авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

«1 ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № 1 ПОЗДРАВЛЯЕМ ЮБИЛЯРОВ! ...»

-- [ Страница 4 ] --

82 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- Рис. 3. Сравнение токов, протекающих через поперечное сечение цилиндра 2. При испытаниях образцов ВВТ на безопасность использования, когда оценке под лежат токи, наведенные в мостиках накаливания электрических средств инициирования (ЭСИ), а технические возможности имитаторов не позволяют воспроизвести в требуемом объеме заданные параметры поля, предлагается облучение объекта испытаний производить электромагнитным полем меньшей амплитуды с последующим пересчетом на заданные уровни воздействия. Осуществление этого метода возможно в силу линейной зависимости электрического тока в нити накаливания ЭСИ от амплитуды воздействующего поля. Однако его реализация, учитывая пониженные параметры воздействия и ослабление поля металличе скими корпусами образцов ВВТ, требует применения высокочувствительных (от 0,1 мА) из мерительных систем наведенных токов. При этом для получения точных результатов в широ ком диапазоне частот воздействующего поля необходимо обеспечивать электрическую экви валентность датчиков тока штатным ЭСИ. Для этого габаритные размеры чувствительного элемента должны позволять его размещение в ограниченных объемах корпусов ЭСИ.

Для обеспечения испытаний образцов ВВТ на безопасность использования в условиях воздействия электромагнитных полей радиотехнических средств разработана многоканальная оптоэлектронная измерительная система (ОИС) наведенных токов. Возможности ОИС позво ляют проводить испытания крупногабаритных образцов вооружения с большим количеством электрических средств инициирования. Измерительная система (рис. 4) аттестована и внесена в специальный раздел Государственного реестра средств измерений.

3. Результаты анализа многочисленных экспериментальных данных свидетельствуют о том, что основной вклад в воздействие электромагнитного поля на внутренние цепи объек тов испытаний вносят рецепторы электромагнитной энергии, такие как антенно-фидерные устройства, наружные участки различных цепей, отверстия, щели, люки, радиопрозрачные участки поверхности и т.п. Возникает вопрос, насколько важно облучать весь объект, и мож но ли облучать только фрагмент объекта с рецепторами электромагнитной энергии (неодно родностями, чувствительными элементами и т.п.), реализуя локальное облучение объекта.

Вопрос применимости метода локального облучения особенно актуален для крупногабарит ных образцов вооружения, для которых трудно обеспечить одновременное нагружение всего объекта.

Расчетные исследования, проведенные при локальном облучении модельных цилинд рических объектов гармоническими ЭМП в диапазоне частот 1,5 до 30 МГц, показали, что при таком способе воздействия распределение токов по корпусу цилиндра, отличается от распределения токов при полном облучении (рис.

5). Выявленные отличия распределения по верхностных токов при полном и локальном облучении приводят соответственно к отличаю ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № щимся распределениям токов вдоль внутреннего проводника (рис. 6). Наибольшие отличия в распределении токов по поверхности цилиндра и в распределении тока по внутреннему про воднику, наблюдаемые как в диапазоне частот от 1,5 до 15 МГц, снижаются с ростом часто ты. Таким образом, результаты проведенных исследований показывают, что метод локально го облучения электрических неоднородностей корпусов крупногабаритных объектов испыта ний гармоническими ЭМП может применяться, начиная с частот ~ 15 МГц. Однако перед проведением испытаний, особенно в нижней части частотного диапазона, требуется проведе ние предварительных расчетных и экспериментальных исследований для задания и обоснова ния параметров воздействующего поля при локальном облучении.

Рис. 4. Внешний вид измерительной системы наведенных токов 4. В ряде случаев при проведении испытаний крупногабаритных образцов ВВТ с про тяженными линиями управления и связи предлагается использовать косвенный и комбиниро ванный методы испытаний. Суть косвенного метода заключается в воспроизведении не самих ЭМП, а результата его действия в виде наведенных токов и напряжений, параметры которых определяются расчетными, расчетно-экспериментальными или экспериментальными метода ми. При этом токи (напряжения) прикладываются либо к входам (выходам) аппаратуры, под ключенной к антеннам или кабелям, либо пропускаются по корпусу объекта испытаний (или металлоконструкциям корпуса). Комбинированный метод испытаний является сочетанием прямого и косвенного методов испытаний.

При пропускании тока по корпусу объекта испытаний обеспечение требуемого рас пределения тока по поверхности объекта может быть достигнуто за счет специально разрабо танной коаксиальной системы, в которой в качестве прямого (центрального) токопровода ис пользуется корпус объекта испытаний, а в качестве обратного — система, состоящая из не скольких десятков радиально размещенных вокруг корпуса изделия проводов (рис. 7). Рас стояния между корпусом и обратным токопроводом выбираются из условия обеспечения со гласования выходного сопротивления генератора сигнала, волнового сопротивления системы и сопротивления нагрузки. Количество проводов выбирается с учетом компромисса между минимизацией потерь на излучение и практичностью конструкции.

Результаты расчетных исследований применимости косвенного метода показывают, что при пропускании тока по корпусу модельного объекта характер распределения токов, протекающих по его поверхности (рис. 8), отличается от распределения токов, протекающих по аналогичному цилиндру, находящемуся в свободном пространстве (рис. 9). Наблюдаются отличия и в распределении тока, наведенного во внутреннем проводнике. Отличия амплитуд наведенных во внутренней цепи цилиндра токов при полевом воздействии и при пропускании тока по его корпусу зависят от размеров электрической неоднородности и уменьшаются с ростом частоты. В случае увеличения размеров электрической неоднородности совпадение 84 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- амплитуд наведенного тока при полевом воздействии и при пропускании тока по поверхности цилиндра, начинается с более низких частот (рис. 10).

Рис. 5. Распределение токов по корпусу цилиндра Таким образом, проведенные исследования показали принципиальную возможность использования косвенного метода при испытаниях образцов ВВТ на действие гармонических ЭМП. Однако для выбора и обоснования параметров испытательных воздействий необходи мо проведение предварительных оценок.

Для реализации рассмотренных методов испытаний образцов ВВТ на действие гармо нических ЭМП на экспериментально-испытательной базе созданы установки-имитаторы, технические характеристики которых приведены в табл. 1.

Направлениями дальнейшего совершенствования и развития комплекса установок имитаторов, предназначенных для проведения испытаний образцов ВВТ на действие гармо нических ЭМП, является расширение частотного диапазона испытательных воздействий и повышение мощности используемых генераторов.

ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № Рис. 6. Распределение тока вдоль внутреннего проводника Рис. 7. Модель для исследования метода пропускания токов 86 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- Рис. 8. Распределение тока вдоль корпуса цилиндра при реализации метода пропускания токов (при выходном сигнале генератора 1 В) Рис. 9. Распределение тока вдоль корпуса цилиндра при облучении в свободном пространстве (Е=1 В/м) ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № Рис. 10. Частотные зависимости значений наведенного тока во внутренней цепи цилиндра 88 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- Таблица Технические характеристики установок-имитаторов гармонических ЭМП Наименование Тип полеобразующей системы и размеры Характеристики воспроизводимого имитатора испытательного объема ЭМП Воздушная полосковая линия. f = 1,5-30 МГц.

ИРЧЭМП-КВ 840,5 м Е = 1-1500 В/м.

Воздушная полосковая линия. f = 30-60 МГц.

ИРЧЭМП-УКВ 842 м Е = 1-500 В/м.

Логопериодическая антенна f = 30-1000 МГц.

ИРЧЭМП-УКВ Площадь облучения 33 м при удалении на Е = 1-100 В/м.

3 м от антенны Рупорная антенна.

f = 8,9-9,1 ГГц.

ГГС-3 Площадь облучения 11 м при удалении на ППЭ = 650 Вт/м2.

1 м от среза рупора Рупорная антенна.

f = 3 ГГц.

ГГС-10 Площадь облучения 11 м при удалении на ППЭ = 5000 Вт/м2.

1 м от среза рупора Несимметричный ТЕМ-рупор.

f = 902-928 МГц.

ГГС-35 Площадь облучения 11 м при удалении на ППЭ = 1000 Вт/м2.

1 м от среза рупора Список литературы 1. Крохалев Д. И. Методы расчета импульсных электромагнитных процессов // Методиче ское пособие. – М.: МИЭМ, 2007. - 52 с.

2. Балюк Н.В., Дубровин Е. А., Крохалев Д. И., Матюхевич С. Н., Сидорюк П. А. Расчет то ков, наведенных гармоническим электромагнитным полем на проводящий объект произ вольной формы, методом моментов // Сборник докладов 9 российской научно технической конференции ЭМС-2006 «Электромагнитная совместимость технических средств и электромагнитная безопасность». – С.-Пб.: ЛЭТИ, 2006. – С. 320-323 с.

3. Варюхин Е. Г., Крохалев Д. И., Матюхевич С. Н., Сидорюк П. А. Методы воспроизведе ния действия мощных гармонических электромагнитных полей на объекты испытаний // Сборник докладов 9 российской научно-технической конференции ЭМС-2006 «Электро магнитная совместимость технических средств и электромагнитная безопасность». – С. Пб.: ЛЭТИ, 2006. – С. 414-419 с.

ФГУ «12 ЦНИИ Минобороны России».

Статья поступила 10.01.2010.

Akinshin I.V., Bzyta V.I., Varyukhin E.G., Dubrovin E.A., Krokhalev D.I., Matyukhevich S.N.

