автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Моделирование электромагнитной обстановки и оценка внутрисистемной электромагнитной совместимости в приборных осеках летательных аппаратов

1 Г. чдэ J

1 ü ti-*-.« bwO

На правах рукописи

УДК 53.072:621.391.82

АРТЕМОВА ТАТЬЯНА КОНСТАНТИНОВНА

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ И ОЦЕНКА ВНУТРИСИСТЕМНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ В ПРИБОРНЫХ ОТСЕКАХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

05.13.16 - применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (по физико-математическим наукам)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ярославль - 1998

Диссертация выполнена на кафедре радиофизики Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова.

Научный руководитель

кандидат физико-математических наук, доцент Винтер Игорь Александрович.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

Романовский Юрий Михайлович; доктор физико-математических наук, профессор Угланов Алексей Владимирович.

Ведущая организация - Воронежский государственный университет.

Защита состоится 20 марта 1998 г. в 1С часов на заседай™ диссертационного сове К 064.12.04 в Ярославском государственной университете им. П.Г. Демидова по адресу. 150000, Ярославль, ул. Советская, 14, аудитория 306.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова по адресу: г. Ярославль, ул. Кирова, д. 8/10.

Автореферат разослан Ж февраля 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физико-математических наук, доцент ^ _Пендюр Анатолий Деменьтьевич

ВВЕДЕНИЕ

В связи с растущей насыщенностью летательных аппаратов (ЛА) кной и дорогостоящей радиоэлектронной аппаратурой (РЭА), гточением требований к безотказности ее работы, отсутствием точных и ективных методов прогнозирования внутрисистемной электромагнитной лестимости (ЭМС), особую актуальность приобретает проблема елирования электромагнитной обстановки (ЭМО) и оценки ЭМС в борных отсеках (ПО) Л А.

Объектом исследования являются ПО ЛА - замкнутый объем, шиченный неоднородной оболочкой, подкрепленной изнутри силовыми струкциями, в котором с помощью арматуры крепятся блоки приборов и ели. Предметом исследования выступает ЭМО ПО ЛА с целью оценки триснстемной ЭМС относительно электромагнитных излучаемых помех, овными источниками которых в ПО является РЭА.

Целью исследования является разработка математических моделей ЭМО ¡етодов, реализующих эти модели для оценки внутрисистемной ЭМС ПО Ставятся задачи: комплексный анализ проблемы ЭМС ПО как ктродинамической системы; разработка общей электродинамической ;ели ПО; разработка частных электродинамических моделей отсеков с том специфики объектов; разработка критериев оценки ЭМС ПО; работка новых методов теоретической оценки внутрисистемной ЭМС в ПО .. Решение поставленных задач основано на широкой источниковой базе и гользует макроэлекгродинамический подход с привлечением тематического аппарата микроволновой электродинамики - методов пения краевых задач для неоднородных уравнений Гельмгольца, метода сомпозиции сложных структур, матричного описания объектов, методов >рии синтеза излучающих систем, аппарата теории возмущений.

В работе исследуется наименее изученное направление в области оценки 1С - ЭМС в ПО ЛА, проблема впервые рассматривается на внутрисистемном

уровне. Предложены новые электродинамические модели приборных отсека разработаны новые методы оценки ЭМС, проведена их алгоритмизация, дан рекомендации по реализации методов. Предложенные модели и методы мог} быть использованы для оценки ЭМС в ПО ЛА как готовой системы, так и у стадии их проектирования. Материалы работы представляют интерес пр решении аналогичных задач радиофизики и для дальнейших исследований данной области.

