Устройство для испытаний летательных аппаратов на молниестойкость
Полезная модель относится к испытательной технике и может быть использовано при испытаниях по определению наводимых молнией в межблочных электрических жгутах напряжений и токов объектов различного назначения в том числе в области испытаний молниезащиты летательных аппаратов с помощью высоковольтных испытательных установок. Суть полезной модели заключается в том, что установка для испытаний летательных аппаратов на молниестойкость, включающая конденсаторный накопитель энергии, управляемый искровой разрядник, блок управления. Измерительную систем, формирующие элементы, дополняется коммутатором, время срабатывания которого превышает на 5-10 мкс время срабатывания основного разрядника При этом задержка по времени протекания испытательного импульса тока относительно начала включения управляемого искрового коммутатора позволяет произвести отделение во времени сигнала помехи, возникающей в момент коммутации управляемого разрядника от полезного сигнала. Полезная модель позволяет проводить измерения наводимых в электрожгутах напряжений и токов с достаточной для решения практических задач точностью.
Область техники:
Полезная модель относится к исполнительной технике и может быть использовано при испытаниях по определению наводимых молнией в межблочных электрических жгутах напряжений и токов объект от. различного назначения, в том числе в области испытаний молниезащиты летательных аппаратов с помощью высоковольтных испытательных установок.
Уровень техники:
Известна испытательная установка, содержащая конденсаторные накопители энергии для получения импульсных компонент испытательного тока и аккумуляторную батарею для получения постоянной составляющей, управляемые искровые разрядники формирующие импульс тока элементы, шунтирующие устройства (см. Кужекин И.П., Ларионов В.П., Прохоров Е.Н. Молния и молниезащита. - М:. «ЗНАК», 2003, стр.280-283). Принципиальная схеме. испытательной установки приведена на рис.1. Конденсаторные накопители С1 и С4 предназначены для генерирования импульсных компонент испытательного тока. Униполярная форма импульсов тока обеспечивается шунтированием конденсаторных батарей в момент в момент-первого максимума тока колебательного разряда устройствами ШУ1 и ШУ2. Постоянная составляющая генерируется при подключении аккумуляторной батареи Ак. Ток промежуточной составляющей обеспечивается разрядом конденсаторного накопителя С2 через резистор R2
Наиболее близкой к предлагаемой является установка, включающая измерительную систему импульсных токов и напряжении, токоведущие и измерительные проводники, генератор импульсов тока состоящий из конденсаторного накопителя энергия, высоковольтного управляемого искрового разрядника блока управления. Принципиальная схема испытательной установки приведена на рис.2. Импульс тока вводится в объект испытаний контактным способом, одновременно осуществляется осциллографирование наводимых в межблочных жгутах испытываемого оборудования токов и напряжений (Внешние воздействия и методы испытаний авиационного бортового оборудования. Раздел 22. Восприимчивость к переходным процессам, вызванным молнией. ENVIRONMENTAL CONDITIONS AND TEST PROCEDURES FOR AIRBORNE EQUIPMENT. QRR-EC&TP/DO-160D/ED-14D. 05.12.2002, p.22-24).
Целью испытаний является определение зависимости напряжений, наводимых в электрожгутах бортового оборудования, от протекающего по разрядному контуру а-б-в-г (в том числе по летательному аппарату) импульса испытательного тока.
Схема работает следующим образом. После срабатывания управляемого искрового разрядника, имеющего временя срабатывания 60-80 нс. в разрядном контуре длиной 10-20 м развивается испытательного импульс тока с характеристиками определяемыми параметрами разрядной цепи. которые подбираются для обеспечения времени нарастания фронта импульса (в соответствии с требованиями раздела 25 Авиационных Правил) 2-5 мкс. Вследствие того- что интервал времени распространения электромагнитных процессов вдоль всей длины разрядного контура длиной 10-20 м практически не отличается от времени срабатывания управляемого искрового разрядника, имеет место волновая составляющая в процессе генерирования испытательного тока
Характер волнового процесса зависит от времени срабатывания управляемого искрового разрядника, от длины разрядного контра, от его паразитных емкостных связей с землей и имеют вид высокочастотных затухающих колебаний длительностью 5-10 мкс. причем определяющим фактором является время срабатывания управляемого искрового разрядника. В результате генератор формирует одновременно тестовый и паразитный сигналы тока, которые формируют в рассматриваемой цепи наложенные друг на друга сигналы от паразитного и тестового импульсов тока (см. фиг.3).
