Автоматизированный комплекс имитации вторичного воздействия разряда молнии
Владельцы патента RU 2280259:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" (RU)
Изобретение относится к комплексам для испытаний электронных систем управления и контроля на сильные электромагнитные импульсы, а именно к комплексам, имитирующим вторичные воздействия разрядов молнии. Технический результат: устранение субъективного влияния оператора на проведение испытаний, облегчение процесса управления испытаниями и регистрации результатов, уменьшение затрат времени на проведение испытаний и повышение их достоверности. Сущность: комплекс снабжен регулируемым источником напряжения, блоком управления амплитудой и полярностью воздействий, персональной ЭВМ, генератором импульсов, генератором «короткой волны», генератором «колебательной волны», блоком управления последовательностью воздействий, коммутатором воздействий, электронным ключом, схемой управления периодичностью и количеством воздействий, коммутатором регистрации, устройством контактного ввода, индуктором, осциллографом и блоком управления коммутатором регистрации. 5 ил.
Изобретение относится к комплексам для испытаний электронных систем управления и контроля на сильные электромагнитные импульсы, а именно к комплексам, имитирующим вторичные воздействия разрядов молнии.
В процессе эксплуатации электронные системы управления и контроля авиадвигателей и энергетических установок подвергаются воздействию разрядов атмосферного электричества. Молния, развиваясь вблизи летательного аппарата (ЛА) или при непосредственном поражении его, создает наведенные напряжения и токи в электронных блоках аппаратуры и соединительных жгутах и кабелях между ними, что может привести к сбоям и отказам в работе электронного оборудования.
Усложнение электромагнитной обстановки на борту летательного аппарата, связанное с увеличением количества электронных блоков и устройств, созданием разветвленных линий связи, увеличением мощности источников электроэнергии, потребовало создания специального автоматизированного комплекса для проведения всестороннего исследования помехозащищенности систем от вторичных воздействий разрядов молнии в лабораторных условиях до выхода на двигательные стенды и летающие лаборатории.
Аналогичные устройства для проведения испытаний на молниестойкость, применяемые в настоящее время, имеют серьезный недостаток, так как позволяют проводить испытания только на отдельные виды вторичных воздействий разряда молнии, при этом установка уровней напряжений испытательных импульсов и управление формированием импульсов осуществляется в ручном режиме, что приводит к погрешности по величине устанавливаемой амплитуды импульсов и к нестабильности интервалов повторения импульсов. Проведение испытаний на такой аппаратуре требует больших временных затрат.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому и принятым за прототип является имитатор с накопительной емкостью, схема которого приведена в книге: И.С.Гурвич. «Защита ЭВМ от внешних помех». М.: Энергоатомиздат, 1984, стр.133, 134, рис.5.5.
Основными недостатками данного устройства являются: недостаточная точность в установке амплитуды формируемых импульсов, отсутствие автоматического изменения полярности импульсов, невозможность создания пачек импульсов при проведении испытаний, отсутствие средств автоматизации отображения и регистрации результатов и формирование только одного вида воздействий: импульсов экспоненциальной формы.
Задачей заявляемого технического решения является обеспечение проведения испытаний, отображения и регистрации результатов испытаний на вторичные воздействия разряда молнии в полностью автоматизированном режиме, что устраняет субъективное влияние на проведение испытаний, снижает затраты времени на проведение испытаний, повышает точность формирования испытательных воздействий и позволяет формировать различные варианты по последовательности и полярности воздействий, при этом могут формироваться как одиночные импульсы, так и пачки импульсов.
Технический результат достигается в заявляемом автоматизированном комплексе имитации вторичных воздействий разряда молнии, который позволяет проводить испытания и исследования электронного оборудования на соответствие современным стандартам и нормативным документам при полной автоматизации процесса проведения испытаний, отображения и регистрации результатов.