Test Methods and Facilities for Testing Arms and Military Equipment on Action of Electro magnetic Fields Generated by Radio Transmitters and Radars Methods for testing arms and military equipment on action of harmonic electromagnetic fields created by radio transmitters and radars are considered, the possibilities of realization of various methods are analyzed. Technical characteristics of test facilities for estimation of arms and military equipment resistance (stability) and operation safety under harmonic electromagnetic fields are pre sented.

test facilities, resistance, operation safety, direct test method, irradiation at lowered level, loca tion irradiation 12 CR&DI of the Ministry of Defense of Russia.

ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № УДК 623.745.519-78.25.01. А.В. Анисимов, О.А. Стржелинский Зарубежный опыт решения проблемы молниестойкости авиационной техники На основе анализа статистических данных по воздействию молниевых разрядов на авиационную технику делается вывод о важ ности и актуальности проблемы обеспечения ее молниестойкости.

Показано, что важность этой проблемы в последнее время возрас тает в связи с началом активного использования в конструкции пла нера новых легких композиционных материалов и переходом на новую электронно-компонентную базу. Выделяются основные направления ее решения за рубежом и анализируется состояние дел по каждому направлению.По результатам анализа зарубежного опыта разрабо таны рекомендации по совершенствованию отечественной системы обеспечения молниестойкости авиационной техники.

молниестойкость, авиационная техника, прямой удар молнии, многокомпонентная модель, электроразрядные установки Молния представляет собой грозное природное явление, приносящее громадный ущерб экономике государств в целом. Примерно 30 % выплат некоторых страховых компа ний западных стран направляется на компенсацию прямых и косвенных потерь, обусловлен ных грозовой активностью [1].

В связи с увеличением пассажировместимости современных самолетов и ростом авиаперевозок огромное внимание во всем мире в последнее время уделяется проблеме обес печения стойкости авиационной техники к воздействию молниевых разрядов. По статистике каждый самолет хотя бы один раз в год в той или иной степени подвергается указанному воз действию (рис. 1).

Рис. 1. Удар молнии в самолет, взлетающий с военно-воздушной базы Камацу на берегу Японского моря При этом может иметь место как прямой удар молнии в обшивку планера и внешнее оборудование, так и непрямое ее воздействие. В последнем случае протекающий по каналу молнии ток порождает электромагнитные поля, распространяющиеся на большие расстояния (сотни метров – километры). В результате в линиях бортовой кабельной сети и наружных ан 90 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- теннах наводятся напряжения и токи, попадающие на входы радиоэлектронной аппаратуры самолета. Около 90 % случаев воздействия молниевых разрядов происходит при прохожде нии грозовых фронтов, характеризующихся наличием электромагнитных полей большой на пряженности (50-100 кВ/м), когда сам самолет провоцирует молниевый разряд, внося суще ственную электрическую неоднородность в поле. И только 10 % случаев воздействия связы вается с попаданием самолета в зону уже имеющегося молниевого разряда.

Следует заметить, что ведущие авиакомпании и производители авиационной техники далеко не всегда информируют общественность о причинах аварий самолетов вследствие действия молнии. По данным Лаборатории изучения динамики полета ВВС США (Major P.B.

Corn, Air Force Flight Dynamics Lab) более половины происшествий по погодным условиям с самолетами военного назначения происходит из-за воздействия молнии. За период 1988- гг. ВВС США затратило более 1577 млн. долл. на возмещение только прямых убытков вслед ствие поражения самолетов молнией (US Air Force Safety Center, Albuquerque NM). Ежегодно молния обходится приблизительно в 2 млн. долл. в виде расходов на работу авиалиний и пас сажирских издержек [2].

Важность проблемы обеспечения молниестойкости самолетов в последнее время воз растает в связи с началом активного использования в конструкции планера новых легких композиционных материалов и переходом на новую электронно-компонентную базу.

Поражающее действие молнии характеризуется следующими основными эффектами:

· термическими – обусловлены нагревом проводников с током;

· механическими – возникновение в объектах конструкции электродинамических разру шающих усилий;

· электромагнитными – формирование на проводниках (трубопроводах и кабелях), распо ложенных за пределами канала молниевого разряда, наведенных токов и напряжений большой амплитуды (до сотен ампер и десятков киловольт).

Основные требования стойкости самолетов и бортовой радиоэлектронной аппаратуры к действию прямого и близкого удара молнии изложены в ведомственных, государственных, национальных и международных нормативно-технических документах [3-19].

За рубежом проблема обеспечения молниестойкости авиационной техники решается по следующим основным направлениям:

· обоснование требований стойкости бортовой аппаратуры и конструкции планера к дейст вию молниевых разрядов (параметров типовых испытательных воздействий для проверки соответствия технических решений предъявляемым требованиям);

· разработка и совершенствование методов испытаний авиационной техники и аппаратуры на действие молниевых разрядов, наведенных токов и напряжений;

· разработка защитных устройств радиоэлектронной аппаратуры;

· разработка, создание и модернизация испытательных установок и оборудования.

Для обеспечения контроля выполнения требований молниестойкости на различных этапах создания авиационной техники параметры типовых испытательных воздействий обос новываются как для самолета в целом, так и для его бортовой радиоэлектронной аппаратуры.

Исследования NASA по экспериментальному определению параметров воздействия молнии на истребитель F-106B показали, что максимальная амплитуда тока прямого удара молнии составила 54 кА, максимальное значение производной по току 3,81011 А/с, макси мальная плотность тока смещения 97 А/м2 [20]. Эти результаты существенно изменили суще ствовавшее представление о более «мягких» параметрах молниевых разрядов, например, [7], и вскоре нашли свое отражение в нормативно-технической документации.

Наиболее полно в настоящее время параметры испытательных воздействий, соответ ствующие прямому и близкому удару молнии представлены в стандарте Департамента обо роны США MIL-STD-464A «Воздействие электромагнитных факторов на системы вооруже ния и военной техники» [4]. Этот стандарт определяет требования по стойкости к воздейст вию электромагнитных факторов для образцов и систем воздушного, морского, космического и наземного базирования, включая их средства вооружения. Он применяется как к вновь раз ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № рабатываемым, так и к модернизируемым образцам вооружения и военной техники (ВВТ) и их системам.

Для оценки стойкости и безопасности образцов ВВТ в целом и их систем к прямому удару молнии стандартом MIL-STD-464A установлена четырехкомпонентная форма импуль са тока, изображенная на рис. 2.

Рис. 2. Форма импульса тока прямого удара молнии Рассматриваемый стандарт также устанавливает требования стойкости к прямому удару молнии и по напряжению;

при этом вводятся две формы импульса, обусловленные на личием и отсутствием высоковольтного пробоя/перекрытия (рис. 3).

Рис. 3. Формы импульсов напряжений при прямом ударе молнии Кроме того, в стандарте задаются требования стойкости к воздействию многократных молниевых разрядов, а также к воздействию серий множественных импульсов токов, возни кающих в элементах конструкции образцов ВВТ при прямом и близком ударе молнии. Воз никновение указанных высокочастотных составляющих тока молниевого разряда объясняется не только пульсациями на начальной фазе возникновения разряда (приближение лидера к ле тательному аппарату (ЛА) и возникновении токов смещения по корпусу), но и разницей вол новых сопротивлений канала молниевого разряда и ЛА, приводящей к отражению тока от концов последнего. Соответствующие амплитудно-временные формы испытательных им пульсов многократных ударов молнии и серий множественных импульсов приведены на рис.

4 и 5.

92 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- Рис. 4. Многократные удары молнии Рис. 5. Серии множественных импульсов молниевых разрядов В табл. 1 приведены основные параметры испытательных импульсов для воспроизве дения эффектов прямого удара молнии в образец ВВТ.

Таблица Параметры испытательных импульсов, воспроизводящих эффекты прямого действия молниевых разрядов на образцы ВВТ и их системы Время Макс.

Время Время Интеграл Затухание дости- Скорость до Скорость Компо- Максимальная до действия до уровня жения нараста уровня нарастания нент амплитуда тока уровня по току 50% макси- ния (кА) 10% 90% (А/с) тока (А2с) (мкс) мума t = 0+ (мкс) (мкс) (мкс) (A/с) 2,0106 1,01011 1, A 200 69 0,15 3.0 6,4 за 0,5 мкс B Среднее значение тока 2 кА за период 5 мс C Задается в виде прямоугольного импульса амплитудой 400 А за время 500 мс 0,25106 1,01011 1, D 100 34,5 0,08 1,5 3, за 0.25 мкс 6,25104 0,51011 0, D/2 50 34,5 0,08 1,5 3, за 0,25 мкс 2, H 10 - 4,0 0,0053 0,11 0, В Руководстве по применению рассматриваемого стандарта указано, что токи в экра нах кабелей бортовой кабельной сети (БКС) при воздействии молниевого разряда (МР) на самолет с цельнометаллическим корпусом составляют десятки ампер, а для самолета, имею ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № щего корпус из графито-эпоксидных материалов – могут достигать величины 10 кА. Защита от воздействия прямого удара молнии для цельнометаллического самолета обычно заключа ется в защите обтекателя, топливных систем и антенн.

Для близкого удара молнии типа «облако-земля» стандартом MIL-STD-464A задаются параметры сопутствующих электрического и магнитного полей: максимальное значение ам плитуды напряженности электрического поля составляет 3106 В/м;

скорость изменения маг нитного поля (расстояние 10 м) - 2,2109 A/м/с;

скорость изменения электрического поля (расстояние 10 м) - 6,81011 В/м/с. Эти параметры полей рекомендуются Руководством по применению стандарта для испытаний средств электрического инициирования на электро магнитное действие молниевых разрядов.

