ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЖГУТОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ С УЧЕТОМ ПЕРЕКРЕСТНЫХ ПОМЕХ. Проектирование электрических жгутов электротехнических комплексов летательных аппаратов с учетом перекрестных помех

• Название: Проектирование электрических жгутов электротехнических комплексов летательных аппаратов с учетом перекрестных помех
• Анкор: ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЖГУТОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ С УЧЕТОМ ПЕРЕКРЕСТНЫХ ПОМЕХ
• Дата: 15.06.2022
• Размер: 4.32 Mb.
• Имя файла: Dissertatsiya.pdf
• Тип: Диссертация; #594728
• страница: 4 из 8

.
Пути прокладывания двух жгутов, определенные с учетом перекрестных помех между поводниками изображен графе рис 3.3.д. Центральный электрический жгут, так как указанные в примере проводники несовместимы, разделен на два центральных электрических жгута. Первый центральный электрический жгут проходит по пути между вершинами 1, 4, 7, 10, 11, второй между вершинами 4, 6, 8. Боковые жгуты- ответвления проходят уровням графа.
Суммарная длина проводников в случае с несовместимыми проводниками увеличилась и составляет 148 (144) условных единиц, что превышает суммарную длину проводников в электрическом жгуте для случая, когда все проводники совместимы. Такое превышение суммарной длины проводников является результатом разделения центрального электрического жгута с целью размещения несовместимых проводников в различных жгутах.
Построенные компьютерной программой пути прокладывания электрических жгутов на графе отображаются в трассы электрических жгутов на геометрической схеме конструкции электротехнического комплекса.
Таким образом, разработан алгоритм прокладывания путей электрических жгутов электротехнических комплексов летательных аппаратов, позволяющий минимизировать суммарную длину проводников с учетом электромагнитной совместимости.

64 а) б) в) д)
Рис. 3.3. Пути прокладывания первого и второго жгутов на графе с учетом перекрестных помех проводников.

65
4.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРЕКРЕСТНЫХ
ПОМЕХ
4.1
Экспериментальные
исследования
перекрестных
помех
в
электрических жгутах с неоднородностями экранов
При проектировании электрических жгутов бортовой сети летательных аппаратов, помимо схемотехнических, электротехнических, энергетических, исходных данных и особенностей конструкции электротехнического комплекса летательного аппарата, необходимо учитывать перекрестные помехи между проводниками двухпроводных линий, объединенных в электрические жгуты. Для ослабления перекрестных помех двухпроводные линии в электрических жгутах бортовой сети экранируются, при этом уровни перекрестных помех зависят от эффективности экранирования. Применение экранов, например, плетеных экранов для витых пар проводников в электрическом жгуте во многих случаях позволяет достигнуть значительного уменьшения уровня перекрестных помех [1– 4, 56]. В электрическом жгуте, состоящим из экранированных проводников двухпроводных линий эффективность ослабления перекрестных помех между двухпроводными линиями зависит от параметров экранов, величины переходных сопротивлений контактов между экранами и электрическими соединителями и от наличия неоднородностей [17, 37 – 44]. Неоднородности экранов жгутов могут проявляться в виде зазоров между участками экранов и корпусами электрических соединителей. Наличие таких зазоров приводит к появлению неэкранированных, следовательно, и незащищенных от воздействия перекрестных помех участков проводников электрического жгута.
В соответствии с требованием стандарта экраны проводников жгута и корпуса электрических соединителей должны быть металлизированы, т.е. иметь электропроводное соединение, например, с помощью перемычки с

