Научная статья на тему 'МОЛНИЕЗАЩИТА ПНЕВМОКЛАПАНА ВОЗДУШНОГО СУДНА'

МОЛНИЕЗАЩИТА ПНЕВМОКЛАПАНА ВОЗДУШНОГО СУДНА Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
67
14
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ВОЗДУШНОЕ СУДНО / ВЫПУСКНОЙ ПНЕВМОКЛАПАН / ДАТЧИК ХОЛЛА / ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ / КВАЛИФИКАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ / МОЛНИЕЗАЩИТА / TVS ДИОД / ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА / ПЕЧАТНЫЙ УЗЕЛ / МОДЕЛИРОВАНИЕ

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Савельев Валерий Николаевич, Новоточинов Николай Сергеевич, Ямпурин Николай Петрович

Актуальность и цели. Важным устройством системы кондиционирования воздуха воздушного судна является система автоматического регулирования давления для гермокабины, включающая в себя ряд устройств, но одним из основных является выпускной пневмоклапан. В состав электромеханизма пневмоклапана воздушного судна входят два бесколлекторных электродвигателя, которые управляют заслонкой, с датчиками положения ротора на основе магнитоуправляемой микросхемы на эффекте Холла. Микросхема уязвима к разряду молнии, поэтому сформулированы требования к молниезащите датчика Холла: узел защиты должен иметь минимальные габариты и располагаться внутри электронного узла управления и контроля пневмоклапана как можно ближе к объекту защиты, т.е. датчику Холла. Материалы и методы. Пневмоклапан должен пройти испытание на восприимчивость к переходным процессам, вызванным молнией, согласно квалификационным требованиям KT-160D по категории A3, которая обозначает испытание контактным вводом третьего уровня. Выбран элемент защиты в виде TVS диода (ограничителя напряжения), который устанавливается в цепях питания и на линиях логических сигналов с датчиков Холла. Разработана электрическая схема молниезащиты от переходных процессов на отечественной элементной базе, приведена ее практическая реализация в виде печатного узла для установки в электромеханизм пневмоклапана. Выполнено моделирование работы схемы молниезащиты от переходных процессов в программном пакете Multisim, для чего разработаны SPICE модели отечественных элементов и схема генератора микросекундных импульсов. Результаты и выводы. Результаты моделирования молниезащиты пневмоклапана подтвердили работоспособность предложенного решения.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Савельев Валерий Николаевич, Новоточинов Николай Сергеевич, Ямпурин Николай Петрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

LIGHTNING PROTECTION OF THE AIR VALVE OF THE AIRCRAFT

Background. Topicality of the topic an important device of the aircraft air conditioning system is the automatic pressure control system for the pressurized cabin, which includes a number of devices, but one of the main ones is the exhaust valve. The electromechanism of the aircraft pneumatic valve includes two brushless electric motors that control the damper, with rotor position sensors based on a magnetically controlled Hall effect microcircuit. inside the electronic control and monitoring unit of the pneumatic valve as close as possible to the object of protection, i.e. the Hall sensor. The pneumatic valve must pass the test for susceptibility to transients caused by lightning, according to the qualification requirements KT-160D in category A3, which means the third level contact test. A protection element was chosen in the form of a TVS diode (voltage limiter), which is installed in the power circuits and on the logic signal lines from the Hall sensors. Materials and methods. An electrical circuit of lightning protection against transients on the domestic element base has been developed, its practical implementation in the form of a printed circuit assembly for installation in the pneumatic valve electromechanism has been presented. The operation of the lightning protection circuit against transients was simulated in the Multisim software package, for which SPICE models of domestic elements and a microsecond pulse generator circuit were developed. Results and conclusions. The simulation results of the pneumatic valve lightning protection confirmed the operability of the proposed solution.