Для этого заявленный комплекс снабжен регулируемым источником напряжения, блоком управления амплитудой и полярностью воздействий, персональной ЭВМ, генератором импульсов, генератором «короткой волны», генератором «колебательной волны», блоком управления последовательностью воздействий, коммутатором воздействий, электронным ключом, схемой управления периодичностью и количеством воздействий, коммутатором регистрации, устройством контактного ввода, индуктором, осциллографом и блоком управления коммутатором регистрации, при этом выход регулируемого источника напряжения соединен со входами генератора импульсов, генератора «короткой волны» и генератора «колебательной волны», выходы которых соединены со входами коммутатора воздействий, выход которого соединен со входом электронного ключа, а выходы ключа соединены со входом индуктора и входом устройства контактного ввода, выход которого соединен с первым входом коммутатора регистрации, а выход индуктора соединен со вторым входом коммутатора регистрации, выход коммутатора регистрации соединен со входом осциллографа, выходы персональной ЭВМ соединены со входами блока управления амплитудой и полярностью воздействий, блока управления последовательностью воздействий, схемы управления периодичностью и количеством воздействий и блока управления коммутатором регистрации, выход блока управления амплитудой и полярностью воздействий соединен со входом регулируемого источника напряжения, выход блока управления последовательностью воздействий соединен со входом коммутатора воздействий, выход схемы управления периодичностью и количеством воздействий соединен с управляющим входом электронного ключа, выход блока управления коммутатором регистрации соединен с управляющим входом коммутатора регистрации.
Экспериментально установлено, что при попадании молнии в летательный аппарат в электрических цепях бортовой аппаратуры наводится импульс напряжения, имеющий сложную полигармоническую форму, из которой можно выделить три основных составляющих, которые соответствуют определенным физическим факторам:
- в однопроводных цепях наводятся импульсы напряжений за счет проникновения электромагнитного поля через обшивку ЛА по форме, близкие к току, протекающему по обшивке. Эти импульсы соответствуют «длинной волне» и формируются в заявляемом комплексе генератором импульсов;
- в двухпроводных, не связанных электрически с корпусом ЛА, преобладает составляющая, близкая по форме к производной тока молнии. Эти импульсы соответствуют импульсу «короткой волны» и формируются в заявляемом комплексе генератором «короткой волны»;
- третья составляющая имеет вид высокочастотных затухающих колебаний. Ее возникновение объясняется тем, что канал молнии и ЛА имеют различные волновые сопротивления. За счет этого ток, протекающий по ЛА, многократно отражаясь от начальной и конечной точек протекания по ЛА, имеет колебательную форму. В заявляемом комплексе этот вид воздействий формируется генератором «колебательной волны».
Формирование уровней напряжений испытательных импульсов и формирование пачек импульсов без средств автоматизации вносит в проведение испытаний значительный субъективный фактор, что приводит к погрешности по величине устанавливаемой амплитуды импульсов и к нестабильности формирования интервалов в подаче воздействий.
Для преодоления указанных недостатков в заявляемом комплексе предусмотрен коммутатор воздействий, блок управления амплитудой и полярностью воздействий, блок управления последовательностью воздействий, связанные с ПЭВМ. Программное обеспечение в ходе испытаний позволяет выбирать вид воздействия, задавать требуемые параметры воздействия и управлять работой комплекса в процессе проведения испытаний.
Испытательные импульсы регистрируют с помощью запоминающих осциллографов. Однако при задании пачек испытательных импульсов напряжения с коротким промежутком времени без средств автоматизации отсутствует возможность их регистрации. В заявляемом комплексе предусмотрено специальное программное обеспечение, позволяющее осуществлять связь осциллографа через коммутатор регистрации и блок управления коммутатором регистрации с ПЭВМ и отображать форму и параметры испытательных воздействий, а также определять их спектральную плотность в процессе проведения испытаний. При подаче пачек импульсов с коротким промежутком времени, кроме отображения на мониторе, форма и параметры подаваемых воздействий записываются в память ПЭВМ в специальный файл регистрации, что дает возможность просмотреть их после проведения испытаний и формировать твердую копию результатов испытаний.
Заявленный автоматизированный комплекс имитации вторичных воздействий разряда молнии реализует следующие функции:
- выбор типа воздействий и последовательности их подачи;
- формирование параметров одиночных и различных пачек испытательных импульсов (задаются амплитуда и полярность импульсов, их количество и периодичность следования и т.д.);
- выдачи команды на генерацию испытательных импульсов и блокировки процесса испытаний при отказе исследуемой аппаратуры;
- выбор способа подачи воздействий (через устройство контактного ввода или индуктор);
- автоматическое отображение, регистрацию и накопление информации о испытательных воздействиях в процессе проведения исследований.
Выполнение всех этих функций в автоматизированном комплексе поддерживается специальным программным обеспечением.
На фиг.1 изображена схема заявляемого автоматизированного комплекса имитации вторичного воздействия разряда молнии.
На фиг.2 изображен полигармонический импульс напряжения, наводимый в электрических цепях бортовой аппаратуры от разрядов молнии.
На фиг.3 изображен пример испытательного воздействия типа «длинная волна». Например, импульс имеет следующие параметры: время нарастания напряжения до максимального значения составляет 2,0 мкс, время спада до 50% уровня составляет 60 мкс.