На основании комплексного анализа ПО как электродинамическо системы (с учетом геометрии, конфигурации приборов и кабелей, и характеристик помехообразования и допустимых уровней помех, услови функционирования аппаратуры в частотной и временной областях) разработан общая модель ПО. Аппаратура по результатам ЭМС-аттестации стандартным программами представляется системой ортогональных контуров с тою» Геометрия оболочки ПО позволяет рассматривать его как резонато] возбуждаемый источниками (резонаторная и волноводная модели соответствующие методы); послойная компоновка аппаратуры дае возможность применить декомпозицию вместе с матричным описанием чаете ПО (матричная модель, матричный и квазиэкспериментальный методы обилие рассеивающих и излучающих элементов позволяет применить метод теории синтеза излучающих систем (интегральные модель и метод). Геометр!; силовых конструкций оболочки и арматуры дает возможность применить да учета их влияния методы теории возмущений, а возможность перестанови аппаратуры в ПО - построить алгоритм ЭМС-оптимизации компоновки ПО. рамках каждой модели определение ЭМС трансформируется в критерг оценки ЭМС. На наборе типичных исходных данных базирует« алгоритмизация методов оценки ЭМС с учетом геометрии отсека.

Результаты диссертации докладывались на Международной конференщ "Антенно-фидерные устройства, системы и средства радиосвязи" ГСАКБМ'* (Воронеж, 1997), Международной конференции "Теория и техника передач приема и обработки информации" (Туапсе, 19%), Всероссийской конференщ

равления развития систем и средств радиосвязи" (Воронеж, 1996), чейной конференции "Актуальные проблемы естественных и гатарных наук: физика" (Ярославль, 1995), Областной конференции ременные проблемы естествознания. Физика" (Ярославль, 1997).

Основные результаты автора по теме диссертации опубликованы в 12 гах, указанных в конце автореферата.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка эатуры (95 наименований), приложений и содержит 7 таблиц и 30 )страций.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении раскрывается актуальность исследования, формулируются вные особенности проблемы ЭМС применительно к приборным отсекам гельных аппаратов, приводятся основные результаты исследования.

В первой главе проводится комплексный анализ ПО как гродинамической системы и формулируется задача моделирования ЭМО и теп ЭМС в кем с учетом: параметров оболочки отсека (геометрии, риалов); электродинамических параметров внутренней среды отсека; оположенкя приборов и кабелей в отсеке (взаимного расположения кяцих элементов); геометрии аппаратуры; спектральных характеристик гхообразования, полученных аттестацией согласно стандартам, например, в 1-камере; спектральных характеристик чувствительности к внешнему полю, асно стандартам; временного режима функционирования приборов; тцих конструкций оболочки и креплений аппаратуры. Вводятся следующие дцения: рассмотрение ПО ведется в рамках имеющихся данных, т. е. •ежей отсека и результатов ЭМС-аттестации аппаратуры; излучение 5оров в силу особенностей аттестации в ТЕМ-камере можно считать ■рогатым; не учитываются помехи, не соответствующие внутрисистемному ипо; влияние факторов, дестабилизирующих работу РЭА во время полета,

не рассматривается как учтенное в нормах ГОСТов; принимаем, что Р2 функционирует во времени в наборе штатных ситуаций, без учета перехода процессов; моделирование и оценка производятся для всей частотной оси, 6 подразделения на частные случаи; конфигурация оболочки, блоков и кабел аппроксимируется правильными геометрическими формами.

На основе экспериментальных характеристик помехообразован строятся электродинамические модели приборов и кабелей: принц эквивалентности позволяет заменить экспериментально определенн электрическое поле Ёг, заданное на поверхности 5', охватывающей приб<

эквивалентной поверхностной плотностью магнитного тока ]м = ЁТ ], магнитное поле Н„ на поверхности, охватывающей кабель, - поверхности плотностью электрического тока ]э = [//„ х и], где Я - нормаль к поверхности а интегральность оценки поля в ТЕМ-камере - поверхностную плотность тс ) - током I по контуру, охватывающему устройство (рис. 1). Влияв рассеивающих элементов ПО на ЭМО в нем учитывается отдельно. С учет перечисленных допущений строится общая электродинамическая модель Ш объем К0, ограниченный идеально проводящей поверхностью 5, заполнены изотропной средой с диэлектрической ё и магнитной ц проницаемостями котором заданы электрический /э и магнитный Iм линейные токи контурах Гэ и Гм, охватывающих кабели и приборы. Оценка ЭР заключается в определении ЭМО, в которой функционирует каждое отделы устройство, и сравнении ее с допустимым уровнем помех для даши устройства в полосе частот. Если найденное значение поля для кажд устройства лежит в области под кривой допустимых уровней, определяем ГОСТами, то считается, что все устройства в отсеке элекгромагшг совместимы.