Текст научной работы на тему «МОЛНИЕЗАЩИТА ПНЕВМОКЛАПАНА ВОЗДУШНОГО СУДНА»

УДК 621.3

doi:10.21685/2307-4205-2023-2-12

МОЛНИЕЗАЩИТА ПНЕВМОКЛАПАНА ВОЗДУШНОГО СУДНА

В. Н. Савельев1, Н. С. Новоточинов2, Н. П. Ямпурин3

1 2 Волжский государственный университет водного транспорта, Нижний Новгород, Россия 3 Арзамасский политехнический институт (филиал) Нижегородского государственного технического университета имени Р. Е. Алексеева, Арзамас, Нижегородская обл., Россия 1 valerijsavel@yandex.ru, 2 n.novotochinovl@gmail.com, 3 yampurin@apingtu.edu.ru

Аннотация. Актуальность и цели. Важным устройством системы кондиционирования воздуха воздушного судна является система автоматического регулирования давления для гермокабины, включающая в себя ряд устройств, но одним из основных является выпускной пневмоклапан. В состав электромеханизма пнев-моклапана воздушного судна входят два бесколлекторных электродвигателя, которые управляют заслонкой, с датчиками положения ротора на основе магнитоуправляемой микросхемы на эффекте Холла. Микросхема уязвима к разряду молнии, поэтому сформулированы требования к молниезащите датчика Холла: узел защиты должен иметь минимальные габариты и располагаться внутри электронного узла управления и контроля пнев-моклапана как можно ближе к объекту защиты, т.е. датчику Холла. Материалы и методы. Пневмоклапан должен пройти испытание на восприимчивость к переходным процессам, вызванным молнией, согласно квалификационным требованиям KT-160D по категории A3, которая обозначает испытание контактным вводом третьего уровня. Выбран элемент защиты в виде TVS диода (ограничителя напряжения), который устанавливается в цепях питания и на линиях логических сигналов с датчиков Холла. Разработана электрическая схема молниезащиты от переходных процессов на отечественной элементной базе, приведена ее практическая реализация в виде печатного узла для установки в электромеханизм пневмоклапана. Выполнено моделирование работы схемы молниезащиты от переходных процессов в программном пакете Multisim, для чего разработаны SPICE модели отечественных элементов и схема генератора микросекундных импульсов. Результаты и выводы. Результаты моделирования мол-ниезащиты пневмоклапана подтвердили работоспособность предложенного решения.

Ключевые слова: воздушное судно, выпускной пневмоклапан, датчик Холла, переходные процессы, квалификационные требования, молниезащита, TVS диод, электрическая схема, печатный узел, моделирование

Для цитирования: Савельев В. Н., Новоточинов Н. С., Ямпурин Н. П. Молниезащита пневмоклапана воздушного судна // Надежность и качество сложных систем. 2023. № 2. С. 104-114. doi:10.21685/2307-4205-2023-2-12

LIGHTNING PROTECTION OF THE AIR VALVE OF THE AIRCRAFT

V.N. Saveliev1, N.S. Novotochinov2, N.P. Yampurin3

1 2 Volga State University of Water Transport, Nizhny Novgorod, Russia 3 Arzamas Polytechnic Institute (branch) Nizhny Novgorod State Technical University

named after R.E. Alekseev, Arzamas, Nizhny Novgorod region, Russia 1 valerijsavel@yandex.ru, 2 n.novotochinov1@gmail.com, 3 yampurin@apingtu.edu.ru

Abstract. Background. Topicality of the topic an important device of the aircraft air conditioning system is the automatic pressure control system for the pressurized cabin, which includes a number of devices, but one of the main ones is the exhaust valve. The electromechanism of the aircraft pneumatic valve includes two brushless electric motors that control the damper, with rotor position sensors based on a magnetically controlled Hall effect microcircuit. inside the electronic control and monitoring unit of the pneumatic valve as close as possible to the object of protection, i.e. the Hall sensor. The pneumatic valve must pass the test for susceptibility to transients caused by lightning, according to the qualification requirements KT-160D in category A3, which means the third level contact test. A protection element was chosen in the form of a TVS diode (voltage limiter), which is installed in the power circuits and on the logic signal lines from the Hall sensors. Materials and methods. An electrical circuit of lightning protection against transients on the domestic element base has been developed, its practical implementation in the form of a printed circuit assembly for installation in the pneumatic valve electromechanism has been presented. The operation of the lightning protection circuit against transients was simulated in the Multisim software package, for which SPICE models of domestic elements and a microsecond pulse generator circuit were developed. Results and conclusions. The simulation results of the pneumatic valve lightning protection confirmed the operability of the proposed solution.

