Анализ изменения массы при дополнительном экранировании монтажных проводов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Эксплуатация и надежность авиационной техники.

УДК 621.315.36

АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ МАССЫ ПРИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОМ ЭКРАНИРОВАНИИ

МОНТАЖНЫХ ПРОВОДОВ

Н. А. Карпов, А. П. Леонов

Национальный исследовательский Томский политехнический университет Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп Ленина, 30 E-mail: nikolats.karpov@yandex.ru

Для повышения ЭМС элементов БКС рекомендуется применять дополнительный внутренний экран в виде оплетки. Показаны пути снижения массы БКС при замене медных токопроводящих жил на алюминиевые.

Ключевые слова: электромагнитная совместимость, бортовая кабельная сеть, экран, оплетка, изменение массы, монтажный провод.

ANALYSIS OF CHANGES IN MASS WITH THE ADDITIONAL SHIELDING OF ASSEMBLY WIRES

N. A. Karpov, A. P. Leonov

National Research Tomsk Polytechnic University 30, Lenina Av, Tomsk, 634050, Russian Federation E-mail: nikolats.karpov@yandex.ru

To increase electromagnetic compatibility of the onboard cable network elements, it is recommended to apply an additional internal shield as the braid. It shows the ways to degrade the onboard cable network mass when replacing the copper conductor with the aluminum one.

Keywords: electromagnetic compatibility, onboard cable network, shield, braid, weight change.

Современные тенденции развития космических систем предъявляют к космическим аппаратам все более высокие требования в части снижения стоимости создания, повышения надежности и увеличения срока активного существования, снижения массогаба-ритных характеристик, сокращения сроков развертывания систем.

Эти требования определяют необходимость поиска и применения новых подходов, методов и технологий, используемых при создании космических систем.

В настоящее время для космических аппаратов установлены повышенные требования по сроку службы: длительность эксплуатации спутников должна составлять не менее 15 лет. Требуется создание новых космических аппаратов на базах высокомощных платформ.

Платформа - это тот стандартный набор служебных систем (электропитания, управления движением, ориентации и стабилизации, терморегулирования, управления и передачи служебной телеметрической информации), которые необходимы на любом спутнике.

В связи повышением требований к надежности космических аппаратов возросли требования к надежности бортовой кабельной сети (БКС) и повышению ее электромагнитной совместимости (ЭМС). Изучив подходы к обеспечению ЭМС автономных объектов, БКС КА и проведя анализ, рекомендуется внести изменение в конструкцию существующих кабельных сборок БКС КА, а именно: применение дополнительного внутреннего экранирования в виде оплетки осо-

бо важных элементов кабельной сборки для повышения защиты от электромагнитных помех. Также для снижения массы кабельных сборок возможна замена медных токопроводящих жил (ТПЖ) на алюминиевые [1].

В качестве объекта-прототипа элемента БКС принят монтажный провод МС 15-11 (провод монтажный теплостойкий с многопроволочными жилами, класса 4 для сечений 0,08-0,35 мм2, класса 5 для сечения 0,50 мм2, из медных луженых проволок, монолитной изоляцией из фторопласта-4МБ) [2].

Проанализировав существующие конструкции экранов, выбрали систему 2x2 как наиболее эффективную. Основные расчетные выражения [3-5]:

0,73

П = 1-(■

42 +^о2

n + 0,73

2 \2 п2 2

■)2

£>п4 + ¿о4 1 ( Дп4

•10-61П f

•ю-6-i-п-рм

Проведя расчет массы экрана для одного метра скрутки из двух и четырех проводов при различных сечениях и материале токопроводящей жилы, получили следующие результаты (рис. 1, 2).

Расчеты показали, что введение в конструкцию дополнительного экрана увеличивает массу кабельной сборки на 33-40 % при скрутке двух проводов, на 19-28 % при скрутке четырех проводов, что достаточно значительно. Вклад массы экрана в общую мас-

<Тешетневс^ие чтения. 2016

су кабельной сборки уменьшается с увеличением сечения провода.