Для данной модели задача определения ЭМО в ПО формулируется определение напряженносгей электрического £ и магнитного полей возбуждаемых сторонними токами в резонаторе, как функций коордш

готы со, режима функционирования г. Напряженности £ и Я определяются шениями Максвелла с граничными условиями Ёт = 0, //„- 0 на стенках :ка, которые при разложении полей й токов во временной интеграл Фурье водят к краевой задаче из уравнений Гельмгольца для соответствующих сгрического Л3 и магшггаого Ам векторных потенциалов (x,<o)+Jc2Ä3(x,a>) = -j\x,e>), ААи(х,а)+кгЛ"{х,ш) = -]м(х,&) к = afifj, С

шчными условиями = 0, = О, А™ = 0, = 0. Здесь координата

бобщенно представляет наборы ортогональных криволинейных координат, ример, х = (р,<р, г) в цилиндрической, х = (г,<р,в) в сферической, х = (г,<р,9) в эидальной системах координат. Уравнения для электрического и нитного потенциалов являются независимыми и решаются отдельно с

3 „ I

ользованием функции Грина G,.(x,x') = -ХЕу,™ (*)?!% (г')-7гт> где

mк=1

- собственные ортонормированные к единице функции ратора Лапласа, являющиеся решениями векторного уравнения ¡(х)+(А+£2)^,(х) = 0 с набором собственных значений Я^, где £ - номер ви, соответствующей к -му го трех линейно-независимых решений, а индекс яумерует собственные значения в каждой ветви. По известной функции гага строится векторный потенциал А,(xj = -fG1}-(х,x'Jj^x'Jd^x, или, переходя

линейным токам и вводя амплитуду собственного колебания

= £ 4W--IIII+гдак-с-

]=1 Г /71-1 п=0 р~0 к-\

)мплексно-сопряженное. ЭМО для устройства, находящегося в точке объема на частоте © для штатного состояния т определяется модулями шлексных векторов Ё(х,&,т) и Н(х,а>,г), однозначно находящихся по Лэ и . Приборный отсек как система элекгромагнитно совместим, если для всех 1боров у с[1,Л] JEj(x,co.x\i<Efn(x,a), |/?/x,«.r;j < Н*°"(х,ы), т. е.

электромагнитное поле в месте расположения прибора не превышав допустимого уровня для набора штатных ситуаций в полосе частот.

Во второй главе общая электродинамическая модель и решение задач конкретизируются применительно к определенным ПО.

Характерность правильных геометрических форм (цилиндр, сфера, то] позволяет в случае однородной оболочки предложить резонаторную модеi ПО. ПО цилиндрической формы моделируется цилиндрическим резонаторе длины L, радиуса R; сферической - сферическим резонатором радиуса 1 тороидальный ПО при И/а>Ъ, а - внутренний радиус тора, R - наружны' моделируется цилиндрическим резонатором длины L = 2лК, радиуса а, которых на кривых Г', Г", заданных в цилиндрической, сферической ш модифицированной цилиндрической (р,<р,&), 3 = zlR, системах координ соответственно, определены линейные эквивалентные токи Т',1". Д; тороидального ПО накладывается условие периодичности с периодом Ъ вдоль оси I отсека.

На основе конкретных резонаторных моделей разработан резонатораi метод оценки ЭМС в ПО. Форма оболочки отсека определяет систе! координат, в которой ведется решение электродинамической задачи, и наб собственных функций оператора Лапласа, описывающий электромапштн поле внутри резонатора. Методом разделения переменных находя! собственные числа и собственные функции. Неидеальность оболоч

учитывается введением поправки в частоту: w-xo^l+^j, где добротно« отсека как резонатора ß(o)»l. Для случая цилиндрического ПО х=(р,<р, собственные числа = feiJ-t2, ~

индекс

относится к спектру электрического, "м" - магнитного потенциалов, т, rt, j

ю числа, а щтп и $тп - корни уравнений ^(г!гтгЯ) = 0, ^„(4тпЯ) = 0. даментальные вектор-функции оператора Лапласа:

1

СГЫЧмР)'

ПтпР

/м

ЮГГпЬшР) со^г] ^(^«ф

нормирующие коэффиш1енты

"р14гр1

ГоШЧтпХ)?

