Сведения о научных руководителях (Исследование помехозащищенности электрических жгутов электротехнических комплексов летательных аппаратов при воздействии мощных электромагнитных помех), страница 4

 p Токи и напряжения на внешнем экране электрического жгута в любой его точке определяются из нахождения корней p = pi следующих трансцендентных уравнений:B1э.  p   0  th  γ э.  p      Z2э.  p  B2э.  p   0  th  γ э.  p     Z1 p2э.(R э.  pL э. )  (G э.  pCэ. );R э.  pL э.R э.  pLэ..(R э.  pLэ.

)  (G э.  pCэ. )Пример временной диаграммы импульсного напряжения на внешнем экране, индуцированного при воздействии магнитного поля, приведен на рисунке 8.Операторное напряжение между проводником неэкранированной витой пары и внешнимэкраном электрического жгута Uв.п.(p) имеет вид:Uв.п.  p   Iэ.  p  Zа.св.  p  ,В случае воздействия на внешний экран электрического жгута магнитного поля операторныенапряжения на внутренних проводниках неэкранированной витой пары Uв.п.(p) определяется решением уравнений (7) - (10).Уравнения для определения операторного напряжения на проводнике неэкранированной витой пары электрического жгута, полученные в работе, имеют вид:d 2 Uв.п.  x ' , p dIэ.

 x ' , p  γ  p   Uв.п.  x , p   Zа.св.  p ;dx '2dx 'd 2 Uв.п.  x ' , p  2 γв.п.  p   Uв.п.  x ' , p   Uэ.  x ' , p    R в.п.  pLв.п.   Yа.св.  p ;.dx '22в.п.'Uв.п.  x ' , p   Uв.п.  x ' , p   U*в.п.  x ' , p  ,(8)(9)18d 2 U в.п.  x ' ,p dx'22 γ в.п. p   Uв.п.  x ' ,p   0;(10)где U в.п. x ' , p  операторное решение уравнения (10); U*в.п. x ' , p  соответствующееоператорное частное решение уравнения (8) или (9).U1э.(x , t), В1008060604020200-20-20-40-60-60-80-100-10001102203304405506607t,x нс10-8Рисунок 8 – Временная диаграмма импульсного напряжения, индуцированного приАвоздействии магнитного поля с параметрами H m  3 ; σ  5 107 с1; ω1  2 109 с1 намОм;внешнем экране электрического жгута при  5 м.; h  5 103 м.; Z2э.

 0; R э.  0,167мГнСмФLэ.  1,198 106; G э.  2,333  103; Сэ.  9,277  1011с учётом n  90 пар корнейммм'в точке: x  0,2 .Результирующий операторный ток Iв.п.(x’, p) на любом участке проводника неэкранированной витой пары получен аналогично выражениям (8) – (10).Остальные математические модели расчета уровней импульсных и периодических токов и напряжений на экранах и внутренних проводниках электрических жгутов для случаев воздействия: распределенных импульсных и периодических электрического и магнитного полей; локализованных импульсных и периодических электрического и магнитногополей, – на экраны и внутренние проводники экранированных электрических жгутов приведены в диссертационной работе.В пятой главе проведено сравнение экспериментальных и расчетных частотных характеристик сопротивлений связи и эффективности экранирования экранов электрическихжгутов, а также – моделирование воздействия кондуктивных ЭМП, наведенных в электрических жгутах внешними излучаемыми МЭМП, на приборы и устройства ЭТК ЛА.19Экспериментальные исследования сопротивления связи и эффективности экранирования электрического жгута с внешним металлическим плетеным экраном проведены с помощью установок, спроектированных по коаксиальной и триаксиальной схемам, с использованием высокочастотного токосъемника.