Для бортового оборудования, размещенного внутри корпуса планера летательных ап паратов, наибольшую опасность представляют импульсные составляющие тока молнии. Ос новными каналами проникновения электромагнитной энергии внутрь корпуса летательного аппарата являются: диффузия электромагнитных полей непосредственно через обшивку, раз личного рода электрические неоднородности (люки, щели, остекление, элементы из компози ционных материалов и т.п.), фидеры наружных антенн, внешние проводники бортовой ка бельной сети. Наведенные токи и напряжения в линиях бортовой кабельной сети воздейству ют на радиоэлектронную аппаратуру. Следует отметить, что наличие высокочастотной со ставляющей может привести при определенных нагрузках на концах линий к резонансным явлениям, когда амплитуда импульсов напряжения в нагрузке многократно превышает ам плитуду наведенной в линии ЭДС [21]. Анализ осциллограмм наведенных импульсов напря жения, полученных при натурных испытаниях и при поражении молнией летательных аппа ратов в полете, показал, что они имеют сложную форму. Можно выделить три основных со ставляющих результирующего импульса: импульсы, близкие по форме к импульсу проте кающего по планеру тока и его производной, а также высокочастотный импульс (экспоненци альный радиоимпульс). Эти три формы импульсов, как правило, используются для задания требований молниестойкости к бортовой аппаратуре.

Основные требования стойкости аппаратуры образцов авиационной техники к дейст вию токов и напряжений, индуцируемых молниевыми разрядами в бортовой сети, приведены в документе Радиотехнической комиссии по аэронавтике (США) RTCA DO-160(D, E) «Усло вия окружающей среды и методики испытаний оборудования, размещаемого на борту образ цов авиационной техники» (Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment) [18]. Параметры испытательных воздействий, нормы и методы испытаний, приве денные в этом документе, рекомендуются к использованию и американским военным стан дартом MIL-STD-464A для испытаний бортовой аппаратуры летательных аппаратов на мол ниестойкость.

Документ RTCA DO-160 устанавливает две группы проверочных испытаний:

· испытания по определению диапазона воздействий, приводящих к возможному повреж дению оборудования - «damage tolerance test», проводимые с применением метода инжек ции испытательных воздействий непосредственно на входы аппаратуры – «pin injection test»;

· испытания по определению диапазона воздействий, приводящих к возможному наруше нию функционального состояния (сбоя) оборудования – «functional upset tolerance», про водимые с применением метода инжекции испытательных воздействий в пучок соедини тельных кабелей – «interconnecting cable bundle test». Испытательные воздействия на со единительные кабели воспроизводят однократный удар – «single stroke», многократный удар – «multiple stroke» и серии множественных импульсов – «multiple burst». В ходе ис пытаний делается не только заключение о соответствии характеристик аппаратуры предъявляемым требованиям, но и оценивается ее реакция (уровень чувствительности) на испытательные воздействия.

Британский военный стандарт Def Stan 59-41 унифицировал требования по стойкости бортовой аппаратуры летательных аппаратов к токам и напряжениям, наведенным электро 94 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- магнитным импульсом (ЭМИ) ядерного взрыва (ЯВ) и высокочастотной составляющей ЭМИ МР в линиях питания, управления и связи введением нормы и метода испытаний DCS «Нестационарные электрические переходные процессы при внешних воздействиях» [6] (см.

табл. 2).

Таблица Требования стойкости бортовой РЭА образцов авиационной техники к токам и напряжениям, наведенным ЭМИ ЯВ и ЭМИ МР, установленные стандартом МО Великобритании Def Stan 59- Тип используемого Ток (3), А Напряжение (4), В Параметр генератора Макс. амплитуда (1):

F (2) = 2-30 МГц 40 4000 1 А/М 20 (5) 2000 (5) F (2) = 30-50 МГц 1В Точность воспроизведения 10 % частоты Конструкция испытатель Коэффициент затухания в на- ных генераторов разраба (6) 6,8-32, грузке тывается в соответствии с RAE Technical Частота следования импульсов 15-30 имп/мин Memorandum FS(F) Уровень регулировки ампли 1: туды Примечания:

1. Амплитуда наибольшей полуволны импульса тока (напряжения) 2. Основная частота синусоидального затухающего импульса тока (напряжения) 3. Ток в нагрузке 100 Ом схемы калибровки 4. Напряжение холостого хода на выходе генератора 5. Амплитуда тока и напряжения линейно уменьшаются с частотой до значений 20 А и 2000 В соответствен но на частоте 50 МГц 6. Амплитуда восьмой полуволны должна удовлетворять соотношению: 25 % А 8 75 % от максимального значения в импульсе В целом оценка соответствия зарубежных образцов авиационной техники военного назначения требованиям стойкости к воздействию молниевых разрядов проводится в соот ветствии с нормативными документами НАТО [10, 22, 23]. Вновь разрабатываемая аппарату ра до установки в носитель проходит два вида испытаний: квалификационные (поблочно) – в ходе которых проводится контрольная оценка установочной серии опытных образцов и стен довые – проводимые для оценки работоспособности систем аппаратуры с учетом их штатных функциональных связей при воздействии молниевых разрядов [24].

После установки в носитель возможно либо проведение испытаний отдельных систем аппаратуры, либо проведение полномасштабных испытаний летательного аппарата в целом на установках-имитаторах, либо и то и другое по согласованию между Заказчиком и Разра ботчиком.

В соответствии с [9] аппаратура, выполняющая критические с точки зрения безопас ности полета (категория «a») и основного предназначения (категория «b») функции, как пра вило, испытывается и в составе отдельных систем, и в составе носителя (либо его макета) (прочая аппаратура составляет категорию «с»). Эти испытания организуются и проводятся Заказчиком. Оценка параметров внутренних ЭМП, токов и напряжений, наводимых в БКС, в ходе испытаний проводится расчетно-экспериментальным способом при воздействии на ле тательный аппарат малыми уровнями незатухающих гармонических электромагнитных полей и токов [22-26].

Испытания аппаратуры в составе носителя (макета) на полноамплитудное воздействие не проводятся в случае, если в процессе испытаний на малых уровнях и пересчете на реаль ное воздействие параметры будут существенно меньше испытательных уровней, реализован ных при проведении квалификационных и стендовых испытаний. При этом запас по стойко сти устанавливается в 6 дБ – для аппаратуры групп «a» и «b», 16,5 дБ – дополнительно для аппаратуры, оснащенной средствами электрического инициирования [4, 27].

ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № Наибольшее распространение среди средств испытаний образцов ВВТ на действие то ков прямого удара молнии, как в нашей стране, так и за рубежом получили электроразрядные установки, как правило, выполненные по схеме умножения напряжения Аркадьева-Маркса (схема ГИН) и по токовой схеме Литбарского (схема ГИТ). Для обеспечения большей крутиз ны импульса тока в этих схемах может использоваться режим кроубара (принудительного шунтирования нагрузки в момент достижения максимума тока при работе в колебательном режиме). В ряде случаев, в качестве средств испытаний могут использоваться взрывомагнит ные генераторы с контуром обострения из электрически взрываемых проводников. Однако указанные генераторы не нашли широкого применения по причине больших затрат по срав нению с электроразрядными установками на отработку схем испытаний и проведения сту пенчатого увеличения уровня воздействия в целях снижения риска Заказчика.

Электроразрядные установки, воспроизводящие токи прямого удара молнии на образ цы авиационной техники в целом, как правило, представляют собой модульную конструк цию, состоящую из генераторов для воспроизведения отдельных компонентов тока, уст ройств их электрического сопряжения, средств управления, безопасности и диагностики.

В качестве примера подобных установок приведем стационарный имитатор молнии SLS (Sandia Lightning Simulator) объединенных лабораторий Сандиа Министерства энергети ки США [28]. Основное назначение имитатора – проверка безопасности систем ядерного оружия на воздействие молниевых разрядов;

схематичное изображение его приведено на рис.

6, основные характеристики в табл. 3.

Рис. 6. Схема внешнего вида имитатора молнии SLS Импульсы тока формируются двумя высоковольтными генераторами (в зависимости от напряжения заряда – до 200 кА – левый, и до 100 кА - правый), размещенными в двух крупногабаритных емкостях, залитых маслом для обеспечения высоковольтной изоляции.

Каждый из генераторов состоит из двух сборок генераторов Аркадьева-Маркса, соединенных параллельно. Генератор на 200 кА имеет емкость в ударе 325 нФ, на 100 кА – 163 нФ. Отме чается, что 100 кА-генератор имеет перекоммутируемую емкость, вероятно, для обеспечения возможности формирования последовательного разряда. В момент запуска оба генератора 96 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- имеют выходное напряжение до 1,6 МВ, при этом энергия одного генератора составляет кДж, другого – 88 кДж. В каждой сборке имеются переключатели в режим кроубара, которые используются для обострения импульса и инициируются ультрафиолетовым лазером в зара нее определенное время. При необходимости установка-моторгенератор вырабатывает дли тельно текущий ток.

Таблица Основные характеристики имитатора молнии лабораторий Сандиа Максимальный ток до 200 кА в одном импульсе Скорость нарастания тока 200 кА/мкс макс.

Длительность фронта импульса 1-5 мкс Длительность импульса на уровне 50 % От 50 до 500 мкс в зависимости от им педанса нагрузки Заряд, переносимый одним импульсом 40 Кл (Imax = 200 кА, tи = 100 мкс) Количество импульсов 1 или Интервал между импульсами Изменяемый Длительно текущий ток Сотни ампер за сотни миллисекунд Заряд, переносимый длительно текущим током 250 Кл (500 А за 500 мс) Для воспроизведения воздействия молниевых разрядов, в том числе и множествен ных, на аппаратуру и образцы авиационной техники в целом, фирмами, работающими в сфере ЭМС-технологий, освоено серийное изготовление средств испытаний: генераторов тока и на пряжения с параметрами по MIL-STD-461E, RTCA DO-160, EFA SPE-J-000-E-1000/ch. 4.3.5, инжекционных трансформаторов тока и устройств синхронизации [29, 30].