66 переходным сопротивлением не более 0,2 МОм [7 – 10, 20]. Наличие перемычки в зазоре между экраном проводников электрического жгута и электрическим соединителем обеспечивает электропроводное соединение экрана жгута с корпусом электрического соединителя, но при этом недостаточно эффективно защищает проводники электрического жгута от воздействия перекрестных помех. На практике также встречаются случаи монтажа электрических жгутов с неоднородностями экранов, когда с одной стороны электрического жгута отсутствует электропроводное соединение в виде перемычки между экраном проводников жгута и электрическим соединителем. При этом, очевидно, что неоднородности экранов проводников в виде зазоров являются участками проникновения и распространения перекрестных помех в проводниках электрических жгутов электротехнических комплексов летательных аппаратов.
В связи с тем, что наличие неоднородностей экранов в виде зазоров между экранами проводников и корпусами электрических соединителей может приводить к проникновению и распространению перекрестных помех возникает необходимость исследования в широком частотном диапазоне зависимости уровней перекрестных помех от наличия зазора и его размеров. Учитывая то, что возможны случаи отсутствия или нарушения электропроводного соединения в зазорах между экранами жгутов и корпусами электрических соединителей практическое значение имеет оценка для данных случаев уровней перекрестных помех.
Для исследования перекрестных помех был использован макет электрического жгута. Макет электрического жгута для измерения уровней перекрестных помех составлен из двух витых пар проводников: неэкранированная витая пара проводников (витая пара1); экранированная витая проводников (витая пара 2). Электрическая схема макета электрического жгута проводников приведена на рис 4.1

67
В схеме макета жгута неэкранированная витая пара проводников жгута подключена к генератору и является источником перекрестных помех. Экранированная витая пара проводников с неоднородностью экрана в виде зазора между экраном и корпусом электрического соединителя, в макете жгуте является рецептором перекрестных помех и подключена к измерительному приемнику для определения уровней перекрестных помех.
Витые пары проводников, длиной 1 м нагружены на экранированные сопротивления 50 Ом. Между экраном витой пары 2 и корпусом электрического соединителя со стороны подключения к измерительному приемнику зазор отсутствует и экран витой пары имеет электрический контакт по всему контуру корпуса электрического соединителя. Зазор образован между экраном витой пары 2 и корпусом электрического соединителя со стороны подключения к витой паре сопротивления нагрузки. Для исследования влияния размеров зазора между экраном витой пары 2 и корпусом электрического соединителя на уровень перекрестной помехи длина зазора изменялась. Исследования уровней перекрестных помех проводились для зазоров длиной 20 мм, 50 мм, 100 мм и 200 мм путем прямого подключения неэкранированной витой пары проводников к высокочастотному
«tracking» генератору входящему в состав измерительного приемника HMS – X. Выходная мощность «tracking» генератора устанавливалась 0 дБм, (1мвт), что создает напряжение на нагрузку 50 Ом 107 дБ мкВ, (

224 мВ).
Измерение напряжения перекрестной помехи на витой паре 2 производилось, синхронизированным с генератором измерительным приемником, работающим в режиме спектроанализатора в регулируемом частотном диапазоне от 100 кГц до 1000 МГц. Уровни перекрестной помехи витой пары 2 измерялись, как при соединении электропроводной перемычкой («косичкой») экрана и корпуса электрического соединителя, так и при отсутствии соединения.

68
Рис. 4.1. Электрическая схема макета электрического жгута для исследования перекрестных помех витых пар проводников: 1 – неэкранированная витая пара проводников (витая пара 1); 2 – экранированная витая пара проводников (витая пара 2); 3 – перемычка; Г – генератор; ИП – измерительный приемник; R
н
– сопротивление нагрузки.

69
На рис 4.2 приведены частотные диаграммы перекрестных помех экранированной витой пары 2 макета электрического жгута. Частотной диаграмме 1 соответствует перекрестная помеха, витой пары 2 с экраном без зазоров и при наличии электропроводного контакта с двух сторон концов экрана с корпусами электрических соединителей. Величина переходного сопротивления контактов удовлетворяет требованиям стандарта [17, 58].
Частотная диаграмма 2 соответствует перекрестной помехе, экранированной витой пары 2 с зазором длиной 20мм. Экран витой пары соединен с корпусом электрического соединителя электропроводной перемычкой в соответствии с требованиями [23]. Для сравнения на рис 4.2 приведена частотная диаграмма 3 перекрестной помехи, витой пары 2 без экрана. На рис 4.3 приведены частотные диаграммы перекрестных помех экранированной витой пары 2 с зазорами длиной 50 мм, 100 мм и 200 мм.
Зазоры созданы с одной стороны макета жгута при условии соединения электропроводной перемычкой экрана витой пары 2 с корпусом электрического соединителя. Переходное сопротивление электропроводных перемычек для разных длин зазоров также удовлетворяет требованиям стандарта [34]
На рис. 4.4
приведены частотные диаграммы перекрестных помех витой пары 2 макета электрического жгута с зазорами с одной стороны макета жгута длиной 20 мм, 50 мм, 100 мм, без электропроводных перемычек между экраном и корпусом электрического соединителя.
Из анализа частотной диаграммы 2 на рис 4.2 следует, что для неэкранированной витой пары 2 перекрестная помеха достигает максимального значения 103 дБмкВ (141мВ), что составляет 0,63 от напряжения, создаваемого генератором в цепи витой пары 1. Экранирование витой пары 2 гибким плетеным экраном без зазоров с обеих концов электрического жгута приводит к значительному уменьшению уровней перекрестной помехи на всем частотном диапазоне. Максимальное значение перекрестной помехи на частотной диаграмме 3 для экранированной витой пары 2 составляет 71 дБмкВ ( 4 мВ).

