ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи Аналіз впливу ненавмисних електромагнітних хвиль на пілотно-навігаційне обладнання повітряного судна

Зміст

Вступ

Проблема підвищення безпеки польотів завжди була і буде одним з найважливіших завдань, що стоять перед розробниками і експлуататорами цивільної та військової авіації. Аналіз причин авіаційних аварій та інцидентів свідчить про зменшення частки подій, що припадає на проблеми, безпосередньо пов'язані з станом авіаційної техніки, а також з бортовим і наземним обладнанням. Але навіть при найсучаснішому радіоелектронному обладнанні (РЕО) може виникнути ситуація, коли повітряне судно, екіпаж якого здійснює пілотування за показаннями приладів, потрапляє в аварію. Причиною такого результату є вплив радіотехнічної апаратури, яка не бере участі у забезпеченні польоту: авіаційного радіоелектронного обладнання, радіомовних і телевізійних станцій, мобільними телефонами і працюючими комп'ютерами, і вплив природних факторів: грозові розряди, блискавки. Ці фактори є дестабілізуючими пілотажно-навігаційної апаратури цивільних і військових повітряних суден.

При цьому все більш наростаюча насиченість вільного простору радіохвилями різного діапазону, з різними видами модуляції та маніпуляції призводять до постійного зростання ймовірності небезпечного впливу такого роду ненавмисних електромагнітних перешкод на радіоелектронне обладнання повітряного судна. Саме наявність ненавмисних електромагнітних хвиль призводить до того, що прилади, які справно працюють, починають давати неправдиві свідчення, оскільки вони сприймають перешкоди як корисні сигнали, на підставі яких вони отримають невірні рішення по пілотуванню повітряного судна.

1. Актуальність теми

У даний час радіочастотний ресурс перенасичений, що в свою чергу призводить до появи взаємних міжсистемних перешкод. Особливо важливим є вплив електромагнітних перешкод на пілотажно-навігаційне обладнання повітряних суден (як цивільних, так і військових), що пролітають поблизу великих міст і промислових центрів. Дослідження та аналіз впливу можливих перешкод дозволить підвищити завадостійкість обладнання і знизити число авіаційних подій, викликаних цими перешкодами.

2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати

Метою дослідження є проведення аналізу можливих електромагнітних перешкод, що впливають на пілотажно-навігаційне обладнання повітряних суден.

Основні завдання дослідження:

  1. Характеристика можливих ненавмисних електромагнітних перешкод.
  2. Основні складові пілотажно-навігаційного обладнання повітряного судна.
  3. Побудова моделі аварії повітряного судна, що опинилося в умовах несприятливої електромагнітної обстановки.

Об'єкт дослідження: бойовий винищувач Су-27.

Об'єкт дослідження обраний у зв'язку з аварією, що сталася в 2002 році піді Львовом. Під час проведення авіашоу винищувач впав на глядачів під час виконання фігур вищого пілотажу. При цьому не були дотримані заходи щодо забезпечення електромагнітної сумісності.

Предмет дослідження: вплив ненавмисних електромагнітних перешкод.

У рамках магістерської роботи планується отримання актуальних наукових результатів за наступними напрямками: систематизація ненавмисних електромагнітних перешкод, їх опис та характерістика, пропозиція заходів щодо зниження їх дестабілізуючого впливу.

3. Огляд досліджень і розробок за темою випускної роботи.

Однією з найбільш гострих проблем авіації на сьогоднішній день є проблема забезпечення безпеки польотів. Авіаційні події щорічно забирають десятки, а часом і сотні життів людей, призводять до втрати дорогої авіаційної техніки та інших матеріальних втрат, стримують темпи розвитку авіації як найбільш універсальної транспортної та військової галузі. Незважаючи на те, що у військовій авіації авіаційні події з великими людськими жертвами є рідкісним явищем, проблема забезпечення безпеки польотів від цього не стає менш гострою, а тому потребує вирішення

Прикладом світових досліджень в області підвищення безпеки польотів може слугувати діяльність Міжнародної організації цивільної авіації (ІКАО), що є спеціалізованою установою Організації Об'єднаних Націй.

