Пояснительная записка Альтернативная методика испытаний бортовых систем вертолета Ка-226, выполняющих критические функции, на соответствие требованиям кт­160D по восприимчивости к воздействию электромагнитных полей высокой интенсивности




Скачать 103.97 Kb.
Дата26.07.2016
Размер103.97 Kb.

Пояснительная записка

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




Пояснительная записка
Альтернативная методика испытаний бортовых систем вертолета Ка-226,

выполняющих критические функции, на соответствие требованиям КТ­160D по

восприимчивости к воздействию электромагнитных полей высокой интенсивности
Аннотация: разработан и применён на практике альтернативный расчетно-экспериментальный метод, адаптированный к условиям лаборатории электромагнитной совместимости НИИАО, позволяющий решить задачу оценки соответствия бортового оборудования требованиям КТ­160D раздел 20 в части восприимчивости бортового оборудования к воздействию электромагнитных полей высокой интенсивности (с импульсной модуляцией сигнала) без значительных энергоёмких и финансовых затрат.
1. Общие сведения

    1. Квалификационные Требования КТ-160D, раздел 20

Авиационный Регистр МАК своим решением от 01.10.2005 года ввел в действие Квалификационные Требования КТ-160D, где в разделе 20 изложены нормы по восприимчивости бортового оборудования (далее - БО) к помехам проводимости и полям излучения с непрерывной (CW/SW) и импульсной (РМ) модуляциями.

Согласно КТ-160D компоненты БО, обеспечивающие осуществление критических функций (далее - КФ), должны быть сконструированы так, чтобы обеспечить безотказную работу БО при воздействии электромагнитных полей высокой интенсивности (далее – ЭМПВИ). КФ, в свою очередь, определяется как функция, отказ которой может способствовать или быть причиной отказа, приводящего к невозможности продолжения безопасного полета и посадки воздушного судна.

По требованиям КТ-160D, БО вертолётов должно сохранять выполнение КФ при воздействии на БО импульсных полей излучения в диапазоне частот от 400 МГц до 18 ГГц с напряженностью поля, заданной в таблице 1 (см. колонки, обозначенные PM).
Таблица 1


Количественной мерой восприимчивости БО, выполняющего КФ, к воздействию ЭМПВИ является максимальная напряженность электрической составляющей поля, при которой сохраняется выполнение КФ, - порог восприимчивости.

Согласно КТ-160D, проверка соответствия БО самолетов/вертолётов по восприимчивости к полям излучения должна проходить в лабораторных условиях по одной из трех методик, приведенных в разделах 20.5; 20.6 или 20.7. Методики предусматривают три вида испытаний БО в импульсных полях излучения:

- путем облучения БО в безэховом экранированном помещении с помощью антенн (метод 20.5);

- путем облучения БО в реверберационной камере (метод 20.6);

- путем облучения БО в реверберационной камере без экранирующего корпуса (метод 20.7).


    1. Объект испытаний и цель испытаний

Испытаниям было подвергнуто БО вертолета Ка-226Т, разработанное и изготовленное для предприятия ОАО «Камов», которому были предъявлены требования в части восприимчивости к воздействию импульсных ЭМПВИ согласно КТ­160D раздел 20 (подраздел 20.5) категория L.

Перечень БО, представленного на испытания в лабораторию электромагнитной совместимости НИИАО:

- датчик определения углового пространственного положения МГВ-4В;

- авиагоризонт резервный АГБ-98Р-С;

- система электронной индикации СЭИ-226-1.
2. Постановка Задачи

2.1 Энергетический потенциал стендовой установки ИЛ ЭМС

Из таблицы 1 видно, что для категории жесткости L, испытания БО в ЭМПВИ нужно проводить при напряженности до 7200 В/м.

В настоящее время, испытательная установка лаборатории электромагнитной совместимости НИИАО (далее – ИЛ ЭМС) может обеспечить следующую напряженность ЭМПВИ с импульсной модуляцией:

- 300 В/м - на частотах от 400 до 4000 МГц;

- 200 В/м - на частотах от 4 до 18 ГГц.