Keywords: aircraft, air outlet valve, Hall sensor, transients, qualification requirements, lightning protection, TVS diode, electrical circuit, printing unit, simulation

© Савельев В. Н., Новоточинов Н. С., Ямпурин Н. П., 2023. Контент доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 License / This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

For citation: Saveliev V.N., Novotochinov N.S., Yampurin N.P. Lightning protection of the air valve of the aircraft. Nadezh-nost' i kachestvo slozhnykh sistem = Reliability and quality of complex .systems. 2023;(2):104-114. (In Russ.). doi: 10.21685/23074205-2023-2-12

В последние десятилетия все больше внимания уделяется системам автоматизации жизнеобеспечения воздушного судна (ВС), одной из них является система кондиционирования воздуха (СКВ). Она обеспечивает комфортные условия жизнедеятельности экипажа и пассажиров ВС и предназначена для создания и поддержания параметров воздуха в герметичной кабине (температура, давление, влажность, примеси) для обеспечения нормальных жизненных условий во всех ожидаемых условиях эксплуатации ВС (на земле, при взлете/посадке, в полете). Важным устройством СКВВС является система автоматического регулирования давления (САРД) для гермокабины, включающая в себя ряд устройств, одним из основных является выпускной пневмоклапан [1]. В состав электромеханизма пневмоклапана входят два бесколлекторных электродвигателя, которые управляют заслонкой, с датчиками положения роторана основе магнитоуправляемой микросхемы на эффекте Холла.

Перед запуском пневмоклапана в серийное производство необходимо провести квалификационные испытания в полном соответствии с программой испытаний, в которой для выпускного клапана содержится пункт «Восприимчивость к переходным процессам, вызванным молнией», методика данного испытания описана в документе КТ-160Б [2]. Данное испытание сводится к воздействию микросекундными импульсами идеализированной формы (они имитируют импульсы наводки от молнии) на электромеханизм с целью оценки его устойчивости на повреждаемость. Поскольку магнитоуправ-ляемая микросхема на эффекте Холла уязвима к воздействиям молнии [3], то необходимо устройство молниезащиты электромеханизма пневмоклапана. Устройство защиты должно представлять из себя небольшой печатный узел, который располагается как можно ближе к объекту защиты, т.е. датчику Холла и расположено внутри электронного блока управления и контроля пневмоклапана, внешний вид которого показан на рис. 1.

Рис. 1. Выпускной пневмоклапан (внизу) с электронным блоком управления и контроля (вверху)

Цель работы - исследовать возможность молниезащиты электромеханизма пневмоклапана воздушного судна при питании отбортовой сети постоянного тока с номинальным напряжением 27 В.

Введение

Требования к узлу защиты электромеханизма пневмоклапана от молнии и его реализация

Вопросам защиты бортовой аппаратуры азрокосмических аппаратов от электромагнитных импульсов и полей электростатического разряда посвящен ряд работ, наиболее интересными являются работы [4, 5]. Однако к электрооборудованию ВС предъявляются особые требования: в соответствии с документом [2] пневмоклапан должен пройти испытание на восприимчивость к переходным процессам, вызванным молнией, согласно разделу 22 КТ-160Б по категории А3, которая обозначает испытание контактным вводом третьего уровня. Такие испытания проводятся для оборудования, установленного в местах со средней степенью защищенности от электромагнитного воздействия. Испытание проводится для формы импульса, представленной на рис. 2, а испытательный уровень (амплитуда) выбирается из табл. 1, взятой из документа КТ-160Б.