Статутною метою ІКАО є забезпечення безпечного, упорядкованого розвитку міжнародної цивільної авіації в усьому світі та інші аспекти організації та координації міжнародного співробітництва з усіх питань цивільної авіації, у тому числі міжнародних перевезень. Відповідно до правил ІКАО міжнародний повітряний простір розділене на райони польотної інформації - повітряний простір, межі якого встановлюються з урахуванням можливостей засобів навігації та контролю за повітряним рухом. Однією з функцій ІКАО є присвоєння аеропортам світу чотирибуквених індивідуальних кодів - ідентифікаторів, що використовуються для передачі аеронавігаційної і метеорологічної інформації щодо аеропортів, планів польотів (флайт-планів), позначення цивільних аеродромів на радіонавігаційних картах і т. і.

Однією з найбільш важливих діючих в Україні організацій, відповідальних за безпеку польотів повітряних суден, є Міждержавний авіаційний комітет (МАК).

Міждержавний авіаційний комітет - виконавчий орган 12 держав колишнього СРСР (Співдружності незалежних держав) по делегованих державами функціям і повноваженням в галузі цивільної авіації та використання повітряного простору. Засновано на підставі підписаної 30 грудня 1991 міжурядового «Угоди про цивільну авіацію та про використання повітряного простору». Займається сертифікацією повітряних суден, аеродромів та авіакомпаній. Веде Авіарегістр МАК (АР МАК). Займається розслідуваннями подій на повітряному транспорті.

Серед магістрів ДонНТУ проблемою підвищення безпеки повітряних суден займаються студенти групи ТЗІм-12 Гриценко М.Ю. і Ушаков А.С.

4.Огляд та коротка характеристика можливих ненавмисних електромагнітних перешкод.

Електромагнітна сумісність (ЕМС) радіоелектронних засобів – це здатність радіоелектронних засобів (РЕЗ) різного призначення працювати одночасно (спільно) так, що перешкоди радіоприйому, що виникають при такій роботі, призводять лише до незначного (допустимого) зниження якості виконання РЕЗ своїх функцій. При одночасній роботі РЕЗ (а також електротехнічних пристроїв, випромінюючих електромагнітні хвилі) перешкоди радіоприйому неминучі. Інтенсивність перешкод визначається кількістю діючих випромінювачів, їх потужністю, розташуванням у просторі, формою діаграми спрямованості антен, умовами поширення радіохвиль і т. і. Забезпечення ЕМС зводиться до створення умов для нормальної спільної експлуатації усього розмаїття РЕЗ.[1]

Електромагнітна перешкода (ЕП) – небажаний вплив електромагнітного, електричного і магнітного полів, а також струму і напруги будь-якого джерела, яке може погіршити якість функціонування системи за рахунок спотворення інформативних параметрів корисного сигналу. Внаслідок складності і різноманіття електромагнітних перешкод їх класифікують за різними ознаками залежно від характеру джерела і способу розповсюдження.

За походженням електромагнітні перешкоди бувають природні (природні) і штучні, причому останні можуть бути ненавмисні (індустріальні) і навмисні (організовані).

Природні ЕП утворюються електромагнітними процесами і явищами, які об'єктивно відбуваються в різних оболонках Землі і космосі і безпосередньо не пов'язані з діяльністю людини. Штучні або індустріальні ЕП обумовлені електромагнітними процесами і явищами в різних технічних системах, створених людиною. Ненавмисні ЕП виникають через особливості фізичного процесу, недосконалості технологічних засобів і вжитих організаційних і технічних заходів

За типом розповсюдження виділяють просторові і кондуктивні перешкоди. Перші характеризуються впливом через випромінюване і розповсюджується в просторі електромагнітне поле, а другі проникають в апаратуру по провідниковим каналам зв'язку та електроживлення. Зокрема, кондуктивними називають перешкоди, що виникають при зв'язку через загальний опір, наприклад через заземлюючі шини або джерела живлення. При цьому струми від різних схем протікають через загальний опір, падіння напруги на якому від кожного з струмів буде перешкодою для інших схем. ЕП у вигляді випромінювання від джерел перешкод є найбільш поширеними. Характеристики випромінюваних ЕП визначаються джерелом перешкод, від відстані до приймача перешкод і параметрами навколишнього середовища.

За місцем розташування джерела перешкоди щодо досліджуваного електронного пристрою розрізняють зовнішні (позасистемні, позаблоковий), внутрішні (внутрішньосистемні) і власні перешкоди. Очевидно, що зовнішні перешкоди викликані процесами в інших пристроях, внутрішньосистемні – виникають як електромагнітні явища і зв'язку, не передбачені схемою і конструкцією пристрою, а власні перешкоди представляють собою шуми компонентів, пов'язані з функціонуванням самого пристрою.