На фиг.4 изображен пример испытательного воздействия типа «короткая волна». Например, импульс имеет следующие параметры: время нарастания напряжения до максимального значения составляет 0,1 мкс, время спада до нулевого значения составляет 2 мкс.
На фиг.5 изображен пример испытательного воздействия типа «колебательная волна».Например, импульс имеет следующие параметры: частота колебаний составляет 1,1 МГц с затуханием в 2,7 раза от начального уровня в течение 4 периодов.
Уровень амплитуды напряжения испытательных импульсов устанавливается в зависимости от места размещения оборудования на борту ЛА и может изменяться от 125 В до 3200 В, а в некоторых случаях и выше.
Автоматизированный комплекс имитации вторичных воздействий разряда молнии, схема которого изображена на фиг.1, содержит: регулируемый источник 1 напряжения, блок 2 управления амплитудой и полярностью воздействий, персональную ЭВМ 3, генератор 4 импульсов, генератор 5 короткой волны, генератор 6 колебательной волны, блок 7 управления последовательностью воздействий, коммутатор 8 воздействий, электронный ключ 9, схему 10 управления периодичностью и количеством воздействий, коммутатор 11 регистрации, устройство 12 контактного ввода, индуктор 13, осциллограф 14 и блок 15 управления коммутатором 11 регистрации.
Заявляемый автоматизированный комплекс имитации вторичных воздействий разряда молнии работает следующим образом.
Перед началом работы испытуемое оборудование размещается на испытательном столе (не показано). Проводятся контрольные исследования испытуемого оборудования на функционирование без приложения испытательных воздействий. Выбираются точки приложения воздействий различного типа. Затем в диалоговом режиме работы с ПЭМВ выбирается вид воздействий («длинная», «короткая» или «колебательная»), задается полярность воздействий, уровень напряжения воздействий, количество подаваемых испытательных импульсов и интервал их следования в пачке. Воздействия подаются через индуктор и устройство контактного ввода. Работа устройства контактного ввода в ходе испытаний контролируется по световому индикатору. Форма и параметры испытательных воздействий, показанные на фиг.3, 4 и 5, отображаются на мониторе и записываются в специальный файл регистрации.
В ходе испытаний подтверждается работоспособность испытуемого оборудования или определяются границы, где могут наблюдаться сбои в работе испытуемого оборудования и различного типа отказы (восстанавливаемые и невосстанавливаемые).
Заявляемый автоматизированный комплекс имитации вторичного воздействия разряда молнии позволяет проводить испытания на молниестойкость электронных и цифровых систем управления и контроля авиадвигателей и энергетических установок в полном объеме современных требований в автоматизированном режиме. При этом заявляемый комплекс превосходит использовавшиеся ранее испытательное оборудование, т.к. позволяет устранить субъективное влияние на проведение испытаний, облегчить процесс управления испытаниями и регистрации результатов, уменьшить затраты времени на проведение испытаний и повысить их достоверность.
Автоматизированный комплекс имитации вторичного воздействия разряда молнии, включающий регулируемый источник напряжения, генератор импульсов, электронный ключ и схему управления периодичностью и количеством воздействий, отличающийся тем, что он снабжен персональной ЭВМ, генератором «короткой волны», генератором «колебательной волны», блоком управления амплитудой и полярностью воздействий, коммутатором воздействий, блоком управления последовательностью воздействий, устройством контактного ввода, индуктором, коммутатором регистрации, блоком управления коммутатором регистрации и осциллографом, при этом выход регулируемого источника напряжения соединен со входами генератора импульсов, генератора «короткой волны» и генератора «колебательной волны», выходы которых соединены со входами коммутатора воздействий, выход которого соединен со входом ключа, а выходы электронного ключа соединены со входом индуктора и входом устройства контактного ввода, выход которого соединен с первым входом коммутатора регистрации, а выход индуктора соединен со вторым входом коммутатора регистрации, выход коммутатора регистрации соединен со входом осциллографа, выходы персональной ЭВМ соединены со входами блока управления амплитудой и полярностью воздействий, блока управления последовательностью воздействий, схемы управления периодичностью и количеством воздействий и блока управления коммутатором регистрации, выход блока управления амплитудой и полярностью воздействий соединен со входом регулируемого источника напряжения, выход блока управления последовательностью воздействий соединен со входом коммутатора воздействий, выход схемы управления периодичностью и количеством воздействий соединен с управляющим входом электронного ключа, выход блока управления коммутатором регистрации соединен с управляющим входом коммутатора регистрации.