Таблица 1

Испытательные уровни для контактного ввода

Формы импульсов

Уровень 3 4

У/1 У/1

1 100/10 50/15

2 250/5 125/12

3 600/12 300/30

4 1500/30 750/75

5 3200/64 1600/160

В бесколлекторных электродвигателях ДБ 4-25-3 пневмоклапана применяются логические датчики Холла [3], которые являются микросхемами компараторного типа с логическими уровнями напряжения на выходе. При наличии магнитного поля на выходе формируется высокое напряжение или логическая единица, а при его отсутствии - низкое или логический ноль. Структурная схема микросхемы представлена на рис. 3.

Общий

Рис. 2. Структурная схема микросхемы логического датчика Холла

Для молниезащиты датчика Холла необходимо выбрать элемент защиты, который должен обладать следующими свойствами:

- устойчиво работать при воздействии обратного напряжения;

- не должен оказывать влияния на работу основной электрической схемы при низком уровне обратных токов;

- время срабатывания должно быть на уровне десятков наносекунд для надежного подавления импульсов перенапряжения;

- хорошо рассеивать мощность при небольших габаритных размерах.

Сравнительные характеристики современных элементов защиты от переходных процессов представлены в табл. 2.

Таблица 2

Сравнительный анализ защитных ограничителей напряжения

Параметр Газовые разрядники Варисторы TVS диоды

Уровень пиковых токов высокий высокий средний

Минимальное напряжение включения, В 75 6 6

Точность напряжения включения низкая средняя высокая

Эффективность ограничения выбросов напряжения средняя средняя высокая

Типовая емкость, пФ -1,5 -1400 -100

Соотношение "пиковый ток/габариты" низкое среднее высокое

Время срабатывания большое среднее малое

Исходя из данных табл. 2, можно сделать вывод, что каждый из элементов имеет как плюсы, так и минусы для использования.

Газовые разрядники невозможно использовать в узле молниезащиты, поскольку они обладают большими габаритами, что затруднит их размещение на плате. Кроме того, при небольшом числе переключений они имеют большое время срабатывания, что не позволяет отрабатывать микросекундные импульсы перенапряжений.

Варисторы по быстродействию лучше, чем газовые разрядники, но обладают большой собственной емкостью,что может негативно влиять на работу основной электрической схемы.

TVS диоды (сокращенное от Transient voltage Suppressor, поэтому в литературе называют часто супрессорами) - это типичные ограничители напряжения, которые технически правильней назвать (это более современный вариант) импульсные лавинные стабилитроны [6]. Они ограничивают напряжение на защищаемом участке электрической схемы до безопасных значений, при этом поглощая и рассеивая энергию импульса помехи. У TVS диодов ярко выраженная нелинейная вольтамперная характеристика: для однонаправленных диодов она имеет несимметричный вид, для двунаправленных -симметричный. Они характеризуются высоким быстродействием в десятки наносекунд и при небольших габаритах способны рассеивать большие мощности. Также TVS диоды обладают небольшой емкостью, что позволяет применять их для защиты как линий питания, так и сигнальных линий.

TVS диоды (ограничители напряжения) устанавливают параллельно в цепях питания и на линиях логических сигналов датчика Холла (см. рис. 2). В нормальных условиях работы схемы TVS диоды являются высокоимпедансной нагрузкой по отношению к защищаемой схеме и представляют собой разомкнутую цепь с незначительным током утечки. Когда напряжение переходного процесса превышает рабочее напряжение цепи, то импульс перенапряжения вызывает лавинный пробой в структуре TVS диода, через него протекает ток помехи, обусловленный эквивалентным сопротивлением источника помехи, при этом напряжение на диоде ограничивается его собственной внутренней структурой. В результате защищаемый участок схемы не подвергается воздействию высокого напряжения, а энергия помехи рассеивается.

В качестве TVS диода использован однонаправленный ограничитель напряжения 2Р304П92 отечественного производства АЕЯР.432120.772 ТУ. Данный элемент применяется для защиты радиоэлектронной аппаратуры специального назначения от перенапряжений, обусловленных переходными процессами, разрядами статического электричества и наведенными электромагнитными импульсами иной природы.