> М =

1-«

I

.а /»=о,

и />*<>•

1 -л

(л^)- =-:

Г1 1м ,, Г ,, ,

0

о

о

о

•мальные колебания в резонаторе имеют вид:

кЛ =*2кг1 кА

кЛ ^-й VI -7И„ ^кг), ^

кг!=I*2

ь

\ ' ' /

и ЭМО в месте расположения устройства (р,<р,г) на частоте а для некоторог штатного состояния определяется модулями и |//(р,р,2,<м

напряженностей полей:

1 ос ос со 3

= I Е Е

| ер1ЕГ) (ВГ)М+К.С.

2 т=1 л=0 р=0к=1 | .^с <Стп„р10 \-mnp /

нгоаг>- 1 у у у V

1 —+ щ-)'

Для сферического и тороидального приборных отсеков метод оценки ЭМ1 модифицируется с учетом собственных функций оператора Лапласа сферических и модифицированных цилиндрических координатах.

Для случая неоднородной оболочки (со шлюзами, смотровыми окнами при наличии переборок) предлагается волноводная модель ПО - отрезе регулярного волновода, ограниченный плоскими экранами г = О и г = Ь заданными многомодовыми коэффициентами отражения и Ь

соответственно, возбуждаемый эквивалентными электрическим и магнитны токами и 7™(*,г,/,г), определенными на поверхностя

охватывающих аппаратуру, где х - набор координат в поперечном сечею волновода, г - штатная ситуация функционирования аппаратуры из набора {г} Предполагается, что для любой частоты / из рабочего диапазона Д/ извесп

и

лная система собственных волн соответствующего бесконечного волновода :8>Я8,£_я }, где индекс относится к волнам, распространяющимся в ложительном направлении оси г, а в отрицательном. Волновод можно итать волноводом круглою сечения, что очевидно для цилиндрических ПО и раведливо для сегментов тороидального отсека, и воспользоваться для ределени системы собственных волн известными формулами. Экранами ужат стенки отсека или перегородки между секциями в многосекционном «борном отсеке; тороидальный отсек разбивается на изогнутые отрезки утлого волновода в соответствии с арматурой крепления или переборками ис. 2); в случае однородной цилиндрической оболочки экраны являются прозрачными, и коэффициенты отражения равны единице. В качестве >делей аппаратуры также выступают контура с током.

На основе волноводной модели приборного отсека предлагается лноводиый метод оценки ЭМС в ПО. Метод применяется для определения МО в объеме, изолированном от других объемов приборного отсека, т. е. для посекционного цилиндрического ПО или для секции отсека без учета шяния других секций. Поле в объеме справа от каждого из источников

и слева £л = ХС/% , Й" - УС^/Г^ является в g g е

тгерпозицией волн, возбуждаемых источниками внутри объема, и волн, раженных от экранов Ёг%=Ёе + , Нге=Йе+ , ЁЧЪ = + , = Н_к+К_1;Нк. Коэффициенты Ся и находятся по аналогии со случаем гсконечного волновода с использованием условия ортогональности волн

с, (/, г) = ~ / (? г, /, Т)Ё:я - 7" (г, з,/, г)Г/:г (.г, г,

"в

«

те интефирование производится по объему, занятому источниками, I -типичный вектор в направлении оси г, а - норма возбужденных волн,

связанная с нормой бегущей волны в волноводе Л^ =

соотношением Для отсека с однородной идеальнс

проводящей оболочкой волны полностью отражаются от торцов, поэтом} коэффициенты отражения =1, ^ = . Модули суммы волн Ё"р и Ёл

Нпр и Н" от каждого источника для каждой постоянной г и определяют ЭМС в месте расположения оцениваемого устройства (х,г) на частоте / дл; штатного состояния г. ЭМС оценивается также с помощью полевого критерия.