За типом сигналу перешкоди розрізняють: випадкові і детерміновані. У свою чергу ті та інші бувають імпульсними, широкосмуговими і вузькосмуговими. Причому одна і та ж перешкода по відношенню до одному сигналу може бути вузькосмугової, а по відношенню до іншого – широкосмугової.[2]

Причинами виникнення ненавмисних радіоперешкод є:

  1. Обмеженість засвоєного для потреб людства радіочастотного спектру, включаючи концентрацію генераторних та прийомних приладів в улюблених розробниками цих приладів частотних діапазонах.
  2. Технічна недосконалість передавальних і приймальних пристроїв РЕЗ, в результаті чого виникають невідомі в інших областях радіоелектроніки нелінійні явища, які обумовлюють наявність прийому і випромінювання сигналів за межами робочих частотах, і т.п.
  3. Зовнішні перешкоди (тепловий шум).
  4. Імпульсні перешкоди (від електродвигунів, медичної апаратури, грозові розряди).
  5. Радіоперешкоди, які зосереджені в часі (випромінювання передавачів сигналу, що відбувається в певні часові інтервали).
  6. Радіоперешкоди, які зосереджені за спектром (гармоніки гетеродинів, медичної апаратури, радіостанцій і т.д.). [3]

5. Су-27: опис, коротка характеристика, опис пілотажно-навігаційного обладнання.

Су-27 (Flanker C за класифікацією НАТО) – радянський багатоцільовий високоманеврений всепогодний винищувач. Призначений для завоювання панування в повітрі. Прийнятий на озброєння в СРСР в 1990 р. На поточний момент, є одним з основних літаків ВПС Росії, перебуває на озброєнні в державах СНД, Індії, Китаї та інших країнах. Розроблений в ОКБ Сухого. Головний конструктор Су-27 - Михайло Петрович Симонов.

Основне бойове застосування - важкий винищувач-перехоплювач великого радіусу дії. На основі Су-27 розроблено кілька модифікацій: палубний винищувач Су-33 (Flanker D) (Су-27К), навчально-бойовий Су-27УБ, багатоцільові винищувачі Су-30, Су-35 і Су-37 (Су-27М) та інші.

Винищувач Су-27

Рисунок 1 – Винищувач Су-27

За компонуванням і аеродинамікою літак нагадує МіГ-29, проте має великі розміри. Для зменшення загальної ваги конструкції широко застосовується титан (близько 30%). Фюзеляж і стріловидне крило Су-27 утворюють єдиний несучий корпус, близький за формою до дельтoвідного. Су-27 – перший радянський статично нестійкий в поздовжньому каналі літак, що вимагає автоматичної системи управління польотом. Все управління літаком здійснюється через електродистанційною систему управління (ЕДСУ).

До її складу входять органи управління літаком, командні агрегати і виконавчі механізми а також електронний блок, що входить в загальну систему автоматичного управління (бортовий комп'ютер). Система має ряд відмінностей і особливостей від систем управління раніш використовуваних на літаках:

  1. Cистема, а не пілот, постійно стежить за становищем літака в повітрі, утримуючи його в рівноважному стані, з якого він постійно намагається вийти через те, що планер виконаний статично нестійким в поздовжньому каналі. При цьому пілот, переміщаючи органи управління, виводить літак зі стійкого положення як би дозволяючи літаку здійснити необхідний маневр.
  2. Рух органу управління не передається безпосередньо на рулі висоти і напряму, а перетворюється в електричний сигнал пропорційний величині відхилення органу управління. Далі електричний сигнал певної величини перетвориться в гідравлічну енергію, а та в свою чергу перетворюється вже в механічну енергію виконавчих механізмів безпосередньо керуючих кермом висоти і напрямку.
  3. Система самостійно обмежує максимальну величину кута відхилення рульових поверхонь не допускаючи при цьому перевищення граничних значень перевантажень для пілота і конструкції планера.

На авіасалоні Ле-Бурже у червні 1989 року льотчик-випробувач Віктор Пугачов на літаку Су-27 вперше продемонстрував нову фігуру пілотажу – «Кобру» (динамічне гальмування). [4]

Літак, не змінюючи напрямку руху, енергійно задирає ніс, збільшуючи кут атаки до 120 °, деякий час летить хвостом уперед, а потім швидко повертається в горизонтальне положення. Журналісти, присутні на авіасалоні, охрестили цю фігуру «Коброю Пугачова» на честь першого її виконавця. Сама назва елемента – «кобра» – придумав генеральний конструктор ОКБ імені Сухого Михайло Симонов, порівнявши поведінка літака в повітрі зі стійкою кобри перед атакою.