Ограничитель напряжения 2Р304П92 обладает следующими характеристиками:

- напряжение пробоя (Vbr, breakdown voltage) составляет от 83 до 92 В - это напряжение, при котором опасный импульс отводится на общий провод;

- ток пробоя составляет (IT) 1 мА;

- максимальная импульсная мощность (Ippp) 1500 Вт - это мощность, которую способен подавить полупроводниковый ограничитель;

- ток утечки (IL - постоянный обратный ток) равен 1 мкА.

Показатели импульсной электрической прочности к воздействию одиночных импульсов напряжения (ОИН) согласно АЕЯР.432120.772 ТУ приведены в табл. 3.

Таблица 3

Показатели импульсной электрической прочности 2Р304П92

Параметры электрической прочности Длительность ОИН, мкс

0,1 1,0 10,0

Предельно-допустимое напряжение ОИН,В не более 5000 не более 5000 не более 5000

Расчетная предельно-допустимая энергия ОИН, мДж не более 3,0 не более 56 не более 360

Схема молниезащиты от переходных процессов, разработанная для установки в электромеханизм пневмоклапана (рис. 3), состоит из TVS диодов, обозначенных на схеме как VD3...VD22, стабилитронов VD1, VD2 и резисторов R1, R2.

Так как один диод 2Р304П92 является однонаправленным, то для формирования двунаправленной вольтамперной характеристики их включают по два встречно-последовательно, что обеспечивает работу на импульсах обратной полярности и, что важно, повышает надежность соединения [6].

Стабилитрон 2С524А1 с номинальным напряжением стабилизации 24 В и резистор Р1-8В-1-360 Ом образуют параметрический стабилизатор напряжения для снижения номинального бортового напряжения 27 В (хотя может быть и 29 В), до номинального значения напряжения питания (не более 25 В) датчика Холла 129КХ011.АЕЯР.431160.993 ТУ.

В каждом электродвигателе используется по два датчика Холла, которые установлены со сдвигом на угол 90° и переключаются из одного состояния в другое через каждые 180°. По сигналам датчиков переключаются обмотки двигателя, создающие на роторе крутящий момент в нужном направлении. Сами двигатели входят в состав электромеханизма выпускного пневмоклапана, который соответственно является исполнительным устройством САРД ВС.

Эскиз печатного узла, выполненный по принципиальной схеме рис. 3, представлен на рис. 4. Данный печатный узел предназначен для установки в электрическую цепь электромеханизма, представленную на рис. 5. Точки XP1... XP12 обозначают места соединения контактов печатного узла молниезащиты со схемой электромеханизма пневмоклапана.

Рис. 3. Электрическая схема узла молниезащиты

ХП

V» V»

U W "

1—I—I— п

I V910 I VDU I VD7 у I

—г—г—г— X

VI»? I VDEO I VDH I VTM"

О

М-

16 отЬ.

Г

15

'1

Ф

XPU _

О „„ ™ °

О

Ф

ХР7 ХР12

о о

ХМ О

О

хге О

XPfl О

о

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

хрь О

H.i [-[-[- VD3 L

Mil VQ1& 1 vais 1 VDl* 1 1 VH13

ф- i lté

Рис. 4. Эскиз печатного узла защиты от переходных процессов

Рис. 5. Электрическая схема электромеханизма с контактами для подключения печатного узла молниезащиты

Электрическая схема пневмоклапана включает в себя два бесколлекторных электродвигателя (М1, М2) ДБ 4-25-3 с датчиком обратного положения ротора на основе магнитоуправляемой микросхемы на эффекте Холла 1293КХ011, которые соединены с блоком управления системы автоматического регулирования давления с помощью двух электрических соединителей типа СНЦ (Х1, Х2).

Четыре микропереключателя ПМ-21 (S1 -S4) необходимы для индикации конечных состояний заслонки пневмоклапана блоком управления САРД, двухсекционные потенциометры ПОС 1,2 используются в качестве устройства обратной связи по положению заслонки пневмоклапана.