С использованием вышеизложенной методологии в США проводилось обеспечение молниестойкости самолетов V-22 Osprey, E-6A, C-17A и других.

Анализ зарубежного опыта позволяет сформулировать некоторые рекомендации, ко торые могут оказаться полезными при совершенствовании отечественной системы обеспече ния молниестойкости авиационной техники:

1. Разбиение на стадии проектирования образца авиационной техники его бортовой аппара туры на 3 группы: 1) критическая аппаратура с точки зрения обеспечения безопасности полета;

2) критическая аппаратура, определяющая выполнение основных функций образ ца;

3) прочая аппаратура.

2. Разработка нормативно-технической документации, регламентирующей требования по стойкости бортовой аппаратуры летательных аппаратов к действию токов и напряжений, наводимых молниевыми разрядами.

3. Построение комплексной взаимоувязанной иерархической системы испытаний авиацион ной техники, начиная с испытаний отдельных узлов и систем образцов и заканчивая ис пытаниями образца в целом.

4. Разработка отечественной малогабаритной испытательной аппаратуры для проверки со ответствия отдельных критических систем и узлов образцов авиационной техники предъ являемым требованиям по молниестойкости.

5. Периодическое обновление нормативно-технической документации по мере совершенст вования конструкции летательных аппаратов и применяемой электронно-компонентной базы.

Список литературы 1. Кужекин И.Л., Ларионов В.Л., Прохоров Е.Н. Молния и молниезащита. М.:

- Знак, 2003.

– 330 с.

2. NOAA Report No. 18, MIT, 13 Feb. 1998.

ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № 3. ОСТ 1.01160-88 «Оборудование бортовое самолетов и вертолетов. Методы испытаний на молниестойкость», ОКСТУ 7540, вв. 01.07.89. - 24 с.

4. MIL-STD-464A US Department of Defense Interface Standard. Electromagnetic Environmental Effects for Systems, USA DoD, 19.12.2002. – 121 p.

5. MIL-STD-1757A Lightning Qualification Test Techniques for Aerospace Vehicles and Hardware, USA DoD, Washigton DC 20201, 20.07.1983. – 94 p.

6. Def Std 59-41 British Defense Standard. Electromagnetic Compatibility, 1998.

7. DIN VG 95371 Electromagnetic Compatibility Including EMP and Lightning Protection.

8. DIN VG 96903 Nuclear EMP and Lightning Protection.

9. NATO STANAG 3614 ed.4. Electromagnetic Compatibility (EMC) of Aircraft Systems and Equipment, 2000.

10. NATO STANAG 4236 Lightning Environmental Conditions Affective the Design of Materiel, for Use by the NATO Forces, 1993.

11. NATO STANAG 4327 ed.1. Lightning Test Procedures to Determine the Safety and Suitability for Service of EED’s and Associated Electronic Systems in Munitions and Weapon System.

1998.

12. IEC 62305 Lightning Protection.

13. IEC 61312 Protection Against Lightning Electromagnetic Pulse.

14. IEC 61662TR2 Assessment of the Risk of Damage due to Lightning.

15. SAE ARP 5412 Aircraft Lightning Environment and Related Test Waveforms.

16. SAE ARP 5413 Aircraft Electrical and Electronic Systems. The Indirect Effects of Lightning, Certification for.

17. SAE ARP 5517 Aircraft Lightning Direct Effects Certification.

18. RTCA DO-160E Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment, 2005.

19. ADS-37A-PRF Electromagnetic Environmental Effects Performance and Verification Re quirements, 1996.

20. Mazur V., Fisher B., Gerlach J. Lightning strikes to a NASA airplane penetrating thunderstorms at low altitudes. - Aircrafts. - 1986. - № 23.

21. Борисов Р.К., Григорьев О.А., Ларионов В.П. Методы испытания бортового оборудования летательных аппаратов на молниестойкость. - Электричество. - 1993. - № 7. – С. 21-27.

22. NATO STANAG 3516 Electromagnetic interference and test methods for aircraft electrical and electronic equipment, 1993.

23. NATO STANAG 7116 Verification methodology for electromagnetic hardness of aircraft 24. Стржелинский О. А. Методология оценки электромагнитной стойкости авиационной тех ники за рубежом // сб. науч. тр. МИЭМ / Электромагнитная совместимость и проектиро вание радиоэлектроонных средств. - М.: МИЭМ, 2008. - С. 31-35.

25. EUROEM-2004, HPEM13-5, F.Wraight, R. Hoad, Qinet Q Ltd, Spectrum Solution, Cofy technology park, Farnborengh, UK and I. Monrow, Laboratory of EM research, Cranfield University, UK, Low Level Swept Techniques & Convolution with Time Domain Environment 26. Dr. Nigel, J. Carter, Qinet Q Ltd., Aircraft HIRF Test Techniques.

27. ADS-37-A-PRF, Aeronautical Design Standard. Electromagnetical Environmental Effects (E3) Performance & Verification Requirements, 1996.

28. http://www.sandia.gov/electromagnetics/New_Reports\CaldwellEMM05.pdf 29. http://www/emc-partner.com 30. http://www/emcc.de/r_and_d.htm ФГУ «12 ЦНИИ Минобороны России»

Статья поступила 10.01.2010.

98 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- Anissimov A. V., Strzhelinsky O. A.

Foreign experience in lightning hardness support of aviation technics On a basis of statistical data analysis of lightning discharge interaction with aviation tech nics it is inferred importance and urgency of the lightning hardnening support problem. It is shown that importance of the problem recently grows as beginning of active use in aircraft design of new easy composites and following to new component base. The basic trends of problem decision abroad are allocated and the situation for each other is analyzed.

By results of the analysis of foreign experience recommendations for perfection of domestic lightning hardening support system for aviation technics have been developed.

Lightning hardness, aviation technics {technical equipment}, lightning direct and indirect stroke, multicomponent model, electrodischarge facilities 12 CR&DI of the Ministry of Defense of Russia.

Серия «Библиотека ЭМС»

КЕЧИЕВ Л.Н., ПОЖИДАЕВ Е.Д.

ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА Учебное пособие В учебном пособии впервые комплексно рассматриваются физические ос новы возникновения статического электричества и его экстремального прояв ления в виде электростатического разряда (ЭСР), механизм его воздействия на электронную аппаратуру, методы и средства ее защиты на стадиях схемотех нического и конструкторского проектирования, а также на этапах изготовления, транспортировки, монтажа на объекте и при эксплуатации. Приводятся сведе ния о разработке и реализации специальной программы контроля и управления электростатической обстановкой на рабочем месте.

Учебное пособие окажется полезным не только для студентов старших курсов, обучающихся по спе циальности «Управление качеством», но и для аспирантов и преподавателей, а также специалистов, которые занимаются проектированием электронных средств и интересуются повышением их качества.

352 стр., 2005 г. Тираж 1000 экз. ISBN 5-94833-009-5.

Книгу можно приобрести в издательстве или заказать по Интернету: www.techizdat.ru ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № УДК 623.745 -519 ® 78.25.01. А.Г. Бурутин, С.И. Комягин, В.С. Осоловский Молниезащита, электромагнитная стойкость и молниестойкость военных объектов Дается сравнительное изложение сущности и состояния ра бот по обеспечению молниезащиты наземных сооружений и пилоти руемых летательных аппаратов, электромагнитной стойкости и молниестойкости беспилотных летательных аппаратов. Показыва ется необходимость активизации работ по электромагнитной стойкости беспилотных летательных аппаратов, особенно их мол ниестойкости. Изложены основы методологии решения этих про блем.

прямой удар молнии, молниезащита, электромагнитная стойкость, молниестойкость, наземные сооружения, пилотируемые летательные аппараты, беспилотные летатель ные аппараты Резко возросшее влияние электромагнитного фактора на эффективность и безопас ность технических систем (ТС) вызывает необходимость конкретизации понятий, содержания и состояния работ по молниезащите, электромагнитной стойкости и молниестойкости ТС различного типа и назначения.

1. Молниезащита – это комплекс мероприятий и технических средств, предназначен ных для предотвращения непосредственного воздействия прямых ударов молнии на рассмат риваемые объекты.

Объектами молниезащиты являются в основном стационарные наземные сооружения, которые могут подвергаться воздействию молнии в процессе всего своего существования.

Сущность молниезащиты состоит в том, чтобы исключить прямой контакт молнии с защи щаемым объектом, отвести от него разряд молнии. Основными средствами молниезащиты являются молниеотводы различного типа, грозозащитные тросы и заземление. Разработка методов и средств молниезащиты, началась у нас и за рубежом еще в начале 30-х годов ХХ века, когда массовая электрификация потребовала эффективных мер по грозозащите ЛЭП. К решению этой проблемы были привлечены научные силы всех развитых стран, в том числе Академии наук СССР, ЭНИН им. Кржижановского, ВЭИ им. Ленина, МЭИ, ЛПИ и многих других организаций. Исследованию физики молнии и молниезащиты посвятили свои жизни ученые с мировым именем, такие как Стекольников И.С., Юман М.А., Базелян Э.М., Горин Б.Н., Костенко М В. и другие. За прошедшие десятилетия у нас и за рубежом по теории и практике молниезащиты разработаны многочисленные монографии, учебники, справочники, пособия и нормативные документы (НД). Во многих организациях созданы испытательные и электрофизические установки, имитирующие разряд молнии, разработаны методы испытаний средств молниезащиты зданий, ЛЭП и других объектов. Методы и средства молниезащиты стандартизованы на государственном и мировом уровнях и постоянно совершенствуются.

Теория и практика молниезащиты военных объектов является тематикой таких организаций как 26 ЦНИИ МО и ВИТУ. Здесь методы и средства молниезащиты также разработаны, по стоянно совершенствуются и нормируются на ведомственном уровне. Последние, гармони зированные с государственными и международными стандартами, нормы по проектирова нию, устройству и эксплуатации молниезащиты военных объектов изложены в работе [1].