70
Рис. 4.2 Частотные диаграммы перекрестных помех в диапазоне
(0,1–1000) МГц витой пары 2 макета электрического жгута: 1 – частотная диаграмма перекрестной помехи, экранированной витой пары; 2- при отсутствии зазоров между экраном и корпусом электрического соединителя;
3 – частотная диаграмма перекрестной помехи экранированной витой пары 2 с зазором длиной 20 мм и электропроводной перемычкой между экраном проводников и корпусом электрического соединителя.

71
Как следует из частотной диаграммы 2 на рис 4.2 максимальное значение перекрестной помехи случае, когда экран витой пары 2 имеет зазор длиной l = 20 мм и соединен электропроводной перемычкой с корпусом электрического соединителя составляет 95,3 дБмкВ ( 58 мВ). Появление зазора между экраном витой пары номер 2 и корпусом электрического соединителя при даже при наличии электропроводной перемычки приводит к значительному возрастанию максимального значения перекрестной помехи по отношению к максимальному значению перекрестной помехи, экранированной витой пары 2 без зазора. Как следует из анализа частотных диаграмм на рис 4.3 при дальнейшем увеличении длины зазора экрана витой пары 2 происходит увеличение уровня перекрестной помехи. Диаграммы на рис 4.3 получены при условии, что экран витой пары 2 соединен, независимо от длины зазора, электропроводной перемычкой с корпусом электрического соединителя. При длинах зазора: l = 50 мм; 100 мм; 200 мм максимальные значения перекрестной помехи составляют U
П
= 94,4 дБмкВ ( 53мВ), U
П
=
93,9 дБмкВ ( 50мВ), U
П
= 93 дБмкВ ( 45мВ) соответственно. Максимальные значения перекрестных помех при различных длинах зазоров значительно превышают максимальное значение перекрестной помехи, витой пары 2 с экраном без зазоров. Сравнение максимальных значений перекрестных помех для различных длин зазоров позволяет сделать вывод о том, что на величину перекрестной помехи в данном случае влияет не длина зазора, а факт его наличия.
Наибольших уровней перекрестная помеха достигает в случае, когда экран витой пары 2 не соединен перемычкой корпусом электрического соединителя.
Максимальные значения уровней перекрестных помех, частотные диаграммы которых приведены на рис 4.4, для различных длин зазора l = 20 мм, 50 мм, 100 мм в отсутствии соединения электропроводной перемычкой экрана и корпуса электрического соединителя равны: U
п
= 95,2 дБмкВ ( 58 мВ); U
п
= 98,4 дБмкВ
( 83 мВ), U
п
= 99,5 дБмкВ ( 94 мВ) соответственно.

72
Рис. 4.3. Частотные диаграммы перекрестных помех в диапазоне (0,1–
1000) МГц витой пары 2 макета электрического жгута с зазором и электропроводной перемычкой между экраном и корпусом электрического соединителя:1 – частотная диаграмма перекрестной помехи экранированной витой пары 2 с зазором 50 мм; 2 – частотная диаграмма перекрестной помехи, экранированной витой пары 2 с зазором 100 мм; 3 – частотная диаграмма перекрестной помехи, экранированной витой пары 2 с зазором 200 мм.