Послойная компоновка ПО вместе с типичностью цилиндрических фора (рис. 3) позволяет произвести декомпозицию отсека на автономные блоки I предложить автономно-блочную матричную модель ПО, использующуя дл связи блоков виртуальные волноводы. Выбирая в качестве блоков N слоев ■ приборами (или секций отсека), перпендикулярных оси 2, абстрагируясь о процессов, происходящих внутри блоков, считая полюсами слоев разбивающи сечения и воспользовавшись теоремой эквивалентных поверхностных токов получаем матричное описание слоев как эквивалентных источнико электромагнитного поля и рассеиваетелей. Поля внутри отсека приводятся базису виртуальных волноводов {¿'^(У), #яХ(/);, % - индекс волнь Ограничимся в модами, распространяющихся при возбуждении волновод верхней частотой рабочего диапазона. Если известны продольное (вдоль оси г и контраверсное (против оси) излучения Л-го слоя, * е[1,Л']> £™(/,г),Я™(/,г) £Г(/.г),Я[е(/,г) по результатам ЭМС-атгестации, то слой описываете

многомодовым вектором излучения Сгк(/,г) =

сто

[СП/,О]

с компонентам

ст^=Нта<7д; ... </.г)\ и СТ(/,Т)=Нгс(/-*) - Феи)}

Рассеивающие свойства блоков-слоев описываются многомодовыми (20x20

матрицами рассеяния 8' =

.^21 Й22

компонентам

оП Ыj о'С

"" "' °а/)

... V® ... 92й

°ар ^ар лар

5 СИ oGj оС/О

ар "' °ар "'

, где а,/? = 1,2; 7,^ = 1,2,...,в - номера волн;

(рис. 4). Для двух торцевых слоев (/ = 1, / - М) четырехблочные грицы в силу герметичности отсека вырождаются в одноблочные -огомодовые коэффициенты отражения от торцов. Матричная модель ПО -|уктура из N каскадно соединенных излучающих блоков с многомодовыми грицами рассеяния Б' и многомодовыми векторами помехообразования (Л 0.

На основе автономно-блочной матричной модели отсека предлагается тричный метод оценки ЭМС и его модификация - квазиэкспериментальный год. Из амплитуд при разложении шля внутри отсека по базису этуальных волноводов образуем многомодовый вектор падающих на слой I,

[1,.¥], вдоль и против оси г волн С/(/,г) = С/с(/,г)|Г, а из

тустимых уровней поля {£/"(/,г),#/*"(/,г)} и {Е{*(/,/),Н[°(/,/)} -

огомодовые вектора восприимчивости т) =

СП/,О СП/,г)

с компонентами

а(1,г) = \:)ра(/,т) ... с?ра(/,т}] и СГ(/,т) = \:)рси,г) ... гда критерий ЭМС в ПО представляется в матричной форме как (/,г)< С[(/,т), т. е. как требование недопустимости превышения «полентами вектора падающих на слой волн компонент вектора допустимых эвней для каждой штатной ситуации в диапазоне частот. ЭМО С/ для ределенной штатной ситуации, для частоты / в месте расположения слоя I иадывается из N векторов описывающих часть поля, излученную слоем

и падающую затем на слой /, С," = £ С+к,, = с/^ О,

Б =

оС ой, сВ\

Э21 ¡>21 .^22 ' ^21 0

л в ■

=П8',8В= П5' [й

здесь

Ы <=(+1 --

(-1 / I

= = Г^' [ Е,|*-/]<П

¡=к+1

обозначены: каскадное соединение рассеивающих элементов контраверсно по оси 7 от к как А, продольно от 1 как В, между к и I - С, между к я I, включая к - А\, включая / - Д,. Ввиду высокой поглощающей способности слоев и работы волновода в режиме отсечки, в рассмотрение принимаются только контраверсное излучение к, рассеянное на структуре А и прошедшее затем структуру А1; продольное излучение, прямопрошедшее через структур) С, и продольное излучение, прошедшее через В1 и затем рассеянное н< структуре в. При к >I матрица является матрицей, обратной I

которой произведена взаимная замена символов А на В, В на А, 1 на 2 и 2 н;