Схема триаксиальной установки представленана рисунке 9. Фотография установки для исследования сопротивления связи на основетриаксиальной схемы приведена на рисунке 10.1 – экран электрического жгута; 2 – внутренний проводник электрического жгута;3 – дополнительный внутренний экран; 4 – дополнительный внешний экран; 5 – высокочастотный токосъемник; 6 – измерительный коаксиальный кабель; Г – генератор;ИП – измерительный приемник; Rн – сопротивление нагрузки генератора;Rc – согласующее сопротивлениеРисунок 9 – Схема триаксиальной установкиРисунок 10 – Фотография триаксиальной установкиПри проведении экспериментальных исследований сопротивление связи(поверх-ностное переходное сопротивление) экранированного электрического жгута определяетсяв соответствии с ОСТ 1 01205-2012 выражением:Uвп Uвп ∙ R н(11)=, Ом/м,Iэ ∙ UГ ∙ – напряжение между внутренним проводником и экраном электрического жгута,Zсв =где UвпдБ мкВ; Iэ – ток, протекающий по экрану электрического жгута, дБ мкА; Uг – напряжениена выходе генератора, дБ мкВ; Rн – сопротивление нагрузки, Ом; l – длина экранирован-20ного электрического жгута, м.Для более точного определения сопротивления связи необходимо с помощью высокочастотного токосъемника (5 на рисунке 9) измерять ток, протекающий по экрану, или использовать выражение вида:Uвп∙ √(н + э )2 + (э )2 , Ом/м,UГ ∙ где rэ –активное сопротивление экрана; Lэ – индуктивность экрана; ω= 2πf.Zсв =(12)На рисунке 11 приведены частотные характеристики сопротивления связи, построенные в компьютерной среде MATLAB, для электрического жгута длиной 1 м с экраноммарки ПМу-Л 6,5 (Rэ ≈ 0,05 Ом; Lэ ≈ 1 мкГн) с параметрами: Rн = 50 Ом; Nж = 36 – количество прядей; Nп = 14 – количество нитей в пряди; d = 50·10-6 м – толщина нити;r0 = 2,5·10-3 м – радиус экрана; α = 25° – угол плетения; σэ.

= 51,55 МСм/м – удельная проводимость материала, из которого изготовлен экран, – построенные с использованием математических моделей сопротивления связи, рассмотренных в главе 3, совместно с диаграммами сопротивления связи, полученными на основе экспериментальных измерений втриаксиальной установке. Частотные характеристики сопротивления связи (кривые 5, 6)рассчитаны на основе экспериментальных данных по выражениям (11) и (12) соответственно.ОммZсв(f),f Ом/м,Zсв340.1650.0112110f, МГц1001, 2, 3, 4 – характеристики, построенные с использованием математических моделейсопротивления связи, рассмотренных в главе 3Рисунок 11 – Частотные характеристики сопротивления связиИз анализа приведенных частотных характеристик следует, что частотные характеристикисопротивления связи различаются в зависимости от выбора математической модели, приведенной в главе 3.

Кривые 1, 2, 3, 4 имеют незначительные отличия ~5...7 мОм/м в частотной обла-21сти до 3 МГц. При этом кривые 1 и 2 имеют максимальное отличие ~2...3 мОм/м в частотномдиапазоне от 3 до 100 МГц. Максимальное отличие между кривыми 3 и 4 составляет~150 мОм/м. Частотные характеристики сопротивления связи, полученные по выражениям(11) и (12) на основе экспериментальных данных (кривые 5, 6) существенно отличаются от характеристик, построенных на основе математических моделей.

Возрастание частотной характеристики сопротивления связи (кривая 6) обусловлено уменьшением тока на экране с ростомчастоты.Экспериментальные исследования показали, что при оценке помехозащищённости электрических жгутов ЭТК ЛА для более точного определения сопротивления связи и эффективности экранирования на частотах более 3 МГц необходимо учитывать индуктивное сопротивление экрана. Сравнение частотных характеристик математических моделей сопротивления связи(кривые 1-4) и экспериментальных частотных характеристик сопротивления связи (кривые 5-6)позволяет выбрать модель сопротивления связи для расчета наведенных токов и напряжений наэкранах и внутренних проводниках электрических жгутов ЭТК ЛА.Для моделирования воздействия ЭМП, наведенных в электрических жгутах внешнимиМЭМП, на приборы и устройства ЭТК ЛА рассмотрен случай воздействия на микропроцессор, управляющий модулем усилителя тока двигателя (УТД) системы рулевого привода (СРП) ЛА, наведенных кондуктивных ЭМП, превышающих уровень восприимчивостимикропроцессора.