73
Из сравнения данных результатов с результатами измерения в предыдущих случаях следует что, при отсутствии соединения электропроводной перемычкой экрана витой пары и корпуса электрического соединителя максимальные значения перекрестной помехи возрастают.
Наличие неоднородностей экранов витых пар макета модуля электрического жгута в виде зазоров между экраном витой пары проводников и корпусом электрического соединителя, соединенных электропроводной перемычкой, приводит к более высоким уровням перекрестных помех по сравнению с уровнями перекрестных помех экранированной витой пары без зазоров. Из полученных результатов измерений следует, что увеличение длины зазора от 20 мм до 200 мм не оказывает пропорционального влияния на максимальное значение уровней перекрестных помех. На возрастание максимальных значений уровней перекрестных помех витой пары с зазором по отношению к уровням помех полностью экранированной витой пары влияет факт наличия зазора. Наибольшее увеличение уровней перекрестных помех происходит при отсутствии электропроводной перемычки между экраном витой пары и корпусом электрического соединителя.
Образование зазоров при монтаже электрических жгутов, состоящих из экранированных пар проводников, даже при наличии электропроводных перемычек между экранами витых пар проводников и электрическими соединителями проводит к появлению перекрестных помех уровни которых могут ухудшать качество функционирования бортовых приборов и устройств электротехнических комплексах летательных аппаратов.

74
Рис. 4.4. Частотные диаграммы перекрестных помех витой пары 2 макета электрического жгута с зазором и без электропроводной перемычки между экраном проводников электрического жгута и корпусом электрического соединителя: 1 – частотная диаграмма перекрестной помехи, экранированной витой пары 2 с зазором 20 мм; 2
– частотная диаграмма перекрестной помехи экранированной витой пары 2 с зазором 50 мм; 3 – частотная диаграмма перекрестной помехи экранированной витой пары 2 с зазором 100 мм.

75
4.2 Исследование перекрестных помех в электрических соединителях
Из-за наличия емкостных и индуктивных связей между контактами электрических соединителей возникают перекрестные помехи, которые могут нарушать условия электромагнитной совместимости в электрических жгутах, ухудшать качество функционирования бортовых приборов и устройств электротехнических комплексов [8, 11, 17, 20, 29, 34]. При оценивании уровней перекрестных помех в бортовой сети летательных аппаратов, помимо перекрестных помех между проводниками электрических жгутов и электрическими жгутами, необходимо учитывать количественную оценку перекрестных помех, возникающих между контактами электрических соединителей.
В процессе полета летательный аппарат может подергаться воздействию техногенных высокочастотных электромагнитных полей. Проникая во внутреннее пространство конструкции летательного аппарата электромагнитные поля воздействуют на бортовые системы электротехнического комплекса и, в частности, на наиболее восприимчивые к излучаемым электромагнитным помехам электрические жгуты бортовой сети
[8, 11, 17, 20, 29, 34, 44 – 56]. Под воздействием проникающего внешнего электромагнитного поля большой напряженности в электрических жгутах электротехнического комплекса могут наводиться и распространяться перекрестные высокочастотные электромагнитные помехи в частотном диапазоне (0,1–1000) МГц.
Распространение перекрестных электромагнитных помех в электрических жгутах бортового электротехнического комплекса происходит через емкостные и индуктивные связи между проводниками электрических жгутов и контактами электрических соединителей.
Перекрестные помехи между проводниками двухпроводных линий в жгуте и между жгутами могут быть ослаблены если проводники, например,