Вместе с тем в теории и практике молниезащиты имеется немало вопросов, требую щих своего решения или уточнения. Недостаточно, например, изучены условия формирова ния и структура ступенчатого лидера молнии. Непреходящей проблемой является также по 100 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- вышение надежности молниезащиты взрывоопасных объектов, особенно нефтехранилищ и нефтепроводов, количество которых постоянно возрастает.

Для сравнительного анализа отметим, что максимальное значение амплитуды тока молнии, принятое в молниезащите для заземленных объектов, подвергающихся воздействию молнии в процессе всего своего существования, лежит в диапазоне 100-200 кА (в зависимо сти от уровня защиты), а для незаземленных объектов, как показали исследования Стеколь никова И.С., оно не превышает 70 кА.

2. Молниезащита и молниестойкость пилотируемых летательных аппаратов.

Эта проблема возникла в начале 60-х годов ХХ-го века в связи с резким увеличением скорости полета самолетов и освоением космического пространства. На ее решение у нас и за рубежом были брошены лучшие научные силы. В СССР, в частности, кроме названных выше организаций, проблемой молниезащиты стали заниматься такие организации как ЛИИ, КАИ, МАИ и Ц0ИАМ им. П.И. Баранова.

Отличительной особенностью рассматриваемой проблемы является также то, что она включает в себя комплексное решение двух задач:

· задачи классической молниезащиты – отвода удара молнии от наиболее уязвимых узлов (использование различных молниеотводов);

· задачи стойкости – снижение наводимых токов и напряжений до безопасных уровней с помощью различных конструктивных решений, включая экранирование блоков и цепей.

Наверное, этим можно объяснить двоякое название этой проблемы: в одних источни ках используется термин «молниезащита», в других – «молниестойкость».

К концу 80-х годов ХХ-го века основные вопросы этой проблемы в США и в СССР были решены и стандартизованы. В настоящее время продолжается совершенствование мето дов и средств моделирования прямого удара молнии в целях повышения адекватности испы таний условиям натурного воздействия. Максимальное значение амплитуды тока молнии на высотах полета самолетов, полученное в результате многолетних исследований по этой про блеме, равно 70 кА[2].

3. Электромагнитная стойкость беспилотных летательных аппаратов.

Отличительной особенностью этой проблемы является то, что понятие «электромаг нитная стойкость» включает в себя безотказность и безопасность беспилотного летательного аппарата (БЛА) [3].

Электромагнитная стойкость БЛА – это по существу его надежность в условиях элек тромагнитных воздействий (ЭМВ). Это вызывает необходимость вероятностно параметрического подхода к ее решению.

Электромагнитная стойкость БЛА - это отсутствие с определенной вероятностью во время и после одного или нескольких электромагнитных воздействий с заданными парамет рами любого его отказа (как отказа, нарушающего безотказность, так и отказа, нарушающего его безопасность).

Это положение можно выразить следующим образом. Представим обобщенный пока затель стойкости БЛА (РСТ) как РСТ = 1- QS, (1) где QS - суммарная вероятность (вероятность любого) его отказа в результате ЭМВ.

По своим последствиям все возможные отказы БЛА в результате ЭМВ можно разде лять на две группы:

1) отказы, связанные с прекращением нормального функционирования или сбоя ап паратуры БЛА, а также с выходом ее параметров за пределы допуска, установленного в нор мативной документации (НД). Вероятность таких отказов обозначим через QР;

2) отказы, нарушающие безопасность эксплуатации БЛА, то есть отказы, связанные с его несанкционированным срабатыванием. Вероятность таких отказов обозначим QОС.

Тогда выражение для суммарной вероятности отказа примет вид QS = QР + QОС - QРQОС, (2) ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № а обобщенный показатель стойкости РСТ = РР РОС, (3) где РР - вероятность сохранения работоспособности аппаратуры БЛА;

этот показатель часто называют вероятностью безотказной работы (или, коротко, безотказностью);

РОС - вероят ность отсутствия несанкционированного срабатывания БЛА (его опасных цепей).

Отметим, что РОС = 1 - QОС. (4) Таким образом, электромагнитную стойкость БЛА следует характеризовать следую щими обобщенными вероятностно-параметрическими показателями:

· амплитудно-временными и (или) энергетическими параметрами ЭМВ, · вероятностями сохранения работоспособности аппаратуры БЛА (Рр) и отсутствия преж девременного (несанкционированного) срабатывания его опасных цепей (Рос) во время и после электромагнитного воздействия с этими параметрами.

Значения вероятностных характеристик электромагнитной стойкости БЛА, учитывая их опасность и важность выполняемой задачи, следует задавать следующими:

· вероятность сохранения работоспособности (Рр) - в диапазоне 0,95-0,998 в зависимости от уровня надежности, · вероятность несанкционированного срабатывания (Qос) 10-6.

Выбор количественных значений параметров ЭМВ, задаваемых в качестве парамет рических требований по стойкости, необходимо и достаточно осуществлять с таким расче том, чтобы они с вероятностью 0,95-0,98 перекрывали все возможные их реализации при на турном воздействии [3].

Для экспериментальной оценки вероятностных характеристик стойкости необходимо получить статистическую информацию о параметрах распределения действующих (наводи мых токов и напряжений) и критических нагрузок для узлов БЛА.

Обеспечение электромагнитной стойкости БЛА включает в себя решение нескольких крупных проблем:

· стойкости к воздействию ЭМИ ЯВ, · стойкости к воздействию ЭМВ естественного происхождения, · стойкости к воздействию ЭМВ техногенного происхождения.

Уровень решения этих проблем очень сильно отличается.

Несмотря на многие недоработки, уровень решения проблемы стойкости к ЭМИ ЯВ существенно выше, чем других составляющих электромагнитной стойкости. Требования по стойкости к воздействию ЭМИ ЯВ и методы их подтверждения нормировались на государст венном уровне несколько раз.

В вопросах стойкости к ЭМВ естественного происхождения наименее решенной явля ется проблема молниестойкости, то есть стойкости БЛА к прямому удару молнии. Здесь от сутствует единство даже в понимании существа данной проблемы. Кроме работы [3], публи каций по этой проблеме практически нет. Не представляется возможным назвать и организа цию, вплотную занимающуюся проблемой молниестойкости БЛА. Нерешенность этой про блемы во многом обусловлена непониманием ее коренного отличия от молниезащиты [4].

Не менее острой является проблема коренного изменения существующей системы электромагнитных испытаний, так она не обеспечивает получение информации о количест венных значениях показателей стойкости и чрезвычайно громоздкая.

4. Молниестойкость беспилотных летательных аппаратов.

Актуальность, важность и сложность проблемы молниестойкости БЛА обуславлива ется тем, что прямой удар молнии, которому (в отличие от ЭМИ ЯВ) они могут подвергаться и в мирное время, является самым мощным и комплексным электромагнитным воздействием.

Энергия прямого удара молнии лежит в диапазоне 0,5-10 МДж, что существенно выше энер гии других электромагнитных воздействий. Иначе говоря, молниестойкость БЛА во многом определяет безопасность их эксплуатации и безотказность при применении. Разработка ме 102 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- тодологии задания и подтверждения требований молниестойкости БЛА должна базироваться на проверенных жизнью, аксиоматических положениях и принципах. Таковыми в данном случае являются:

1. Выявление и учет особенностей воздействия прямого удара молнии на БЛА.

2. Применение вероятностно-параметрического методологического подхода к заданию и подтверждению требований молниестойкости.

3. Учет сложной структуры тока молнии.

4. Использование статистической модели «нагрузка-прочность».

Особенности воздействия:

· первая - полная степень проявления комплексного характера воздействия.

· вторая - незаземленность БЛА в полете и отсутствие организованного заземления в на земных условиях при транспортировке и нахождении в составе носителя.

· третья - совершенно другая (по сравнению со стационарными сооружениями) вероят ность воздействия и наличие отличительных причин, которые ее определяют.

Сложный характер поражающего действия. При контакте с молнией поражающими факторами для БЛА, находящегося в полете, являются: ток лидерной стадии;

импульс тока главного возвратного удара;

ток стадии диссипации;

перечисленные выше факторы после дующих ударов. Протекание по БЛА в непрерывной последовательности нескольких струк турных элементов тока молнии, существенно отличающихся формой и амплитудно временными параметрами, порождает комплексный характер поражения, который заключает ся в одновременном проявлении электромагнитного, термического, электродинамического и электрогидравлического эффектов. Необходимо отметить важность указанной последова тельности. Опасность какого-то элемента структуры молнии (малоопасного, если его рас сматривать отдельно) может существенно возрасти в результате действия предыдущего.

Численная оценка вероятности прямого удара молнии в БЛА.


1. В наземных условиях. Оценка вероятности поражения молнией стационарных объ ектов осуществляется по достаточно апробированной методике теории и практики молние защиты [5,6]. Для сосредоточенных объектов ожидаемое количество N поражений молнией рассчитывается по формуле N = 9pnh210-6, (5) где h - высота объекта, м;

n - среднегодовое число ударов молний в 1 км2 земной поверхно сти. Для большей части территории России n = 2-3.

Изложенный подход можно взять за основу и для оценки вероятности воздействия (РВ) прямого удара молнии на БЛА при его нахождении на земле.

Но при этом необходимо учесть:

а) отсутствие организованного заземления БЛА;

б) ограниченное время пребывания в условиях, при которых БЛА может подвергнуть ся прямому удару молнии.