Вважається, що фігура «кобра» може застосовуватися для відходу від доплерівських радіолокаційних головок самонаведення ракет шляхом різкого скидання швидкості в бою так як допплерівські радари селектіруют цілі, що мають швидкості нижче 200 км / ч. Однак Су-27 може виконувати фігуру «кобра», тільки перебуваючи в межах швидкостей від 400 до 500 км / год, що суттєво обмежує можливості її виконання в бойових умовах. Найбільш перспективне використання «кобри» в ближньому повітряному бою, коли швидкості літаків зазвичай знаходяться в межах від 400 до 600 км / ч. При різкому збільшенні кута атаки з'являється можливість захопити нашоломної системою цілевказівки НСЦ «Щілина-ЗУМ» ворожий літак і встигнути випустити ракету Р-73. Так само маневр застосуємо для відходу від переслідування. Переслідує СУ-27 противник проскочить вперед і стане зручною мішенню для атаки. Подібна ідеологія закладена в «Харрієр», який гальмує перенаправленням струменя газів, що минає з двігунів, за допомогою спеціальних заслінок. Демонстрація «Кобри» показала принципову можливість утримувати літак від звалювання на кутах атаки, що перевищують критичний. [5]

Фігура вищого пілотажу - Кобра Пугачова

Рисунок 2 – Фігура вищого пілотажу - Кобра Пугачова (альфа – значення кута атаки)
(анімація: 7 кадрів, 5 циклів повторення, 81 кілобайт)

Пілотажно-навігаційне обладнання забезпечує індикацію висотно-швидкісних параметрів просторового положення літака на приладах, сприйняття первинної аерометричних інформації, її вимірювання і перетворення.

Пілотажно-навігаційне обладнання (ПНО) в стандартній комплектації призначено для вирішення наступних основних функціональних завдань:

  1. Вимірювання та індикація повітряно-швидкісних параметрів польоту.
  2. Індикація просторового положення літака.
  3. Формирование сигналов предупреждения экипажа о достижении самолетом границ эксплуатационно - допустимых или опасных по условиям безопасности полета параметров.
  4. Сигналізація екіпажу про режими роботи та стан ПНО.[6]

До складу пілотажно-навігаційного комплексу входять інформаційний комплекс високошвидкісних параметрів (ІКВСП), автоматичний радіокомпас АРК-19 або АРК-20, радіовисотомір А-38, радіотехнічна система ближньої навігації (РСБН). Устаткування для радіозв'язку включає УКХ радіостанцію Р-800, КВ радіостанцію Р-864 та апаратуру запису переговорів. [7]

Пілотажно-навігаційне обладнання Су-27

Таблиця 1 – Пілотажно-навігаційне обладнання Су-27

Можливі джерела ненавмисних перешкод:

  1. Радіостанції FM-діапазону (частота до 108 МГц).
  2. Телевізійні сигнали (48,5-862,0 МГц).
  3. Частоти, породжувані системами запалення (від 30 МГц).
  4. Гармоніки перешкод від апаратури дугового зварювання (частота випромінювання 20 МГц).
  5. Перешкоди від ліній електропередач.
  6. Портативні радіостанції – рації (400-450 МГц).

6. Шляхи вирішення проблеми впливу ненавмисних перешкод на пілотажно-навігаційне обладнання.

Одним з можливих рішень проблеми впливу ненавмисних електромагнітних перешкод є екранування.

Екранування – локалізація електромагнітної енергії в певному просторі за рахунок обмеження поширення її всіма можливими способами. Між 2-ма електричними колами, які перебувають на деякій відстані один від одного можуть виникнути такі види зв'язків:

  1. Через електричне поле.
  2. Через магнітне поле.
  3. Через електромагнітне поле.
  4. Через проводи, що з'єднують ці ланцюги.

Повне екранування може бути отримано тільки під придушенням всіх 4-х видів електромагнітних зв'язків. Однак, вимоги до ефективності екранування в ряді випадків можуть бути знижені. Тоді завданням екрану може бути ослаблення того чи іншого виду зв'язку.[8]

Деякі джерела і рецептори електромагнітних перешкод

Рисунок 3 – Деякі джерела і рецептори електромагнітних перешкод

Основним завданням екранування електричних полів є зниження ємнісний зв'язку між джерелом наведення і захищеним пристроєм. Отже, ефективність екранування визначається в основному ставленням ємнісний зв'язку між джерелом наведення і захищається елементом до і після установки заземленого екрану. Тому будь-які дії, що призводять до зниження ємнісний зв'язку, збільшують ефективність екранування.