76 витые пары проводников, или целиком жгуты экранированы и их экраны не имеют неоднородностей и разрывов с кожухами электрических соединителей
[20]. Контакты электрических соединителей, конструктивно расположенные в изолирующем диэлектрическом корпусе не экранированы и емкостные связи между ними, создают пути распространения перекрестных помех, которые переходят на смежные пары проводников и распространяются по бортовой электрической сети. Уровни перекрестных помех, распространяющихся через контакты электрических соединителей, могут превышать допустимые нормативные значения, заданные для чувствительных элементов бортового комплекса летательного аппарата даже при экранировании пар проводников в жгутах и самих жгутов бортовой электрической сети. Поэтому при проектировании бортовой электрической сети, состоящей из экранированных жгутов и электрических соединителей, необходимо оценивать уровни перекрестных помех, не только между проводниками электрических жгутов, но и между контактами электрических соединителей.
Для исследования перекрестных помех были использованы электрические соединители двух типов схемы которых приведены на рис 4.5 и рис 4.6, соответственно.
Схема исследования перекрестных помех между контактами соединителя первого типа (РП14 – 30ЛО) приведена на рис 4.5. Контакты электрического соединителя соединяются с генератором высокой частоты, нагрузкой и приемником коаксиальными кабелями. Напряжение от генератора через контакты 1, 2 электрического соединителя подается на согласованную нагрузку сопротивлением 50 Ом с помощью коаксиальных кабелей.
Измерительный приемник соединяется с согласованной нагрузкой сопротивлением 50 Ом через другую пару контактов, например, 5 и 6 (рис 4.5) также с помощью коаксиальных кабелей.

77
Рис. 4.5. Схема исследования перекрестной помехи между контактами электрического соединителя первого типа: Г – генератор; ИП – измерительный приемник; R
н
– сопротивление экранированной нагрузки.

78
Рис. 4.6. а) схема исследования перекрестной помехи между контактами электрического соединителя второго типа: Г – генератор; ИП – измерительный приемник; R
н
– сопротивление экранированной нагрузки; б) – схема расположения контактов.

79
Схема исследования перекрестных помех электрического соединителя второго типа (СНЦ23 – 10/18Р – 6 – В) приведена на рис. 4.6а. На рис 4.6б приведена схема расположения контактов данного электрического соединителя.
Для оценивания влияния первой пары контактов 1, 2 на остальные пары контактов электрических соединителей измерительный приемник с согласованной нагрузкой поочередно подключается у электрического соединителя первого типа к парам контактов 3, 4; 5, 6; 9, 10 и у электрического соединителя второго типа к парам контактов 3, 4; 6, 7; 9, 10.
В схемах рис. 4.5 и рис. 4.6. пара контактов 1, 2 подключенная к генератору является источником перекрестной помехи. Остальные, указанные пары контактов, к которым подключается измерительный приемник являются рецепторами перекрестной помехи.
К паре контактов 1, 2 электрических соединителей подключался высокочастотный «tracking» генератор, входящий в состав измерительного приемника HMS – X. Выходная мощность «tracking» генератора устанавливалась 0 дБм, (1 мвт), что создает на нагрузке 50 Ом и соответственно между контактами 1 и 2 напряжение 107 дБмкВ, (224 мВ), которое уменьшается с увеличением частоты генератора. Измерение напряжения перекрестной помехи на контактах-рецепторах производилось, синхронизированным с генератором, измерительным приемником, работающим в режиме спектроанализатора в регулируемом частотном диапазоне от 100 кГц до 3000 МГц. Напряжения перекрестных помех измерялись между парами контактов, расположенных на различных расстояниях в пределах конструкции электрических соединителей.
Для измерения напряжения на контактах 1, 2, являющихся источниками перекрестных помех измерительный приемник с входным сопротивлением 50
Ом подключался к контактам 1, 2 вместо согласованной нагрузки.
Экспериментальные диаграммы напряжений перекрестных помех на различных парах контактов-рецепторах электрических соединителей в