1, а в выражениях для ее элементов к и 1 взаимно меняются местами. При к = I

8е вырождается в нулевую, а в'1' и - в единичные матрицы Е. Компонента

векторов излучения и восприимчивости определяются как

С£а.т) = \{нгп(х,2,/,т)Ё8(х,2,/) - Ё;(х,г,/,т)Йе(х,2,/)}п', Ук

у,

Г,

тк тк

I ЁгткХ(х,2,/,х)5(У-Ущ), Йгп(х,2,/.Т) = X Й'щп(х,2,/,т)8(У-У„к),

тк

а элементы матриц рассеяния - с помощью классического определения:

^га ^гс га /~>гс

с'» - '"М С"» - б'Э _ о ё'Э _

~ ^гс ' °12 - ^гс ' Д21 _ „гс ' °22

в « "1-1,г

•я

Квазиэксперименталъиый метод отличается от основного матричного тодикой формирования параметров модели и предлагает матричное едставление характеристик помехообразования и восприимчивости паратуры за счет экспериментального определения модового состава в гшоводе, имитирующем отсек и возбуждаемом интересующим нас прибором, оком приборов или слоем в собранном виде по методике, предложенной гором в [4]. В результате эксперимента определяется число учитываемых мод и вектора падающих и отраженных волн по которым

(рмируются элементы векторов падающих волн и матриц рассеяния: Сга = г°„,

г" ■ rc rc dc

r = , 5,®=^, —, , SJJ = , где нумерация волн тп

ответствует индексу j, a kl - индексу g; матрицы рассеяния могут ходтъся и чисто экспериментальным путем. Допустимые уровни помех лучаются, как и в матричном методе, путем аттестации отдельных приборов ?атем объединения их в слой.

На внутрисистемном уровне основными помехами, влияющими на ЭМС ПО, являются излучаемые. Это дает возможность построить модель отсека <к излучающую систему в присутствии рассеивателей. В качестве модели сека предлагается система А излучающих элементов (приборов и кабелей), раниченных произвольными поверхностями SUS2,...,SA и характеризующихся «плитудно-фазовым распределением тока Jt,J2,..,JA на этих поверхностях, в шсутствии идеально проводящих рассеивающих элементов (оболочка отсека силовым набором, конструкции крепления аппаратуры и сами устройства), раниченных суммарной поверхностью £ и характеризующихся наведенным жом ]г. При этом полные токи образуются из собственных jiü, феделяемых по спектральным характеристикам помехообразования с эмощью принципа эквивалентных токов, и наведенных токов: J, = J, 0 + J, s. характеризовав допустимые уровни помех для каждого устройства / е[1,Л] лплитудно-фазовым распределением эквивалентного тока Jf°" на

поверхности 5,, представим критерий электромагнитной совместимости в

отсеке терминах данной модели: / = 1,2.....А, т. е.

недопустимость превышения полными токами на поверхностях, охватывающих устройства, токов, эквивалентных допустимым уровням электромагнитного поля для набора штатных ситуаций в полосе частот.

На основе данной модели предлагается интегральный метод оценки ЭМС. Электромагнитная обстановка в месте расположения Я/ / -го устройства для длины волны Л и некоторого штатного состояния характеризуется токами, наведенными на излучателях и по ним - полной плотностью тока 3,. Распределение наведенных токов находится в результате решения системы интегральных уравнений

«х /(Ло + = О, (ре 1)

ПX + йх=0, (р 6 5,.;

Здесь 0{р,д) - функция Грина, д - точка в области источников, р - точка наблюдения.

Модель позволяет произвести оптимизацию компоновки приборного отсека относительно ЭМС по найденным полным токам 0„ минимизируя щ = М т) на множествах поверхностей 5 = {Я,,^,...,^,!} и амплитудно-

фазовых распределений токов J - функционала развязки

М рг - Ул

5,

Хг\Щ ] \Ц с82-I \Ц <£л ] [7т| ей.