2.2 Технические и финансовые возможности увеличения энергетического потенциала стендовой установки ИЛ ЭМС

Известно, что для увеличения напряженности излучаемого поля в (n) раз, мощность источника сигнала нужно увеличить в (n)2 раз; следовательно, для увеличения напряженности поля от 100 до 3000 В/м (в 30 раз) мощность источника сигнала нужно увеличить в 900 раз.

Среди известных излучателей, максимальную напряженность поля при фиксированной мощности создает реверберационная камера; несимметричная реверберационная камера ИЛ ЭМС типа РТЕМ-900 позволяет обеспечить напряженность поля в 100 В/м на частотах от 1 до 18 ГГц при мощности источника сигнала не менее 1-2 Вт, но для получения напряженности импульсного поля в 3000 В/м понадобится источник сигнала с мощностью порядка 1,0 кВт. Кроме того, для перекрытия диапазона частот от 400 МГц до 18 ГГц понадобится не менее 3­х широкополосных усилителей с мощностью в 1 кВт; каждый такой усилитель стоит порядка 300 тыс. долларов США, то есть затраты на приобретение усилителей мощности составят около 1 млн. долларов; ИЛ ЭМС не имеет денежных средств для покупки таких усилителей, и кроме того, необходимо учитывать затраты на обеспечение безопасности персонала при работе с подобного рода излучениями.
3. Решение

3.1 Альтернативный расчётно-экспериментальный метод испытаний

Поскольку прямые методы проведения испытаний БО в импульсных ЭМПВИ с напряженностью 7200 В/м для ИЛ ЭМС недоступны, рассмотрена возможность определения порога восприимчивости косвенными, расчетно-экспериментальными методами испытаний.

Помимо метода, основанного на облучении электронных схем испытуемого БО в реверберационной камере со снятым экранирующим корпусом (указан в КТ-160D подраздел 20.7), разработан альтернативный расчетно-экспериментальный метод, адаптированный к условиям ИЛ ЭМС, основанный на анализе порогов восприимчивости БО в непрерывных полях излучения и определении разности с порогами восприимчивости БО к импульсным полям излучения.


Данный метод позволяет исключить трудоемкий процесс измерения эффективности экранирования корпусов.

Задачу подтверждения соответствия БО требованиям по восприимчивости к воздействию импульсных полей излучения предлагается решить следующим путем:



  1. известными методами, изложенными в КТ-160D разделы 20.5; 20.6 или 20.7, измеряют пороги восприимчивости системы ЕCW/SW (f) к непрерывным сигналам в диапазоне частот от 100 МГц до 18 ГГц и определяют 3 - 5 контрольных частот с максимальной восприимчивостью ЕCW/SWмакс ;

  2. на этих частотах измеряют восприимчивость системы к импульсным сигналам ЕPMмакс и рассчитывают разность ∆Е с непрерывными сигналами, определяя её минимальное значение ∆Емин :

Е = ЕPMмакс ЕCW/SWмакс (1)


  1. пороги восприимчивости системы к импульсным сигналам во всем контролируемом диапазоне частот рассчитывают путем прибавления минимальной разности восприимчивостей системы к ранее определенным порогам восприимчивости для непрерывных сигналов:

ЕPM (f) = ЕCW/SW (f) + ∆Емин (2)

Учитывая, что частоты максимальной восприимчивости современных БО к полям излучения, как правило, находятся в диапазоне от 400 до 1000 МГц, (что следует из характеристик используемых печатных плат: быстродействие микросхем, амплитудно-частотные характеристики транзисторов) разность восприимчивостей ∆Е бывает достаточно измерить лишь на этих частотах. Соответственно, мощный импульсный источник сигнала достаточно иметь лишь для этого частотного диапазона.

Предложенный метод испытаний базируется на принципе независимости разности восприимчивости электронной системы к непрерывным и импульсным сигналам излучения от их несущей частоты.

Величина ∆Емин постоянна, и эта разность объективна, она обусловлена различием в форме воздействующих сигналов, особенностью электронных схем, информационной избыточностью системы и не зависит от частоты несущей испытательного сигнала.

Формула (1) позволяет сделать следующий вывод: если испытываемая система соответствует нормам на восприимчивость к воздействию поля излучения с непрерывной модуляцией (CW/SW), то при минимальной разности восприимчивостей ∆Емин[дБ] большей, чем разность требований ∆[дБ] к системе (∆Емин > ∆), она соответствует и нормам на воздействие импульсных излучений (РМ).