80 заданном частотном диапазоне, позволяют оценивать уровни напряжений перекрестных помех и сравнивать их с напряжением «полезного» сигнала на контактах источниках помехи.
На рис 4.7 приведены частотные диаграммы перекрестных помех между контактами электрического соединителя первого типа. Частотные диаграммы
1, 2, 3 выражают зависимость напряжения перекрестных помех на контактах- рецепторах 3, 4; 5, 6 и 9, 10 соответственно.
На рис 4.8 приведены частотные диаграммы напряжения перекрестных помех между контактами электрического соединителя второго типа.
Диаграммы 1, 2, 3 это частотные зависимости напряжения перекрестных помех на контактах 3, 4; 6, 7 и 9, 10 электрического соединителя.
Диаграммы под номером 4 на рис. 4.8 и рис. 4.9 выражают частотную зависимость напряжения, создаваемого генератором на контактах 1, 2 электрических соединителей первого и второго типа.
Из анализа частотной диаграммы 1 на рис 4.7 следует, что перекрестная помеха между контактами 1, 2 и 3, 4 электрического соединителя первого типа достигает на частоте 339 МГц значения 88,4 дБмкВ (26,3 мВ), что составляет
0,12 от напряжения 224 мВ, создаваемого генератором в цепи пары контактов
1, 2 на данной частоте. С увеличением частоты уровень перекрестной помехи между контактами 1, 2 и 3, 4 возрастает. На частоте 959 МГц значение напряжения перекрестной помехи 92,3 дБмкВ (41,2 мВ), на значительно более высокой частоте 2790 МГц значение помехи составляет 96,8 дБмкВ (69,2 мВ), что составляет 0,44 от напряжения 104 дБмкВ (158,5 мВ) на контактах 1, 2 электрического соединителя. При увеличении расстояния между контактами электрического соединителя первого типа уменьшаются значения уровней перекрестной помех в пределах заданного частотного диапазона (0,1 – 3000)
МГц. Максимальное значение перекрестной помехи на частоте 2790 МГц между наиболее удаленными парами контактов 1, 2 и 9, 10 на диаграмме 3
(рис 4.7) составляет 87,2 дБмкВ (23 мВ).

81
Рис. 4.7. Частотные диаграмма перекрестной помехи между контактами электрического соединителя первого типа: 1 – частотная диаграмма напряжения перекрестной помехи между контактами 1, 2 и 3,
4; 2 – частотная диаграмма напряжения перекрестной помехи между контактами 1, 2 и 5, 6; 3 – частотная диаграмма напряжения перекрестной помехи между контактами 1, 2 и 9, 10; 4 – частотная диаграмма напряжения на контактах 1, 2.

82
Рис. 4.8. Частотные диаграммы перекрестных помех электрического соединителя второго типа: 1– частотная диаграмма перекрестной помехи между контактами 1, 2 и 3, 4; 2 – частотная диаграмма перекрестной помехи между контактами 1, 2 и 6, 7; 3 – частотная диаграмма перекрестной помехи между контактами 1, 2 и 9, 10; 4 – частотная диаграмма напряжения на контактах 1, 2.

83
Из-за резонансных явлений на высоких частотах имеет место значительная неравномерность частотных характеристик напряжения перекрестных помех. Резонансные явления проявляются в том, что, например, на вышеуказанной частоте 2790 МГц напряжение перекрестной помехи для близко расположенных пар контактов 1, 2 и 3, 4 равно 78,7 дБмкВ и меньше по величине, чем напряжение перекрестной помехи на данной частоте для расположенных на большем расстоянии пар контактов 1, 2 и 9, 10.
Из сравнительного анализа частотных диаграмм электрического соединителя второго типа, приведенных на рис 4.8 следует, что напряжение перекрестной помехи между контактами 1, 2 и 3, 4 на первой резонансной частоте 66 МГц составляет 96,9 дБмкВ (70 мВ). Данное напряжение составляет (0,31) от напряжения на контактах 1, 2. Вследствие резонансных явлений напряжение на наиболее удаленных контактах 9, 10 может превышать напряжение перекрестной помехи на контактах 3, 4 наиболее близких к контактам 1, 2. На резонансной частоте 1580 МГц наибольшее напряжение перекрестной помехи - 85,9 дБмкВ (19,7 мВ) имеет место на наиболее удаленных контактах 9, 10, а наименьшее напряжение 78,9 дБмкВ (8,8 мВ) на паре ближних контактов 3, 4. С ростом частоты разность между напряжением на контактах источниках помехи 1, 2 и напряжением перекрестной помехи на контактах рецепторах 3, 4 неравномерно изменяется в сторону уменьшения.
На частоте 2900 МГц напряжение перекрестной помехи на контактах- рецепторах равное 96,2 дБмкВ (65 мВ) превышает напряжение 95,2 дБмкВ (58 мВ) на контактах- источниках 1, 2 в 1,12 раза.