В, 52 Яг

Влияние силового набора оболочки и конструкций крепления аппаратура рассматривается отдельно, с учетом малости занимаемого ими объема I типичности ориентации в пространстве, воспользовавшись теорие» возмущений. Диэлектрические конструкции в резонаторной модели изменяют

ственную частоту как — = - АГ/ -—, где Лг = с-е0> = р-щ,

V

= &-(о0, Ё0>Н0 - собственные колебания невозмущенного резонатора; Ёо, если вектор Ё^ параллелен длинной оси конструкции, и еЁ = е^Ёъ, если пендикулярен. Для конструкций из магнетика следует произвести замену >-(.I, Ё-±Н. Если материал конструкций - диэлектрик с потерями, т. е. актеризуется проницаемостями е = ей(е' - ¡е"), ¡1 = то собственная частота мущенного и невозмущенного резонатора является комплексной и для гового набора, непосредственно примыкающего к оболочке отсека

/ [ «о^Ш2 + V

1агается, = Й = Й0, — = —-—I—. в

V

делях, использующих волноводное представление отсека, следует различать 1 случая. В первом случае, диэлектрические продольные элементы силового экаса (стрингеры) и ориентированные вдоль оси 1 достаточно длинные резки арматуры изменяют вещественную и мнимую части волнового числа ах0 ¡¿(е'-^)?QdS ах0 ¡ёе"ёд&

-Ри=-—^-. а~а9 --—"77,-' где ?оМЛМ - векторные

икции, определенные в поперечном сечении невозмущенного волновода 5; - набор координат в поперечном сечении; Р0 = для

нструкций, непосредственно примыкающих к оболочке, можно считать

»1 [«•о(?о|2 - А)|4| V = (е01е)?0> й = йо и поэтому /3 - Д, = —^--—. Выражения для

инетиков получаются подстановкой е -> -ц, ё -> А. Ко второму случаю носятся все элементы силового набора и арматуры, нарушающие :гулярность волновода - шпангоуты, вафельный каркас и основные элемента

крепления аппаратуры. Их предлагается рассматривать как рассеивающие элементы, характеризующиеся многомодовыми коэффициентами отражения и решать задачу волноводной дифракции на однородном теле.

В третьей главе рассматривается детализация и конкретизация разработанных методов. Произведена алгоритмизация методов, разработаны и поэтапно рассмативаются блок-схемы алгоритмов. Описаны методики формирования исходных данных. Даны рекомендации по выбору параметров моделей и переменных в методах оценки ЭМС. Рассмотрены особенности практическое реализации методов, такие как картографирование отсека, описание моделей устройств, усечение систем базисных функций, по которым ведется разложешк полей, построение дескрипторов элементов моделей. Приведены способы де композиции ПО для отсеков различных форм. Рассмотрено сведение трехмер ной задачи к двумерной. Установлены границы применимости моделей и рабо тоспособности методов. Описаны возможности методов применительно к кон кретным ПО. Качественно оценены вычислительные затраты при реализацш методов.

Проведена сравнительная характеристика предложенных методов по еле дующим параметрам: уровень электродинамической модели (отсек, секция междусекционная задача), используемая модель, критерий ЭМС, на котро; основана оценка ЭМС, набор исходных данных, непосредственный результа метода, применимость, вычислительные затраты. Методы учитывают основны факторы, влияющие на ЭМО в отсеке, реализуют системный подход с учета режимов функционирования комплекса бортовой радиоэлектронно аппаратуры, что дает существенное повышение точности и надежности оценк ЭМС по сравнению с существующими методами. Показано, что метод позволяют помимо дуальной оценки ЭМС в отсек (совместимость/несовместимость) выделять области, не удовлетворяющи требованиям ЭМС, производить оптимизацию компоновки отсека аппаратуро1 Путем сравнения ЭМО отсека, укомплектованного включенной аппаратурой, ЭМО отсека с некоторыми выключенными блоками методы позволяй

щелить наиболее ухудшающие электромапштную обстановку устройства для »следующей замены их менее помехогенерирующими. Проведен численный сперимент по определению ЭМО в цилиндрическом ПО с использованием iponio изученных в электродинамике задачи определения электромагнитного >ля в замкнутом проводящем объеме, содержащем классические ементарные излучатели. В результате продемонстрирован ряд )ипципиальных возможностей разработанных методов, показана аимосогласованность методов и соответствие получаемых результатов ¡зультатам, известным в литературе.

Методы позволяют предсказать электромагнитную обстановку и оценить (мплексную внутрисистемную электромагнитную совместимость приборных секов летательных аппаратов на стадиях планирования, разработки, отладки геков по данным экспериментальной аттестации устройств по уровням шехообразования и восприимчивости согласно ГОСТам и проектной жументации. В заключен™ приведет! основные результаты работы и формулированы выводы.