Превышение уровня восприимчивости микропроцессора может привести к изменению закона управления затворами транзисторов и к искажению токов в фазных обмотках трехфазного исполнительного синхронного двигателя с постоянными магнитами и возможному ухудшению его качества функционирования. Структурная схемавоздействия ЭМП на блок управления СРП приведена на рисунке 12.ЭМПУсилительтокадвигателяМикропроцессорДвигательСРПРисунок 12 – Структурная схема воздействия ЭМП на СРП ЛАВ качестве рабочего инструмента для моделирования воздействия ЭМП на модульУТД, выбрана программа OrCad 9.2.

Схема замещения УТД в компьютерной среде OrCad9.2 приведена на рисунке 13.Временные диаграммы фазных токов в обмотке двигателя при различных ЭМП в видеизмененных законов управления затворами транзисторов приведены на рисунках 14, 15.22Z1Z3Z5D1V1 = 0VTD = 0msV2 = 15VTR = 0.01msTF = 0.01msPW = 1.25msPER = 2.5msV1D3V1 = 0VTD = 0.833msV2 = 15VTR = 0.01msTF = 0.01msPW = 1.25msPER = 2.5msIRGPC40FV3D5V1 = 0VTD = 1.667msV2 = 15VTR = 0.01msTF = 0.01msPW = 1.25msPER = 2.5msIRGPC40FV5 IRGPC40FRaC33000uV0.0008k12.10mHRb200VdcLb2Z2Z4D2Z60.0008kD4D6V1 = 0VTD = 1.25msV2 = 15VTR = 0.01msTF = 0.01msPW = 1.25msPER = 2.5msLa2V1 = 0VTD = 2.083msV2 = 15VTR = 0.01msTF = 0.01msPW = 1.25msPER = 2.5msV2 IRGPC40FV4IRGPC40FV1 = 0VTD = 0.417msV2 = 15VTR = 0.01msTF = 0.01msPW = 1.25msPER = 2.5ms12.10mHRcLc20.0008k12.10mHV6 IRGPC40F0Рисунок 13 – Схема замещения УТДРисунок 14 – Временная диаграмма фазного тока в обмотке ILa для режима работы двигателя при воздействии ЭМП в виде изменения закона управления затворами шести транзисторов (VT1-VT6) длительностью 1,5 мс напряжением 15 В в момент времени 6,5 мсРисунок 15 – Временная диаграмма фазного тока в обмотке ILa для режима работы двигателя при воздействии ЭМП в виде ошибок последовательности импульсов на двух затворах транзисторов (VT1,VT3) в момент времени 7,25 мс23На основе результатов моделирования можно заключить, что воздействие кондуктивных ЭМП на микропроцессор, управляющий затворами транзисторов модуля УТД, приводит к искажению токов в фазных обмотках исполнительного синхронного двигателя с постоянными магнитами и ухудшению качества функционирования СРП в целом, что можетотрицательно повлиять на динамику полета ЛА.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ1.Разработаны математическая модель и методика расчета спектральных характери-стик и энергий импульсных излучаемых МЭМП, проникающих через апертуры во внутреннее пространство конструкции ЛА, корпусов приборов и устройств ЭТК ЛА.2.Разработаны математические модели и методика расчета воздействия периодиче-ских и импульсных излучаемых МЭМП на экраны электрических жгутов ЭТК ЛА.3.Разработаны математические модели и методика расчета наведенных излучаемымиМЭМП кондуктивных ЭМП на внутренних проводниках экранированных электрическихжгутов ЭТК ЛА.4.Проведено сравнение экспериментальных и расчетных частотных характеристикпомехозащищенности электрических жгутов ЭТК ЛА.5.Проведено моделирование воздействия кондуктивных ЭМП, наведенных на внут-ренних проводниках экранированных электрических жгутов излучаемыми МЭМП, наустройство ЭТК ЛА.6.Разработано программное обеспечение, позволяющее рассчитывать проникновениеимпульсных МЭМП через апертуры во внутреннее пространство конструкции ЛА, корпусов приборов и устройств ЭТК ЛА.7.Создан стенд, позволяющий измерять эффективность экранирования и сопротивле-ние связи экранов электрических жгутов с учетом полного сопротивления экранов.