Компьютерное моделирование узла молниезащиты пневмоклапана

Поскольку электромеханизм пневмоклапана включает два одинаковых электродвигателя М1 и М2, то при компьютерном моделировании достаточно исследовать схему для электродвигателя М1 (рис. 5) и с помощью генератора микросекундных импульсов оценить быстродействие узла молниезащиты, т.е. время установления напряжения на выводах микросхемы с датчиком Холла.

Моделирование работы схемы молниезащиты от переходных процессов проводилось в программном пакете МиШ8т, но для его использования пришлось решить две задачи.

Во-первых, был разработан генератор периодической последовательности импульсов (рис. 2) на базе схемы Маркса 2-го порядка, особенностью которой является параллельный заряд конденсаторов с последующим последовательным разрядом [7]. Модель данного импульса представлена разностью двух экспоненциальных функций:

V = Га [е("а) - е(~ы) ],

где а, Ь - коэффициенты, определяющие скорости нарастания и спада; Vа - амплитуда импульса перенапряжения.Такой импульс стремительно нарастает до пикового значения и относительно медленно достигает нулевого значения. Схема генератора микросекундных импульсов, реализованная в программном пакете МиШ8т, представлена в нижней части рис. 6. Для формирования импульса источник напряжения в 860 В заряжает( через замкнутый ключ 81 при разомкнутом 82) конденсатор С1. После размыкания ключа 81 и замыкания 82 идет заряд С2 через времязадающие резисторы Я3 (заряд) и Я4 (разряд). Тестирование работы данного генератора для номиналов резисторов и конденсаторов, приведенных на рис. 6, показало, что длительность фронта импульса Т1 составляет 6.2 мкс, а длительность импульса Т2 - 62.46 мкс, что укладывается в требуемый допуск ±20 % (см. рис. 2). Максимальная амплитуда составила 604 В, что соответствует испытательному уровню 3 табл. 1.

.............................R1......

г -VW—

■ ■ VI'!"!.........VC 11 . . . 4-Wi . . 5%

XSf: s i ... M ......... IH ....

Л., -Ч ...

© — H ■ ■ ■ , . . . UD14 -

"I VÛ4......... .. ..

yj......., Ы —

< р с ? Ф : 1 : : : : 2P304II92

u .у ...... 2Р304П92..............

...........b......

. .. J4..........r . .

2Р304П92 2Р304П92

RH : : : : >13Ж1 : .....VD6.........VD16 . . J

......m...........И.....1 : : 2Р304П92 2РЗС4П92 ■■■■■.. VC1...........

k;2C524A1

VD7 VD17

......J4 . . >1....... 2Р304ПЭ2 2Р304П92

1 PHf

ратор ннкросекундных импульсов

,1 ■ ■

< '52..................

R3 ............R?

о- --о-о-Л/УД- Wv-

К«] Л коу * л : ; : /мо iko:

V1

— BfiOV = U)pl.................гб,Б140 = . ........

Рис. 6. Схема компьютерного моделирования молниезащиты для одного электродвигателя с датчиками Холла

Во-вторых, так как в библиотеке компонентов программы Multisim содержатся только иностранные электрорадиоэлементы, то потребовалось разработать SPICE модели двух отечественных

элементов: TVS диода 2Р304П92 согласно АЕЯР.432120.772 ТУ и стабилитрона 2С524А1 по СМ3.362.823ТУ. Проверка адекватности модели TVS диода проводилась с применением генератора микросекундных импульсов, которая показала стабилизацию при напряжении импульса выше 88 В. Проверка адекватности модели стабилитрона проводилась при постоянном напряжении 27 и 92 В.

Схема для моделирования переходных процессов приведена в верхней части рис. 6 и состоит из:

VD3-VD13,VD4-VD14,...,VD7-VD17 - включенных встречно-последовательно ограничителей напряжения 2Р304П92;

VD1 - стабилитрона 2С524А1;

R1 - резистора Р1-8В-1-360Ом ± 5 %-М-П;

Кн - эквивалента нагрузки - микросхемы 1293КХ011(номинал в 1350 Ом определен по потребляемому току и приложенному напряжению);

XSC2 - четырехканального осциллографа, к которому подключены выход генератора микросекундных импульсов, ограничитель напряжения и резистор Кн .