Примечание - если взять из таблицы 1 любую категорию от Н до L, то для них разность [дБ] составит от 11 до 26 дБ в зависимости от поддиапазона.

Следовательно, ряд образцов БО можно не испытывать на воздействие импульсных полей излучения. Для принятия такого решения нужно измерить пороги восприимчивости системы к полю излучения с непрерывной модуляцией. Далее, на 3 - 5 частотах максимальной восприимчивости, нужно измерить пороги системы к полю излучения с импульсной модуляцией. Затем рассчитываем ∆Емин и сравниваем ее с разностью требований (∆) из таблицы 20.5 КТ-160D. Если ∆Емин > ∆, то условия решения выполняются.
4. Результаты испытаний

4.1 Авиагоризонт резервный АГБ-98Р-С

При воздействии помех излучения с непрерывной модуляцией и с напряженностью поля, заданной в КТ-160D подраздел 20.5 для категория L - нарушений работоспособности АГБ-98Р-С не обнаружено.

Поэтому с электронного блока АГБ-98Р-С сняли экранирующий корпус и экспериментально определили, что максимальная восприимчивость к полю излучения с непрерывной модуляцией зафиксирована на частоте 485 МГц, где порог восприимчивости составил ЕCW/SWмакс = 20 В/м. Затем, на этой частоте облучали электронный блок АГБ-98Р-С (без кожуха) полем с импульсной модуляцией, плавно увеличивая напряженность от 20 В/м. Уровень в 380 В/м был максимальным для данной частоты, который позволяла создать испытательная установка. При такой напряженности импульсного поля излучения ухудшения работоспособности АГБ-98Р-С не обнаружено. Следовательно, реальный порог восприимчивости данной системы к импульсным полям излучения составляет более ЕPMмакс > 380 В/м.

Отношение достигнутой ЕPMмакс к порогу ЕCW/SWмакс составляет 380/20 = 19 (или 23 дБ). С учётом эффективности экранирования фюзеляжа Ка-226 от 5 до 10 дБ, реальная разность порогов восприимчивости для АГБ-98Р-С должна быть больше измеренной и превысить требуемую максимальную разность = 26 дБ.

Таким образом, в итоговом протоколе зафиксировано, что полученные результаты подтверждают соответствие АГБ-98Р-С требованиям КТ-160D раздел 20 пункт 20.5 категория L по восприимчивости к помехам излучения с импульсной модуляцией.

4.2 Датчик определения углового пространственного положения МГВ-4В

При воздействии помех излучения с непрерывной модуляцией и с напряженностью поля, заданной в КТ-160D подраздел 20.5 для категория L - нарушений работоспособности МГВ-4В не обнаружено.

Поэтому с электронного блока МГВ-4В сняли экранирующий корпус и экспериментально определили, что максимальная восприимчивость к полю излучения с непрерывной модуляцией зафиксирована на частоте 630 МГц, где порог восприимчивости составил ЕCW/SWмакс = 18 В/м. Затем, на этой частоте облучали электронный блок МГВ-4В (без кожуха) полем с импульсной модуляцией, плавно увеличивая напряженность от 18 В/м. Уровень в 380 В/м был максимальным для данной частоты, который позволяла создать испытательная установка. При такой напряженности импульсного поля излучения ухудшения работоспособности АГБ-98Р-С не обнаружено. Следовательно, реальный порог восприимчивости данной системы к импульсным полям излучения составляет более ЕPMмакс > 380 В/м.

Отношение достигнутой ЕPMмакс к порогу ЕCW/SWмакс составляет 380/20 = 21 (или 26 дБ). С учётом эффективности экранирования фюзеляжа Ка-226 от 5 до 10 дБ, реальная разность порогов восприимчивости для МГВ-4В должна быть больше измеренной и превысить требуемую максимальную разность = 26 дБ.

Таким образом, в итоговом протоколе зафиксировано, что полученные результаты подтверждают соответствие МГВ-4В требованиям КТ-160D раздел 20 пункт 20.5 категория L по восприимчивости к помехам излучения с импульсной модуляцией.