В вышеописанных установках для исследования на молниестойкость при измерениях возникают погрешности, вызванные электромагнитными помехами контура разряда источников тока и других паразитных контуров, неизбежных в условиях лаборатории, в которых индуктируются токи, при этом устранить генерацию помехового сигнала известными методами не удается.
В стендах, предназначенных для исследования, энергетических характеристик канала молнии, созданных на кафедре Техники и электрофизики высоких напряжений МЭИ (см. Кужекин И.П., Ларионов В.П., Прохоров Е.Н. Молния и молниезащита. - М:, "ЗНАК"), 2003, стр.84), ток изменяется с помощью трубчатых шунтов к снижение помех обеспечивается как рациональной инструкцией к размещением генераторов тока тaк и тщательным выполнением измерительных цепей, заземлением генератора и измерительной цепи в одной точке, прокладкой измерительных кабелей в экранирующих трубах, согласованием кабелей на концах. задержкой полезного сигнала. В данной установке высокочастотная импульсная помеха полностью не отделяется. не обеспечивается удовлетворительная точность измерений, используемые для помехозащиты конструкции сложны и громоздки
В патенте РФ 34814 (10.12.2003. бюлл.34) предлагается устройство для защиты от импульсных помех, предназначенное для защиты объектов от опасных импульсов напряжения природного и промышленного характера, в
котором для разделения полезного пускового сигнала системы пожаротушения и грозовых воздействий используется ограничение импульсной помехи и анализ ее по длительности с использованием реле, после чего путь для гpoзового импульса блокируется. Однако такой подход не позволяет разделять одновременно возникающие полезный сигнал и импульсную помеху. Кроме того. время срабатывания механического реле составляет 8-10 мс, в то время как длительность воздействия импульсной помехи при испытаниях на молние стойкость имеет порядок мкс.
Раскрытие полезной модели:
Выше упоминалось что основным фактором, определяющим возникновение паразитных колебаний тока, является время срабатывания управляемого искрового разрядника. Увеличение времени срабатывания приводит к существенному снижению уровня колебаний вплоть до значений, не превышающих 3-5° о от уровня полезного сигнала.
Техническая задача, которого решает полезная модель, заключается в разработке установки для испытаний летательных аппаратов на молниестойкостъ, в которой для обеспечения приемлемой точности измерении наводимых в электрожгутах бортового оборудования напряжений предусматривается разделение во времени сигнала помехи, зависимого от времени срабатывания управляемого искровою разрядника от полезного сигнала обусловленного испытательных током.
Решающая эту задачу установка для испытаний летательных аппаратов на молниестойкость (рис.5), включающая конденсаторный накопитель Сн энергии для получения импульсов тока, управляемый искровой разрядник. блок травления для включения отключения искрового разрядника, измерительную систему контура разрядника с сопротивлением шунтирования rш в качестве датчика аналогового испытательного сигнала и регистратором (осциллографом) и измерительную систему объекта
испытания с аналогово-цифровым преобразователем и ПЭВМ для обработки и накопления сигнала. формирующие элементы Lф, Rф для формирования соответствующих стандарту длительности фронта, и формы импульсов, при этом, с целью отделения сигнала помехи от полезного сигнала в цепи разряда последовательно с основным управляемым искровым разрядником включается дополнительный коммутатор, выполненный в виде газового разрядника реализующего "таунсендовский" механизм зажигания разряда, срабатывающий с задержкой по времени 5-10 мкс относительно начала включения управляемого искрового разрядника и имеющий напряжение срабатывания не менее 0,2 от напряжения срабатывания управляемого искрового разрядника. Включение дополнительного коммутатора, имеющего напряжение срабатывания не менее 0,2 от напряжения срабатывания управляемого искрового разрядника, является существенным отличительным признаком. Применение в установке двух коммутаторов, один из которых срабатывает с задержкой во времени 5-10 мкс. к обеспечивает возможность работы установки в широком диапазоне зарядных направлений и испытательных токов, также являетcя существенным отличительным признаком.
Описание чертежей:
Pиc.1. Схема установки для испытания летательных аппаратов на молниестойкость.
