – число зон апертур, вызывающих утечки.Суммарный коэффициент экранирования KΣ (ω) для экрана с одной зоной апертур в виде круглых отверстий имеет вид: () = √2102,62∙∙√ ∙ 10[2,3 ∙ [1 + 35 ∙ (0,166⁄√с2 )+5,405]101,6 ∙ (1 − 10−3,2 ) ∙ 108,1 ∙ √ 3 ∙ coth (3,684 ∙ )],(2)где µr – относительная магнитная проницаемость материала экрана; σr – относительнаяпроводимость (относительно меди) материала экрана; ω – круговая частота, рад/с;t – толщина стенки экрана, м; D – диаметр круглого отверстия, м; cw – зазор проводящегоматериала между отверстиями, м; m – число отверстий на один м2, м-2.Выражение суммарного коэффициента экранирования принято использовать для случая проникновения через экран с апертурами периодической МЭМП.

В случае проникновения через экран с апертурами импульсной МЭМП, спектральную функцию F(ω) проникающей во внутреннее пространство конструкции ЛА импульсной МЭМП, можно представить в виде:() = K () ∙ |f()|= ,(3)где KΣ(ω) – суммарный коэффициент экранирования конструкции ЛА с апертурами;f(p) = L{f(t)} – функция изображения внешней импульсной МЭМП, р – оператор Лапласа.Выражение спектральной функции F(ω) проникающей во внутреннее пространствоконструкции ЛА МЭМП, может быть получено при условии, что форма внешней импульсной МЭМП представлена аналитической функцией и имеет вид: k  e  δ1t  e  δ2 t f  t   Am  (4) σ tesinωt1где Aм – амплитудные значения напряженности МЭМП; δ1 , δ 2 , σ, ω1  параметры, характеризующие функции, δ 2  δ1; ω1  σ.

; k – нормирующий коэффициент биэкспоненциальнойфункции.Выражения (1)-(4) позволяют количественно определять энергию МЭМП, проникающую во внутреннее пространство конструкции ЛА.10Алгоритм расчета спектральных характеристик и энергий импульсных МЭМП, проникающих внутрь конструкции ЛА и ЭТК ЛА, представленного в виде сплошного экранас группировкой апертур, состоящей из круглых или прямоугольных отверстий приведенна рисунке 2.Расчет коэффициента экранированияKэкр(ω) конструкции ЛА в виде идеальногооднородного экранаРасчет суммарного коэффициентаэкранирования KΣ (ω)Расчет коэффициента экранированияKaп(ω) апертур конструкции ЛАВременнаяВременная математическаяматематическаяфункцияфункция f(t),f(t), описывающаяописывающаяизлучаемуюизлучаемую МЭМПМЭМППреобразование Лапласа f(t) ÷ f(p)РасчетРасчет ослабленияослабления МЭМПМЭМПконструкциейконструкцией ЛАЛАСпектральная функция F(p), описывающаяослабленную экраном излучаемую МЭМПРисунок 2 – Алгоритм расчетаВ диссертационной работе приведен пример расчета ослабления конструкцией ЛА ввиде экрана с одной зоной апертур, состоящей из круглых отверстий, импульсной МЭМПв виде электрического поля ЭМИ ВЯВ в диапазоне частот от 10 кГц до 400 МГц.Параметры экрана конструкции ЛА, состоящего из алюминия, с одиночной зоной апертур в виде круглых отверстий: µr = 1; σr = 0,636; t = 0,001 м, D = 0,005 м; cw = 0,01 м;m = 5 м-2.

Параметры импульса напряженности электрического поля ЭМИ ВЯВ:Am = 50 кВ/м; τф = 5 нс; τпи = 200 нс; δ1 = 3,5∙106 с-1; δ2= 6,5∙108 с-1; k = 1,0343.На рисунке 3 приведены частотные диаграммы спектральных функций напряженностиэлектрического поля ЭМИ ВЯВ, проникающего через экран с одной зоной апертур, состоящей из круглых отверстий, где:E1(ω) = KΣ(ω)∙|f(p)|, при p=jω – спектральная функция импульсной МЭМП, проникшей через экран с апертурами; E2(ω) = Kап(ω)∙|f(p)|, при p=jω – спектральная функция импульсной МЭМП, проникшей через апертуры; E3(ω) = Kэкр(ω)∙|f(p)| , при p=jω – спектральнаяфункция импульсной МЭМП, проникшей через экран.11Энергия электрического поля внешней импульсной МЭМП равна 187,99 Дж. Энергияэлектрического поля импульсной МЭМП, проникшей через экран, равна 1,84·10-7 Дж.Энергия электрического поля импульсной МЭМП, проникшей через апертуры, равна0,221Дж.

Энергия электрического поля импульсной МЭМП, проникшей через экран сапертурами, практически равна энергии, проникшей через апертуры, т.е. 0,221 Дж.E, [В/м]/ГцE1(ω)E3(ω)E2(ω)f, ГцРисунок 3 – Частотные диаграммы спектральных функций напряженности электрическогополя ЭМИ ВЯВ, проникающего через экран с одной зоной апертур в виде круглыхотверстийВ третьей главе рассмотрены математические модели сопротивлений связи экранированных электрических жгутов и их частотные характеристики, приведены математические модели воздействия электрического и магнитного поля на экран и внутренние проводники экранированного электрического жгута.Помехозащищенность электрических жгутов ЭТК ЛА от излучаемых МЭМП во многом зависит от эффективности экранирования электрических жгутов, которая определяется параметрами экранов электрических жгутов. Эффективность экранирования связана сважной характеристикой экранов электрических жгутов – сопротивлением связи.