Звідси випливає, що екран має бути замкнутий. При цьому в екрані можуть бути щілини і отвори, які суттєво не впливають на якість електростатичного екранування. Не повинно бути контакту між частинами екрана і захищається об'єктом. Товщина екрану не впливає на ефективність екранізування, але повинна бути хороша провідність верхнього шару (виникають струми Фуко). Для цього сталь – оміднюють або цинкують; алюміній, латунь – сріблять.

Із збільшенням частоти електричного поля ефективність екранування знижується.

Ефективність магнітостатіческого екранування підвищується при застосуванні багатошарових екранів.

Розрізняють листові та сіточні екранують конструкції. Сіткові матеріали знайшли широке застосування в екрануванні через свої переваг перед листовими. Металеві сітки значно легше листових матеріалів, простіше у виготовлення, зручні в збірці і експлуатації, забезпечують достатній обмін повітря, світлопроникність, вони володіють достатньою ефективністю екранування у всьому діапазоні радіочастот. Однак сітки мають не високу механічну міцність, швидко втрачають ефективність екранування через старіння (ця втрата відбувається за рахунок корозії сіток, тому сітки спеціально покривають антикорозійним лаком).

Дуже перспективним напрямком є використання струмопровідних фарб для електромагнітного екранування, тому що їх застосування виключає необхідність проведення складних і трудомістких робіт з монтажу екрану, з'єднанню його листів та елементів між собою.[9]

Струмопровідні фарби створюються на основі діелектричного плівкоутворювальної матеріалу з додаванням в нього проводять складових, пластифікатора і затверджувача. В якості струмопровідних пігментів використовують колоїдне срібло, графіт, сажу, оксиди металів, порошкову мідь, алюміній. Струмопровідна фарба зазвичай стійка і зберігає свої початкові властивості в умовах різких кліматичних змін і механічних навантажень.

Ефективність екранування струмопровідними фарбами визначається за формулою:

Rкр.=30+20•lg 0,21/(l /Rе), где Rе – еквівалентний радіус екрана.

Також можливим способом усунення впливу електромагнітних перешкод на обладнання повітряних суден є посилення організаційного контролю, а саме: регламентувати використання радіоелектронних засобів у місцях проведення авіашоу, проводити регулярні перевірки ЕМО в районах аеропортів. [10]

Висновки

Магістерська робота присвячена актуальній науковій задачі підвищення безпеки повітряних суден шляхом зниження впливу впливу електромагнітних завад на пілотажно-навігаційне обладнання. У даний момент виконано:

  1. Аналіз можливих електромагнітних перешкод.
  2. Розглянуто модель неконтрольованого впливу електромагнітних хвиль на пілотажно-навігаційне обладнання літака.
  3. Запропоновано можливі шляхи вирішення проблеми.

Подальші дослідження спрямовані на:

  1. Побудова моделі повітряного судна, на пілотажно-навігаційне обладнання якого впливають електромагнітні перешкоди.
  2. Оптимізація методів щодо зниження впливу ненавмисних ЕМП.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2013 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після вказаної дати.

Перелік посилань

  1. Большая советская энциклопедия. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.dic.academic.ru/dic.nsf/bse/
  2. VXI – Стандарт информационных и контрольно-измерительных технологий. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.vxi.su/praktikum/elektromagnitnye-pomehi
  3. Апорович А. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств:Учеб.пособие/А.Ф. Апорович. – Мн.:Бестпринт,2003. – 308с
  4. Кобра Пугачева [Электронный ресурс]. – Режим доступа: ru.wikipedia.org/wiki/Кобра_фигура высшего пилотажа)
  5. Традиция. Су-27. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.traditio-ru.org/wiki/СУ-27/
  6. Пилотажно-навигационное оборудование самолета. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.aerochayka.ru/disc/teorija/aoreo/aoreo03.htm/
  7. Авиационная энциклопедия Уголок неба. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.airwar.ru/enc/fighter/su27.html
  8. Уайт Д. Общие вопросы ЭМС. Межсистемные помехи / Д. Уайт. – М.: Советское радио, 1977. – 320 с.
  9. Шапиро Д. Основы теории электромагнитного экранирования / Д. Н.Шапиро. – Л.: «Энергия», 1975 г. – 112 с. с ил.
  10. Седельников Ю. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств / Ю. Седельников. – Казань.: Новое знание, 2006. – 382 с.