Вероятность поражения молнией незаземленного объекта ниже, чем заземленного, и изменяется в зависимости от величины сопротивления заземления последнего. В первом при ближении можно принять, что вероятность поражения молнией незаземленного объекта вдвое меньше, чем заземленного. Это значит, что для решения нашей задачи в выражения (5) надо ввести коэффициент КЗ = 0,5.

Учет ограниченного времени пребывания БЛА в условиях, при которых он может подвергнуться прямому удару молнии, также может быть осуществлен введением коэффици ента КИ, равного той части года, в течение которой БЛА находится на открытом воздухе в составе носителя. При боевом дежурстве в течение 3-х месяцев КИ = 0,25. В этом случае расчет по формулам (5) дает вероятность сосредоточенных объектов высотой ~ 12 м (ракеты в вертикальном положении) – не более 10-3.

2. В полете. Имеющаяся статистика [7] позволяет достаточно уверенно считать, что вероят ность поражения молнией самолета в полете составляет ~ 0,410 -3 в час (1 удар за летных часов).

ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № Модель тока как требование по молниестойкости.

Состав показателей молниестойкости должен включать в себя:

· модель и значение параметров тока молнии, соответствующие натурному воздействию;

· значения вероятностного уровня стойкости РСТ, состоящего в свою очередь из вероят ности безотказной работы РР и вероятности отсутствия опасного срабатывания РОС (РСТ = РР РОС).

Структура модели тока молнии. Для адекватной имитации комплексного воздейст вия прямого удара молнии необходимо воспроизвести в реальной непрерывной последова тельности все его структурные элементы. Это обуславливает необходимость задания пара метрических требований по молниестойкости в виде модели тока, представленной на рис. 1.

Рис. 1. Модель тока прямого удара молнии: I - ток, имитирующий лидерную стадию молнии;

II - импульс тока, имитирующий ток главного возвратного удара;

III - ток паузы, со ответствующий стадии диссипации;

IU - импульс тока, имитирующий второй и последующие удары Нормирование амплитуды первого импульса модели. Для решения данного вопроса необходимо выбрать статистическое распределение амплитуды тока молнии (СРАТМ), за кладываемое в основу задания и обеспечения требований молниестойкости. На этом правиле основан весь многолетний опыт молниезащиты. В отечественной теории и практике молние защиты (для заземленных объектов!) в качестве нормированного СРАТМ принимается экс поненциальное распределение с l = 0,04 [8]:

р1(IМ) = 0,04ехр(0,04IМ), (6) где р1(IМ) - вероятность реализации тока молнии с амплитудой IМ.

В этом случае математическое ожидание амплитуды тока молнии МIМ = 25 кА, а ее медиана (среднее значение IМСР) - 17 кА.

Определившись со СРАТМ (взятого с внушительным запасом), можно приступить к назначению амплитуды первого импульса модели, имитирующего ток главного возвратного удара. Определяющим при этом является выбор значения вероятности, с которым необходи мо входить в СРАТМ.

Для СРАТМ, заданного выражением (6), при вероятности 0,98 получаем 100 кА.

Сложный характер поражающего действия прямого удара молнии обуславливает не обходимость экспериментальной оценки молниестойкости на повышенном режиме нагруже ния. Это значит, что энергетические параметры испытательной модели тока (амплитуда им пульсов и переносимый заряд), рассчитанные вначале из обычного требования по вероятно сти охвата возможных их натурных реализаций, должны быть увеличены в 1,3-1,5 раза в за висимости от требуемого уровня стойкости. Значение испытательного воздействия при этом целесообразно выбирать так, чтобы убедиться, что фактическое распределение стойкости не хуже расчетного, обеспечивающего выполнение заданных требований. Схемно 104 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- конструктивные решения БЛА разрабатываются с коэффициентом запаса h 1,5. Поэтому амплитуда первого импульса тока испытательной модели должна быть равна 150 кА.

Для выполнения заданных требований и успешного их подтверждения Разработчик вынужден обеспечить фактический уровень стойкости изделия, превышающий испытатель ный в 1,5-2 раза.

Полученное соотношение действующей нагрузки, заданного требования и фактиче ского уровня стойкости представлено на рис. 2.

Рис. 2. Соотношение СРАТМ, требований по стойкости, испытательного режима и фактического уровня стойкости Выбор значений остальных параметров модели. Выбор значения амплитуды второго импульса трудностей не вызывает. Богатая отечественная и зарубежная статистика показыва ет [9-13], что в среднем последующие импульсы достигают около 40 % максимального зна чения первого импульса. Следовательно, задав значение амплитуды второго импульса из рас чета IМ2 = 0,4IМ1, (7) можно говорить об адекватной имитации (по амплитуде) всех последующих разрядов мол нии. В нашем случае это 40 кА, а для испытательной модели – 60 кА.

Выбор крутизны фронта импульсов осуществим на основе достаточно обоснованных рекомендаций [12, 13]:

для первого импульса S1 = 3,9 IМ10,55, (8) что дает S1 = 60 кА/мкс;

для второго импульса lgS2= lg20 + Up0,42. (9) При р = 0,98 это дает S2 » 150 кА/мкс. Однако, учитывая большую значимость этого параметра на уровень наводок, предлагается поступить с ним также как с амплитудами им пульсов, то есть увеличить в 1,5 раза. Для испытательной модели это дает S2 » 240 кА/мкс.

Аналогично предлагается поступить с величиной переносимого заряда. В начале рас считаем его значение по наиболее обоснованному [12] выражению lg QS = lg24 + Up 0,35. (10) ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № При р = 0,98 это дает QS ТР = 125 Кл.

Увеличив в 1,5 раза, получим QS ИСП » 190 Кл.

Реализовать заряд, переносимый моделью, необходимо в основном за счет тока паузы, соответствующей стадии диссипации. Но в отличие от натурных условий ток паузы из чисто практических соображений (упрощения конструктивного решения имитатора) целесообразно назначить постоянным во времени и равным току лидерной стадии молнии на уровне, напри мер, 500 А, что не повлияет на адекватность имитации натурного воздействия. Длительности импульсов модели, как не являющиеся определяющими параметрами, целесообразно задавать в диапазоне их характерных значений, допуская их некоторую вариацию при условии со хранении требуемого значения заряда модели.

Полученные параметры приведены в табл. 1.

Таблица Параметры номинальной и испытательной моделей тока молнии Структурный Параметры модели Номинальной Испытательной номер Ток лидерной стадии:

I Значение, А 500 Длительность, мс 30 Импульс тока главного возвратного уда ра:

II Амплитуда, кА 100 Длительность на уровне 0,1, мкс 300 Крутизна нарастания, кА/мкс 60 Ток паузы:

III Значение, А 500 Длительность, мс 200 Определяется зарядом Последующий удар:

Амплитуда, кА 40 IV Длительность на уровне 0,1, мкс 150 Крутизна нарастания, кА/мкс 150 При таких параметрах интеграл энергии АI = 3 106 А2 ·с. Это значение даже для за земленных объектов с вероятностью 0,97 перекрывает все возможные значения интеграла энергии всех типов молнии, включая нисходящие положительные молнии.

Изложенный подход к формированию требований по молниестойкости обеспечива ет:

· необходимую адекватность испытаний натурному воздействию, не выдвигая необосно ванно завышенных требований к конструкции БЛА и испытательному оборудованию;

· фактический уровень стойкости на уровне надежности (РСТS 0,999), то есть исключает снижение вероятности безотказной работы изделия из-за внешнего воздействия.

Покажем это числено.

Оценка безотказности. Параметры испытательной модели заданы таким образом, что при положительных испытаниях можно утверждать, что математическое ожидание парамет рического показателя стойкости не менее 200 кА. Коэффициент запаса стойкости будет при этом не менее 8. Когда «нагрузка» распределена по экспоненциальному закону, а «проч ность» – по нормальному, вероятность безотказной работы объекта воздействия определяет ся выражением [14] 2 h - 2 h 0.5 - cnorm Cy h - Cy Rст(Cy, h ) := 1 - exp (11) Cy 2, где СУ – коэффициент вариации «прочности».

Результаты расчета по этому выражению представлены на рис. 3.

106 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- Рис. 3. Зависимость РСТ (СУ, ) от при типовом значении коэффициента вариации «прочности» СУ = 0, Из графика видно, что даже в самом тяжелом случае (при экспоненциальном распре делении амплитуды тока молнии) достаточное значение вероятностного уровня стойкости ( 0,997) обеспечивается уже при коэффициенте запаса h 5,5-6. В нашем же случае h 8, что обеспечивает вероятностный уровень безотказности близким к единице.

Оценка безопасности. Аварийные последствия в результате воздействия прямого уда ра молнии могут произойти по двум причинам:

1) срабатывания опасных цепей или выдачи исполнительной команды из-за электро магнитного эффекта;

2) взрыва ВВ из-за термического эффекта или сочетания термического и электрогид равлического эффектов.

Отсутствие первой причины проверяется при испытаниях количественно выбором ис пытательного режима в соответствии с описанным методом и обеспечением десятикратного запаса по току (энергии) срабатывания опасных цепей.


Вероятность второго события определяется выражением РОS = РВ РПР QO, (12) где РПР – вероятность превышения испытательной амплитуды тока молнии;

QO - вероятность отказа при превышении амплитуды тока молнии.

Как было показано выше, максимальное значение РВ составляет 10-3. Значение РПР зависит от СРАТМ и заданных параметров испытательной модели. Для экспоненциального распределения с l = 0,04 произведение РВРПР не превысит 2,510-6. Если даже допустить QO = 0,5 при IМ 150 кА, значение РОS составит не более 10-6. Это позволяет утверждать, что и требование по безопасности выполняется с вполне достаточным запасом.

Таким образом, реализация предложенного подхода оптимизирует требования по молниестойкости беспилотного летательного аппарата, обеспечивая уровень его безотказно сти и безопасности при прямом ударе молнии близким к единице.