т,кт10

Рис. 1. Соотношение массы для скрутки двух медных и алюминиевых проводов БКС (на примере провода МС 15-11)

Рис. 2. Соотношение массы для скрутки четырех медных и алюминиевых проводов БКС (на примере провода МС 15-11)

Замена меди на алюминий в качестве материала ТПЖ практически во всех случаях приводит к снижению общей массы экранированной кабельной сборки, за исключением случая с минимальным сечением. При сечении медной токопроводящей жилы 0,08 мм2, замена ее на алюминиевую не приводит к снижению массы из-за большого вклада экрана в общую массу.

Снижение массы при замене меди на алюминий повышается с увеличением диаметра токопроводящих жил, за исключением скрутки из двух проводов при сечении 0,2 мм2 и замене ее на алюминиевую. Это связано с тем, что при этом сечении происходит увеличение диаметра проволок оплетки и заметному увеличению массы экрана.

Выигрыш по полезной массе у экранированных скруток составляет от 9 до 22,2 % при скрутке двух проводов и от 15,4 до 25,8 % при скрутке четырех проводов. При отсутствии экрана снижение массы

значительно при любом сечении медной токопроводящей жилы.

Выигрыш по полезной массе составляет от 22,8 до 34,4 % при скрутке двух проводов, и от 22,8 до 36 % при скрутке четырех проводов.

Применение проводов с алюминиевой ТПЖ в БКС КА является очень перспективным, потому что снижение массы за счет замены меди на алюминий позволяет частично компенсировать увеличение массы в результате введения дополнительного экрана.

Предложенные рекомендации для расчета конструкции экрана применимы для элементов БКС, выполненных из других марок кабельных изделий.

Библиографические ссылки

1. ГОСТ Р 56530-2015. Совместимость космической техники электромагнитная. Общие требования к бортовой кабельной сети космической техники.

2. Технические характеристики провода МС 15-11 [Электронный ресурс]. URL: http://bpks.ru/ articles/article.821 (дата обращения: 09.09.2016).

3. Аникеенко В. М. Производство кабелей и проводов : учеб. пособие. Томск : Изд-во ТПУ, 1999. 292 с.

4. Тихомиров П. М. Расчет трансформаторов : учеб. пособие. 4-е изд., перераб. и доп. М. : Энергия, 1976. 544 с.

5. Теоретические основы электрических кабелей [Электронный ресурс]. URL: http://autozvuk.org/ forum2/attachment.php?attachmentid=7226&d (дата обращения: 10.09.2016).

References

1. GOST R 56530-2015. Sovmestimost' kosmicheskoj tehniki jelektromagnitnaja. Obshhie trebovanija k bortovoj kabel'noj seti kosmicheskoj tehniki [Electromagnetic compatibility of space technology. General requirements for onboard cable network of space vehicles]. Moscow : Standartinform publ., 2015. 10 p.

2. Tehnicheskie harakteristiki provoda MS 15-11. Available at: http://bpks.ru/articles/article.821 (accessed 09.09.2016). (In Russ.)

3. Anikeenko V. M. Proizvodstvo kabelej i provodov. Uchebnoe posobie [Production of cables and wires. Tutorial]. Tomsk : TPU publ., 1999. 292p;

4. Tihomirov P. M. Raschet transformatorov. Uchebnoe posobie dlja vuzov. Izd. 4-e, pererab. I dop. [Calculation of transformers. Tutorial for universities. Ed. 4th, revised and enlarged]. Moskow, Jenergija Publ., 1976. 544 p.

5. Teoreticheskie osnovy jelektricheskih kabelej. Available at: http://autozvuk.org/forum2/ attachment.php? attachmentid=7226&d (accessed 10.09.2016). (In Russ.)

© Карпов H. А., Леонов А. П., 2016

m-кГ'Ю