Осциллограмма переходного процесса представлена на рис. 7, откуда видно, что TVS диоды ограничивают импульс до уровня 89 В, а стабилитрон формирует значения напряжение питания на уровне 24,4 В при максимальном напряжении питания микросхемы в 25 В.

Время переходного процесса не превышает 2,2 мкс.

-1.185 -1 180 -1.175 -1.170 -1.165 -1 160 -115

-50(1 Оц 50(1 150ц 250ц 350[

Time (s)

iel А Channel В ^ Channel С

Рис. 7. Осциллограммы напряжений в схеме рис. 6: вверху - с генератора микросекундных импульсов; в середине - с TVS диода; внизу - на выводах питания микросхемы

Заключение

1. Одним из основных узлов системы автоматического регулирования давления для гермокабины воздушного судна является выпускной пневмоклапан, в состав электромеханизма которого входят два бесколлекторных электродвигателя с датчиками положения ротора на основе магнитоуправ-ляемой микросхемы на эффекте Холла, которые чувствительны к воздействию молнии.

2. Для надежной работы пневмоклапан должен пройти испытание на восприимчивость к переходным процессам, вызванным молнией, согласно разделу 22 KT-160D по категории A3, которая обозначает испытание контактным вводом третьего уровня.

3. Сформулированы требования к молниезащите датчика Холла, выбран элемент защиты в виде TVS диода (ограничителя напряжения), который устанавливается в цепях питания и на линиях логических сигналов с датчиков Холла.

4. Разработана схема молниезащиты от переходных процессов на отечественной элементной базе, приведена ее практическая реализация в виде печатного узла для установки в электромеханизм пневмоклапана.

5. Выполнено моделирование работы схемы молниезащиты в программном пакете Multisim, для чего разработаны SPICE модели отечественных элементов и схема генератора микросекундных импульсов. Показано, что время срабатывания схемы достаточно для ее надежного функционирования.

1. Полтавец М. Н., Маскаев Л. И., Курлаев Н. В. Комплексная система кондиционирования воздуха и система автоматического регулирования давления в кабине летательного аппарата. Новосибирск : НГТУ, 2021. 84 с.

2. Квалификационные требования KT-160D. Условия эксплуатации и окружающей среды для бортового авиационного оборудования». Требования, нормы и методы испытаний. Авиационный регистр межгосударственного авиационного комитета. 2004. URL: https://rfimmunity.com/wp-content/uploads/2017/04/ KT_I60D_RTCA_Russian.pdf (дата обращения: 20.03.2023).

3. Интегральные малопотребляющие датчики положения на основе эффекта Холла. URL: https://www.compel.ru/ lib/92805 (дата обращения: 20.03.2023).

4. Согомонян К. Э., Юрков Н. К. Воздействие ультракоротких импульсов электромагнитного излучения на беспилотный летательный аппарат // Труды Международного симпозиума Надежность и качество. 2019. Т. 2.

5. Костин А. В., Пиганов М. Н., Безруков В. С. Экспериментальное исследование, измерение и анализ помех в цепях бортовой аппаратуры космических аппаратов, вызванных электромагнитным полем электростатического разряда // Надежность и качество сложных систем. 2015. № 4. С. 46-55.

6. Серебряков А. С., Дулепов Д. Е., Осокин В. Л. Перенапряжение в электрических системах и защита от них. Старый Оскол : Тонкие наукоемкие технологии, 2021. 258 с.

7. Practical Simulation and Modelling of Lightning Impulse Voltage Generator using Marx Circuit. URL: http://ethe-sis.nitrkl.ac.in/6568/1/Vivek_Verma_110EE0061_Thesis.pdf (дата обращения: 20.03.2023).

1. Poltavets M.N., Maskaev L.I., Kurlaev N.V. Kompleksnaya sistema konditsionirovaniya vozdukha i sistema avto-maticheskogo regulirovaniya davleniya v kabine letatel'nogo apparata = Integrated air conditioning system and automatic pressure control system in the cockpit of an aircraft. Novosibirsk: NGTU, 2021:84. (In Russ.)