Выводы.

1. Проблемы молниезащиты наземных сооружений и пилотируемых летательных аппаратов имеют сравнительно высокий уровень решения, достаточно развитую методологию, ме тоды и средства обеспечения и испытаний.

2. В настоящее время весьма актуальной является большая и сложная проблема электромаг нитной стойкости беспилотных летательных аппаратов. Наименее решенными при этом являются проблемы молниестойкости БЛА, структуры и методов их электромагнитных испытаний.

3. Для достижения прогресса в решении проблем электромагнитной стойкости БЛА (его безотказности и безопасности) требуется комплексный подход (единство методологии), совершенствование структуры, методов и средств испытаний. В основу единой методоло ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № гии электромагнитной стойкости БЛА целесообразно заложить вероятностно – парамет рический подход.

4. На основе вероятностно – параметрического подхода разработана методология решения проблемы формирования и подтверждения требований молниестойкости беспилотных ле тательных аппаратов. Предложенная вероятностно-параметрическая модель тока молнии обеспечивает необходимый уровень молниестойкости БЛА при минимальных затратах и без усложнения конструкции БЛА, влияющей не его эффективность.

Список литературы 1. Нормы по проектированию, устройству и эксплуатации объектов военной инфраструкту ры ВСП 22 – 02 – 07. – МО РФ, 2007. - 168 с.

2. Итоговый отчет. Комплекс работ по исследованию и защите систем управления, контро ля и сигнализации объектов энергетики и транспорта при воздействии разрядов мол нии. Том 2 - ЦИАМ им П.И. Баранова, - 1993. – 117 с.

3. Комягин С.И. Основы методологии электромагнитной стойкости беспилотных летатель ных аппаратов – М.: МИЭМ, 2007, - 158 с.

4. Комягин С.И. Молниезащита и молниестойкость. Сходство и различие. - Технологии ЭМС. - 2006. - № 3(18). – С. 23-26.

5. РД 34.21.122-87. Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений. - М.:

Энергоатомиздат, 1989. – 59 с.

6. Черкасов В.Н. Защита взрывоопасных сооружений от молнии и статического электриче ства. 3изд., переработанное и дополненное. – М.: Стойиздат,1984. – 81 с.

7. Исследование молниестойкости летательных аппаратов. - Летные испытания за рубежом.

- 1980. - вып.3(43). – С. 86-94.

8. Руководящие указания по защите от перенапряжения электрических установок перемен ного тока 3 – 220 кВ. – М-Л.: Госэнергоиздат, 1954. - 95 с.

9. Стекольников И.С. Физика молнии и грозозащита. - М-Л.: Издательство АН СССР, 1943.

– 230 с.

10. Юман М.А. Молния. Пер. с англ. - М.: Мир, 1972. - 327 с.

11. Базелян Э.М., Райзер Ю.П. Физика молнии и молниезащиты. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. 320 с.

12. Berger K., Anderson R. and Kroninger N. Parameters of Lightning flashes. - «Electra». 1975. - Vol. 80. – P. 23–37.

13. Аnderson R., Eriksson A. Lightning parameters for engineering application.- «Electra». March 1980 - № 69. – P. 65–102.

14. Острейковский В.А. Определение аналитических зависимостей для оценки параметров модели «нагрузка–несущая способность» для расчета надежности. – Надежность и кон троль качества. - 1974. - № 1. – C. 62–69.

Генеральный штаб вооруженных сил Российской Федерации, НИЦ МТС ЦП РФ, ФГУ «12 ЦНИИ Минобороны России».

Статья поступила 10.01.2010.

Burutin A.G., Komjagin S.I., Osolovsky V.S.

Lightning protection, electromagnetic firmness and lightning firmness military facilities The essence of the decision and the level of protection against lightning ground objects, electromagnetic resistance and lightning firmness unmanned aerial vehicles The Joint Staff of Armed forces of the Russian Federation, 12 CR&DI of the Ministry of Defense of Russia.

108 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- УДК 550. Р.Ю. Голиков, М.П. Макаров, Д.Д. Матвеев Исследование избирательности искрового разряда статистическими методами В работе изложен методический подход и результаты иссле дования избирательности искрового разряда в системе стержень плоскость методами математической статистики. Эксперимен тально установлен закон распределения статистического разброса точек замыкания искровых разрядов, определены параметры закона распределения и характер их изменения в зависимости от разрядного расстояния.

разряд молнии, искровой разряд, избирательность, вероятность, математическая стати стика, закон распределения, группировка, гистограмма, критерий согласия, зависи мость от разрядного расстояния, экспериментальное подтверждение Разряд молнии по общему признанию принадлежит к числу наиболее грандиозных и эффектных явлений природы. По приближенным подсчетам одновременно на Земле происхо дит около 2000 гроз, а в земную поверхность ежесекундно ударяет около 100 молний [1, 2].

Удар молнии представляет серьезную опасность для людей, техники и сооружений. По этой причине молния относится к числу наиболее изучаемых природных явлений. Применительно к вопросам молниестойкости рассматриваются два варианта: прямой удар молнии в объект и воздействие электромагнитного поля при ударе молнии в непосредственной близости от него [3]. Обычно расстояние, при котором удар молнии считается близким, составляет около 10 м.

Это расстояние пренебрежимо мало по сравнению с длиной канала молниевого разряда, ко торая может достигать нескольких километров. Учитывая вероятностный характер разряда молнии, ситуацию, при которой может произойти прямой или близкий удар следует считать неопределенной. Эту неопределенность можно уменьшить, если будет известна вероятность ориентировки молнии в направлении объекта, а также, если определить для объекта наиболее и наименее благоприятные ситуации. В этом случае возникает вопрос, существует ли какая либо закономерность в расположении точек удара молнии при прочих равных условиях и как она связана с длиной канала. В случае существования такой закономерности можно было бы вычислить вероятность удара молнии в определенную область и определить зоны, в которых прямой удар в объект можно будет считать наиболее или наименее вероятным.

Исторически, формирование представлений о процессах развития канала молнии ос новывалось на изучении лабораторного искрового разряда, более доступного для исследова ния. Подобный подход является вполне закономерным, поскольку и длинная искра, и молния относятся к одному и тому же классу газоразрядных явлений. Интенсивные исследования молнии начались в 20-30-х годах прошлого века с непосредственных наблюдений за природ ной молнией и воспроизведения искрового разряда в лабораторных условиях. Лабораторные исследования основывались на принципе геометрического подобия и эквивалентности систем стержень-плоскость и лидер молнии- земля. Сравнение результатов лабораторных исследова ний и наблюдений природной молнии показало, что проводящий канал лидера, уже вышед шего из облаков и достигшего достаточно большой длины, по отношению к не пробитой час ти промежутка можно рассматривать как аналог стержневого высоковольтного электрода [2].

ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № Более поздние исследования показали, что на высоте ориентировки2 лидера его траек тория еще не определена однозначно и избирательность3 пути лидера имеет вероятностный характер. Основные положения вероятностного подхода изложены в работе [2]. Этот подход базируется на том утверждении, что даже в лабораторных условиях разряд не всегда развива ется по кратчайшему расстоянию. Отклонения его траектории случайны и равновероятны во всех азимутальных направлениях, а в радиальных направлениях подчиняются нормальному закону с центром рассеяния, совпадающим с вертикальной осью системы стержень - плос кость.

Не подвергая сомнению основные идеи вероятностной модели искрового разряда, в данной работе авторы исходили из более категоричного утверждения, полагая, что искровой разряд реже всего развивается именно по кратчайшему расстоянию. Целью исследований, помимо экспериментального подтверждения этого утверждения, была попытка выяснить, ка кой путь для искрового разряда является наиболее предпочтительным при прочих равных ус ловиях. При этом авторы основывались на том, что если в этом явлении существует опреде ленная закономерность, то она должна быть присуща искровым разрядам любой длины.

Для этого была проведена серия экспериментов по установлению закона распределе ния точек замыкания на землю искровых разрядов различной длины и определению его пара метров на основе статистических испытаний. В качестве модели использовался воздушный промежуток, образованный тонким металлическим стержнем, заостренным на конце, и зазем ленной металлической плоскостью. Исследования, проводившиеся еще на ранних этапах изу чения молнии, показали, что такая модель разрядного промежутка в наибольшей степени от ражает вид молниевого разряда [5]. Напряжение, вызывающее искровой разряд, создавалось высоковольтным генератором импульсного напряжения (ГИН), имеющим положительную полярность.

Для регистрации точек замыкания использовался тонкий бумажный лист в виде ми шени, состоящей из концентрических кругов, радиус которых изменялся с шагом 0,5 см. Ми шень накладывалась на заземленную металлическую пластину размерами 22 м и центриро валась относительно стержня. При этом разряд, возникающий в промежутке, регистрировался визуально, а точка замыкания фиксировалась в виде характерного отверстия (кратера) в ми шени (рис. 1а). Структура наблюдаемого кратера, его ориентация основанием к плоскости и вершиной в сторону стержня косвенно отражает характер нисходящей молнии, т.е. после со прикосновения лидера с плоскостью главный канал распространяется из плоскости к стерж ню [2, 5].

Негативное изображение серии искровых разрядов, выполненное с помощью камеры с открытым затвором через широкополосный светофильтр, представлено на рис. 1б.

В сериях экспериментов на различных участках основного канала разряда неодно кратно наблюдалось его разделение на 2 и более самостоятельных каналов. При этом в мише ни регистрировалось сразу несколько точек, которые в большинстве случаев были доста точно близки. В этом случае для регистрации отбиралась 1 точка по следующим кри териям в порядке их значимости.

1. Регистрируемая точка имеет очевидный наибольший размер кратера (что соответствует наибольшему току разряда).