В приложения вынесены свойства специальных функций для резонатор-)го метода, нормативная литература по ЭМС, результаты численного оделирования электромагнитной обстановки в приборном отсеке различными етодами.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

I Артемова Т.К., Винтер И.А. Матричный метод поляризационных

измерений. //Измерительная техника, 1997, №2, с. 40-43. ) Артемова Т.К., Винтер И.А. Матричный метод оценки ЭМС в приборном отсеке летательного аппарата. //Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ (ЖЭДТ), Т. 5, №4,1997, Москва.

а)

Г" р|

/ / / / Тж" /г

V

б)

в)

г)

Рис. 1. Схема построения электродинамических моделей приборов и кабелей: а - прибор, б - модель прибора, в - кабель, г - модель кабеля

Рис. 2. Волноводная модель тороидального приборного отсека

Слои

к—1 к—2 к—3

| I I

Рис. 3. Схема размещения приборов в отсеке цилиндрической формы

гГС слои к " юлу-' чет ель г. га * > слой X

оцениваемых

структура А структура С ст^руиура В

структура А^ В1 .

, структура

Рис. 4. Матричные структуры

к-4

3) Артемова Т.К., Винтер И.А. Метод определения электромагнитной обстановки в цилиндрическом приборном отсеке для оценки внутрисистемной ЭМС. /Деп. в ВИНИТИ РФ 14.07.95 №2164-В95, библиогр.: 5,27 с.

4) Артемова Т.К., Винтер И.А. Анализ модового состава в волноводе с помощью измерительных линий. /Деп. в ВИНИТИ РФ 14.07.95 № 2165-В95, библиогр.: 7,23 с.

5) Артемова Т.К. Метод интегральной оценки электромагнитной совместимости в приборных отсеках летательных аппаратов. /Актуальные проблемы физики: сб. научн. трудов мол. ученых, аспир. и студ.. Яросл. гос. ун-т, Ярославль, 1997, с. 166-170.

6) Артемова Т.К. Метод оптимизации приборного отсека летательных аппаратов относительно электромагнитной совместимости. /Актуальные проблемы физики: сб. научных трудов мол. ученых, аспирантов и студентов. Яросл. гос. ун-т, Ярославль, 1997, с. 171-174.

7) Артемова Т.К., Винтер И.А., Лебедев A.A., Фомичев Н.И. Исследование характеристик антенн на частотах гармоник. /"Антенно-фидерные устройства, системы и средства радиосвязи" (ICARSM'97): Сборник трудо! Ш Межд. науч.-техн. конф., май 1997г., Воронеж, Т. 1, с. 285-288.

8) Артемова Т.К., Винтер И.А. Собственное шумовое излучение приборов i цилиндрическом ПО JIA. /"Направления развития систем и средсл радиосвязи": Доклады Всерос. науч.-техн. конф. 23-25 апреля 1996 г. Воронеж, с. 342-346.

9) Артемова Т.К., Винтер И.А. Электромагнитная обстановка в приборно! отсеке цилиндрической формы. /"Теория и техника передачи, приема : обработки информации": тезисы межд. науч. техн. конф., 18-21 сентябр 1995 г., Туапсе, Украина, с. 190.

10) Артемова Т.К., Винтер И.А. Возбуждение колебаний в цилиндрическо; резонаторе./ "Актуальные проблемы естественных и гуманитарных нау]

физика": Тезисы юбил. конф., 1995, Ярославский гос. ун-т им. П.Г. Демидова, Ярославль, с. 74-76.

Артемова Т.К. Электромагнитная совместимость приборов в сферическом приборном отсеке летательных аппаратов. //"Современные проблемы естествознания. Физика": Тезисы обл. научн. конф. студ., аспирантов и молодых ученых. -Яросл. гос. ун-т., Ярославль, 1997., с. 71-72. Винтер И.А., Артемова Т.К. Основы электродинамики сверхвысоких частот: Учебное пособие. - Яросл. гос. ун-т., Ярославль, 1997. - 82 с.