2. Kvalifikatsionnye trebovaniya KT-160D. Usloviya ekspluatatsii i okruzhayushchey sredy dlya bortovogo avia-tsion-nogo oborudovaniya». Trebovaniya, normy i metody ispytaniy. Aviatsionnyy registr mezhgosudarstvennogo avi-atsionnogo komiteta = KT-160D qualification requirements. Operating and environmental conditions for on-board aviation equipment". Requirements, norms and test methods. Aviation Register of the Interstate Aviation Committee. 2004. (In Russ.). Available at: https://rfimmunity.com/wp-content/uploads/2017/04/KT_I60D_RTCA_Russian.pdf (accessed 20.03.2023).

3. Integral'nye malopotreblyayushchie datchiki polozheniya na osnove effekta Kholla = Integrated low-consumption position sensors based on the Hall effect. (In Russ.). Available at: https://www.compel.ru/lib/92805 (accessed 20.03.2023).

4. Sogomonyan K.E., Yurkov N.K. The impact of ultrashort pulses of electromagnetic radiation on an unmanned aerial vehicle. Trudy Mezhdunarodnogo simpoziuma Nadezhnost' i kachestvo = Proceedings of the International Symposium Reliability and Quality. 2019;2:313-317. (In Russ.)

5. Kostin A.V., Piganov M.N., Bezrukov V.S. Experimental investigation, measurement and analysis of interference in the circuits of onboard equipment of spacecraft caused by the electromagnetic field of an electrostatic discharge. Nadezhnost' i kachestvo slozhnykh system = Reliability and quality of complex systems. 2015;(4):46-55. (In Russ.)

6. Serebryakov A.S., Dulepov D.E., Osokin V.L. Perenapryazhenie v elektricheskikh sistemakh i zashchita ot nikh = Overvoltage in electrical systems and protection against them. Staryy Oskol: Tonkie naukoemkie tekhnologii, 2021:258. (In Russ.)

7. Practical Simulation and Modelling of Lightning Impulse Voltage Generator using Marx Circuit. Available at: http://ethesis.nitrkl.ac.in/6568/1/Vivek_Verma_110EE0061_Thesis.pdf (accessed 20.03.2023).

Список литературы

С. 313-317.

References

Информация об авторах / Information about the authors

Валерий Николаевич Савельев

кандидат технических наук, доцент кафедры систем информационной безопасности, управления и телекоммуникаций, Волжский государственный университет водного транспорта

(Россия, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 7/55) E-mail: valerijsavel@yandex.ru

Valeriy N. Saveliev

Candidate of technical sciences, associate professor of the sub-department of information security, management and telecommunications, Volga State University of Water Transport (7/55 Minina street, Nizhny Novgorod, Russia)

Николай Сергеевич Новоточинов

студент,

Волжский государственный университет водного транспорта

(Россия, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 7/55) E-mail: n.novotochinov1@gmail.com

Николай Петрович Ямпурин

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры конструирования и технологии радиоэлектронных средств,

Арзамасский политехнический институт (филиал)

Нижегородского государственного технического

университета имени Р. Е. Алексеева

(Россия, Нижегородская обл., г. Арзамас,

ул. Калинина, 19)

E-mail: yampurin@apingtu.edu.ru

Nikolai S. Novotochinov

Student,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Volga State University of Water Transport (7/55 Minina street, Nizhny Novgorod, Russia)

Nikolai P. Yampurin

Doctor of technical sciences, professor, professor of the sub-department of design and technology of radioelectronic means, Arzamas Polytechnic Institute (branch) Nizhny Novgorod State Technical University named after R. E. Alekseev (19 Kalinina street, Arzamas, Nizhny Novgorod region, Russia)

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов / The authors declare no conflicts of interests.

Поступила в редакцию/Received 04.02.2023 Поступила после рецензирования/Revised 15.03.2023 Принята к публикации/Accepted 30.03.2023

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.