2. В случае одинаковых размеров кратера отбирается точка, ближайшая к среднему геомет рическому месту всех точек.

3. Точка, имеющая несколько больший кратер, чем остальные, имеет больший вес при опре делении среднего геометрического места точек.

4. При прочих равных условиях отбирается точка, ближайшая к центру мишени.

Высота лидера, с которой начинается ориентирование его траектории по объектам земной поверхно сти.

Под избирательностью искрового разряда обычно понимают его свойство избирать определенное направление движения вплоть до конечной точки траектории [4].

110 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- Рис. 1. Характерный вид отверстия в мишени при попадании искрового разряда (а) и негативное изображение серии искровых разрядов для воздушного промежутка длиной 120 см (б) Всего было проведено 5 серий опытов для разрядных расстояний h = 20, 40, 60, 80 и 120 см.

При обработке результатов определялась частота pi* попаданий в круг определенного радиуса, и определялось статистическое среднее mr* по формуле [6] n mr = xi pi* * % (1) i = где xi - середина интервала с шагом дискретизации мишени, n - количество опытов.

% Предварительная обработка результатов экспериментов показала, что статистические средние расстояния mx* и my* точек замыкания искрового разряда от центра мишени в декар товой системе координат близки к нулю (табл. 1), что косвенно свидетельствует в пользу ги потезы о двумерном нормальном распределении точек замыкания на плоскости.

Таблица Статистические средние отклонения точек замыкания искрового разряда в декартовой системе координат Статистическое среднее Расстояние mx* my* 20 см 0,02 0, 40 см 0,28 0, 60 см 0,32 0, 80 см 0,72 0, 120 см 0,74 0, Для удобства обработки данных исходное двумерное нормальное распределение было заменено круговым распределением (распределением Релея), функция плотности распределе ния которого имеет вид [6] 0, при r 0, ) f ( r= r r 2, при r 0. (2) exp - s 2sr r где f(r) – функция плотности распределения вероятностей случайной величины r (рас стояния от центра мишени);

r – радиальное среднеквадратическое отклонение (СКО).

Далее по результатам каждого эксперимента составлялась соответствующая группи ровка, для которой весь диапазон отклонений точек разбивался на интервалы с определенным шагом. По распределению частот строилась гистограмма и для нее на основе распределения Релея (2) подбиралась аппроксимирующая кривая (рис. 2, 3). В качестве параметра ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № r использовалось статистическое радиальное СКО r*, связанное со статистическим ради альным средним следующим выражением 2* s* = mr. (3) r p Рис. 2. Гистограмма (а) и статистическая функция распределения (б) для разрядного расстояния h = 20 см в сравнении с функциями закона распределения Релея Рис. 3. Гистограмма (а) и статистическая функция распределения (б) для разрядного расстояния h = 40 см в сравнении с функциями закона распределения Релея 112 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- Рис. 4. Гистограмма (а) и статистическая функция распределения (б) для разрядного расстояния h = 60 см в сравнении с функциями закона распределения Релея Рис. 5. Гистограмма (а) и статистическая функция распределения (б) для разрядного расстояния h = 80 см в сравнении с функциями закона распределения Релея Рис. 6. Гистограмма (а) и статистическая функция распределения (б) для разрядного расстояния h = 120 см в сравнении с функциями закона распределения Релея ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № Проверка правдоподобия гипотезы о соответствии аппроксимирующей кривой стати стическим данным осуществлялась с помощь критерия согласия Пирсона, для чего вычисля лась мера расхождения 2 по формуле [6] ( mi - npi ) k c =, (4) npi i = где k – количество интервалов, i – номер интервала, n – количество опытов, mi – коли чество попаданий в i-й интервал.

Число степеней свободы распределения 2 определялось выражением s = k - 3 с уче том 3 связей: по площади, по математическому ожиданию и по дисперсии. Результаты обра ботки статистических данных, полученных в ходе экспериментов, представлены в таблицах 2-6.

Таблица Группировка результатов опыта для стержня на высоте 20 см r, см 0;

1 1;

2 2;

3 3;

4 4;

5 5;

m 3 12 14 12 7 p* 0,0600 0,2400 0,2800 0,2400 0,1400 0, p 0,0960 0,2361 0,2646 0,2043 0,1188 0, 2i 0,6742 0,0032 0,0447 0,3122 0,1901 0, Таблица Группировка результатов опыта для стержня на высоте 40 см r, см 0;

1,5 1,5;

3 3;

4,5 4,5;

6 6;

7,5 7,5;

9 9;

10,5 10,5;

12 12;

13,5 13,5;

m 6 10 16 24 17 12 8 3 3 p* 0,0600 0,1000 0,1600 0,2400 0,1700 0,1200 0,0800 0,0300 0,0300 0, p 0,0472 0,1286 0,1769 0,1858 0,1628 0,1232 0,0819 0,0483 0,0254 0, 2i 0,3489 0,6351 0,1616 1,5830 0,0321 0,0083 0,0044 0,6940 0,0822 0, Таблица Группировка результатов опыта для стержня на высоте 60 см r, см 0;

1,5 1,5;

3 3;

4,5 4,5;

6 6;

7,5 7,5;

9 9;

10, m 1 6 10 12 13 12 p* 0,0100 0,0600 0,1000 0,0120 0,1300 0,1200 0, p 0,0214 0,0616 0,0942 0,1158 0,1253 0,1234 0, 2i 0,6103 0,0041 0,0361 0,0151 0,0178 0,0093 0, Таблица 4 (продолжение) r, см 10,5;

12 12;

13,5 13,5;

15 15;

16,5 16,5;

18 18;

19,5 19,5;

m 11 3 6 5 4 3 p* 0,1100 0,0300 0,0600 0,0500 0,0400 0,0300 0, p 0,0960 0,0770 0,0583 0,0419 0,0285 0,0185 0, 2i 0,2052 2,8679 0,0048 0,1581 0,4629 0,7219 0, Таблица Группировка результатов опыта для стержня на высоте 80 см r, см 0;

2 2;

4 4;

6 6;

8 8;

10 10;

12 12;

m 4 7 13 17 22 19 p* 0,0308 0,0539 0,1000 0,1308 0,1692 0,1462 0, p 0,0265 0,0753 0,1128 0,1345 0,1397 0,1307 0, 2i 0,0903 0,7953 0,1887 0,0136 0,8132 0,2380 0, Таблица 5 (продолжение) r, см 14;

16 16;

18 18;

20 20;

22 22;

24 24;

26 26;

m 10 10 6 3 1 2 p* 0,0769 0,0769 0,0462 0,0231 0,0077 0,0154 0, p 0,0890 0, 0658 0, 0454 0,0294 0,0179 0,0103 0, 2i 0,2119 0,2466 0,0015 0,1781 0,7572 0,3345 0, 114 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- Таблица Группировка результатов опыта для стержня на высоте 120 см r, см 0;

2 2;

4 4;

6 6;

8 8;

10 10;

12;

m 8 6 12 18 23 28 p* 0,0264 0,0198 0,0396 0,0594 0,0759 0, 0, p 0,0112 0,0328 0,0523 0,0685 0,0804 0, 0, 2i 6,2668 1,5653 0,9342 0,3622 0,0776 0, 0, Таблица 6 (продолжение) r, см 14;

16 16;

18 18;

20 20;

22 22;

24 24;

26 26;

m 29 29 24 23 16 15 p* 0,0957 0,0957 0,0792 0,0759 0,0528 0,0495 0, p 0,0895 0,0847 0,0774 0,0683 0,0584 0,0485 0, 2i 0,1312 0,4307 0,0132 0,2562 0,1643 0,0062 0, Таблица 6 (продолжение) r, см 28;

30 30;

32 32;

34 34;

36 36;

38 38;

40 40;

m 11 8 6 4 1 1 p* 0,0363 0,0264 0,0198 0,0132 0,0033 0,0033 0, p 0,0307 0,0234 0,0174 0,0126 0,0089 0,0061 0, 2i 0,3123 0,1155 0,1005 0,0088 1,0643 0,3922 0, В табл. 7 представлены обобщенные результаты экспериментов, которые показали, что для всех исследованных разрядных расстояний наблюдаемое расхождение между стати стическим и теоретическим распределением (распределением Релея) отклонения точек замы кания искрового разряда от центра с достаточно высокой вероятностью можно отнести за счет случайных причин.

Таблица Обобщенные результаты экспериментов mr*, см r*, см Р(2) h, см n 20 50 2,790 2,226 0, 40 100 6,048 4,825 0, 60 100 9,030 7,205 0, 80 130 10,819 8,633 0, 120 303 16,709 13,332 0, Учитывая, что для распределения Релея мода (наиболее вероятное значение случай ной величины) равна СКО, по данным таблицы 7 можно отметить, что средний радиус ок ружности, на которую разряды попадают наиболее часто, при увеличении разрядного рас стояния h увеличивается практически линейно (по крайней мере, до расстояния 120 см). Рас положение точек, соответствующих значениям статистического радиального СКО, таково, что каждая из них лежит вблизи некоторой прямой. Это позволяет аппроксимировать наблю даемую зависимость простой эмпирической формулой вида y = kx + b. Параметры этой фор мулы определялись по способу средней [7]. При этом значения статистического радиального СКО разбивались на две группы, и для каждой группы определялись суммы невязок. Прирав нивая суммы невязок к нулю, для обеих групп была составлена система линейных уравнений вида x1 k + n1 b = y1, x2 k + n2 b = y2. (5) где x1, x2 - суммы абсцисс точек первой и второй группы;

y1, y2 - суммы ординат то чек первой и второй группы;

n1, n2 - количество точек в первой и второй группе;

k, b – искомые коэффициенты эмпирической формулы.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.