С1, С2, С4 - Конденсаторные накопители: R2, R3 - формирующие сопротивления: L1, L2, L3, L4 - формирующие индуктивности: СР1, СР2, СТ3, СТ4 - управляемые искровые разрядники: ШУ1, ШУ2 - шунтирующие устройства, Сп - паразитные емкости между элементами разрядного контура и землей.
Рис.2. Схема установки для испытания летательных аппаратов на молниестойкость.
V - высоковольтный источник постоянного напряжения. R3 - зарядное сопротивление, R1 - дополнительное сопротивление, R2 - нагрузочное сопротивление, L1 формирующая индуктивность, СР - управляемый искровой разрядник, Сп - паразитные емкости между, элементами разрядного контура и землей.
Риг.3. Пример осциллограмм испытательного тока (1) и наводимого в бортовой цепи напряжения (2). На начальном участке осциллограммы наводимого напряжения присутствует высокочастотный сигнал помехи.
Рис.4 Пример осциллограмм испытательного тока (1) и наводимого в бортовой цепи напряжения (2) при последовательном подключении в цепь разряда дополнительного коммутатора со временем срабатывания tк.
Риг.5. Предлагаемая схема установки для проведения испытаний
летательных аппаратов на молниестойкость. Lф, Rф - формирующие индуктивность и сопротивление, Rш - токовый шунт.
Осуществление полезной модели:
Исключение возникающих в разрядной цепи высокочастотных импульсов тока после срабатывании управляемого искрового разрядника осуществляется путем включения последовательно с ним дополнительного коммутатора реализующего «таунсендовский» механизм зажигания разряда. Известно, что время формирования «таунсендовского» разряда составляет 10 -5-10-2 с (Mик. Д, Крэгс Д. Электрический пробой в газах: Пер. с англ. - М.: изд-во Иностранной литературы, 1960, стр.150). Этот интервал времени обуславливает запаздывание протекания испытательного тока относительно момента срабатывания разрядника и возникновения паразитных токов. За это время происходят полное затухание паразитных высокочастотных токов (см. рис.4). В результате происходит разделение по времени прохождения паразитного и полезного сигналов в исследуемых электрожгутах. Разделение во времени появления полезного и паразитного сигналов позволяет
практически полностью отстроиться от последнего. Значение импульсного напряжения срабатывания дополнительного коммутатора должно составлять не менее 0,2 от напряжения срабатывания: управляемого разрядника, что позволяет проводить измерения наведенных напряжений в достаточно широком диапазоне амплитудных значений испытательных токов с удовлетворительной отстройкой от помех. Использование в разрядной пели только одного дополнительного коммутатора, реализующего "таунсендовский" механизм, не позволяет сформировать в цепи разряда мощный импульс тока, так как при зарядке конденсаторного накопителя вследствие медленного нарастания на коммутаторе напряжения, он сработает, как и при постоянном напряжении, при значении нескольких сотен вольт.
Принцип работы предложенной установки поясняется схемой, приведенной на рис.5
Установка для испытаний летательных аппаратов на молниестойкость. включающая конденсаторный накопитель энергии, управляемой разрядник, блок управления, измерительную системy, формирующие элемент, и отличающаяся тем, что с целью отделения сигнала помехи от полезного сигнала она содержит два последовательно включенных в цепь разряда коммутатора, один из которых управляемый искровой разрядник- а второй срабатывающий с задержкой по времени относительно начала включения управляемого жирового коммутатора.
Задержка срабатывания второго коммутатора составляет по времени 5-10 мкс относительно начала включения управляемого искрового коммутатора.
Напряжение срабатывания второю коммутатора не менее 0.2 от напряжения срабатывания управляемого искрового коммутатора.
Устройство для испытаний летательных аппаратов на молниестойкость, включающее конденсаторный накопитель энергии, управляемый разрядник, блок управления, измерительную систему, формирующие элементы, отличающееся тем, что содержит два последовательно включенных в цепь разряда коммутатора, один из которых управляемый искровой разрядник, а второй срабатывающий с задержкой по времени относительно начала включения управляемого искрового коммутатора; задержка срабатывания второго коммутатора составляет по времени 5-10 мкс относительно начала включения управляемого искрового коммутатора; напряжение срабатывания второго коммутатора не менее 0,2 от напряжения срабатывания управляемого искрового коммутатора.