4.3 Система электронной индикации СЭИ-226-1

При воздействии помех излучения с непрерывной модуляцией и с напряженностью поля, заданной в КТ-160D подраздел 20.5 для категория L обнаружена область повышенной восприимчивости СЭИ-226-1 к воздействию поля излучения в диапазоне частот от 112 до 494 МГц. Минимальный порог восприимчивости обнаружен в полосе частот 160-188 МГц и составил 25 В/м при норме 200 В/м.

Далее облучали СЭИ­226-1 (экранирующий кожух не снимали) полем с импульсной модуляцией на зафиксированных частотах:


  1. на частоте 189 МГц порог восприимчивости СЭИ-226-1 к полю излучения с непрерывной модуляцией составил ЕCW/SWмакс = 25 В/м. При облучении СЭИ-226-1 полем с импульсной модуляцией плавно увеличивали напряженность от 25 до 63 В/м, пока не был зафиксирован отказ. На данной частоте разность порогов восприимчивости для двух типов модуляции составила ∆Е = 8 дБ;

  2. на частоте 341 МГц порог восприимчивости СЭИ-226-1 к полю излучения с непрерывной модуляцией составил ЕCW/SWмакс = 50 В/м. При облучении СЭИ-226-1 полем с импульсной модуляцией плавно увеличивали напряженность от 50 до 150 В/м, пока не был зафиксирован отказ. На данной частоте разность порогов восприимчивости для двух типов модуляции составила ∆Е = 9 дБ;

3) рассчитаем порог восприимчивости СЭИ-226-1 к полям с импульсной модуляцией. Для этого увеличим полученные пороги восприимчивости к полям с амплитудной модуляцией ЕCW/SWмакс на величину разности порогов ∆Е = 8 - 9 дБ (2,5 - 3 раза) и получим значения порогов восприимчивости к полю излучения с импульсной модуляцией не менее:

  • на частотах от 400 до 500 МГц - ЕPMмакс = 350 В/м;

  • на частотах от 500 до 700 МГц - ЕPMмакс = 600 × (2,5 - 3) = 1500 - 1800 В/м;

  • на частотах от 700 до 1000 МГц - ЕPMмакс = 720 × (2,5 - 3) = 1800 - 2160 В/м;

  • на частотах от 1000 до 18000 МГц - ЕPMмакс = 1050 × (2,5 - 3) = 2625 - 3150 В/м.

Таким образом, в итоговом протоколе зафиксировано, что:

а) СЭИ-226-1 соответствует требованиям КТ-160D раздел 20 пункт 20.5 категория L по восприимчивости к помехам излучения с импульсной модуляцией в диапазонах частот от 500 до 1000 МГц; от 6 до 8 ГГц и от 12 до 18 ГГц.

б) порог восприимчивости СЭИ-226-1 к полю излучения с импульсной модуляцией на частотах от 400 до 500 МГц равен не менее 350 В/м; на частотах 1 - 6 ГГц и 8 - 12 ГГц он равен не менее 2625 В/м.

в) для уточнения верхней грани порога восприимчивости СЭИ-226-1 к импульсным полям необходимо выполнить облучение его электронных схем при снятом экранирующем корпусе (как это предусмотрено в КТ-160D раздел 20.7).


5. Заключение

Испытания согласно представленной альтернативной методике были выполнены в первые. Данная методика позволила во многом решить задачи по сертификации вертолёта Ка-226, в условиях отсутствия в России необходимой для подобного рода испытаний стендовой базы, а также в условиях постоянно ухудшающейся электромагнитной обстановки на борту летательных аппаратов:

- за счёт всё большего применения композиционных материалов в производстве конструкции летательных аппаратов (что снижает общую эффективность экранирования по сравнению с цельнометаллическими фюзеляжами),

- за счёт увеличения быстродействия цифровых электронных схем (то есть расширения частотного спектра и, соответственно, потенциальной области восприимчивости данных схем к внешнему воздействию),

- за счёт увеличения числа бортовых радиопередатчиков и их мощности.

Ведущий инженер ИЛ ЭМС АО «НИИАО» А.И. Газетов




------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ ИЛ ЭМС НИИАО (файл: ) стр.


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница