Сертификационные испытания технических средств на соответствие требованиям электромагнитной совместимости

До недавнего времени на предпри­ятиях России и СНГ существовало разрозненное оборудование, исполь­зуемое для имитации работы борто­вых сетей питания при проведении испытаний на электромагнитную со­вместимость (ЭМС) авиационных при­боров и систем. Развитие и совер­шенствование авиационной техники привело к появлению более совершен­ных программно-аппаратных испы­тательных комплексов, имеющих модульную архитектуру, которая поз­воляет конфигурировать данные комплексы для решения различных задач.

Рассмотрим программно-аппарат­ные комплексы на базе серийно вы­пускаемого зарубежного оборудова­ния для проведения испытаний, рег­ламентированных разделами 16-22, 25 KT-160D:

• комплекс имитации бортовых сетей (КИБС) электропитания для испыта­ний технических средств авиацион­ной аппаратуры на основе современ­ных программируемых источников питания;
• комплекс имитации переходных процессов (КИПП), возникающих при одиночном и многократном уда­ре молнии, а также при многократ­ных вспышках молнии;
• комплекс имитации электростати­ческих разрядов (КИЭР).

Комплекс имитации бортовых систем (КИБС)

Без проведения полномасштабных испытаний на воздействие всех помех, существующих в цепях питания само­лётов и вертолётов, невозможно гаран­тировать надёжную работу любых ле­тательных аппаратов (ЛА), электро­питание которых осуществляется от бортовых систем электроснабжения.

Проведение испытаний позволяет об­наружить наиболее уязвимые места ЛА, оценить степень их помехозащищён­ности и исключить возможные отка­зы и сбои при эксплуатации радио­электронной аппаратуры.

Однако до настоящего времени про­ведение таких испытаний являлось сложной технической задачей и тре­бовало разработки нестандартного и дорогостоящего оборудования.

При построении имитаторов борто­вой сети постоянного и переменного тока, входящих в состав многофунк­циональных имитационных лаборато­рий для наземных испытаний электро­оборудования ЛА, требуется высокая точность воспроизведения парамет­ров бортовой сети. Амплитуда, частота и гармонический состав выходного напряжения имитатора должны соот­ветствовать требованиям ГОСТ 19705­89, КТ-160, ГОСТ В 21134-75, ГОСТ В 21999-86, ГОСТ 28751- 90, ГОСТ РВ 51937-2002, ГОСТ Р 51317.4.11 (4.12; 4.14; 4.16; 4.17), ГОСТ В 24425-80 и част­ным техническим требованиям для космических аппаратов на системы электроснабжения самолётов и вер­толётов, существенно отличающихся от подобных требований к общепро­мышленным системам.

Известно, что при испытаниях сило­вых модулей с бортовыми нагрузками, возникают проблемы электромагнит­ной совместимости, которые до сих пор решались созданием модуля для испытания конкретного изделия. В то же время изменение элементной базы силовых модулей и состава бортовых потребителей постоянного и перемен­ного тока привело к усложнению проблемы электромагнитной совмес­тимости и многофункциональности.

Важным условием расширения функциональных возможностей ими­таторов бортовой сети является их интеллектуализация, предполагаю­щая введение информационных ком­понентов в состав управляющего уст­ройства. Это позволяет решать зада­чи эффективного управления за счёт применения микроконтроллерных средств и персональных компью­теров.

Описываемый комплекс имитации бортовых сетей постоянного и пере­менного тока (КИБС) представляет со­бой программно-аппаратный комп­лекс, который позволяет проводить проверку и испытания ЛА на соответ­ствие требованиям к качеству электро­питания, установленным в указанных выше нормативно-технических до­кументах (НТД). Развитое программ­ное обеспечение облегчает моделиро­вание любых процессов в системах электроснабжения в соответствии с требованиями, предъявляемыми к ис­пытываемой аппаратуре.

Компактность и удобство работы с предлагаемыми комплексами позво­ляет использовать их на всех стадиях жизненного цикла ЛА - от разработки до приёмо-сдаточных испытаний, а также при аттестации серийно выпус­каемой продукции, в том числе и зару­бежной.

В статье предоставлены технические решения по комплектации программ­но-аппаратных комплексов на базе серийно выпускаемого зарубежного оборудования для проведения испы­таний, регламентированных раздела­ми 16-18 CT-160D (см. таблицу 1).

Комплекс имитации переходных процессов (КИПП)

В настоящее время обязательным ви­дом испытаний бортового электротех­нического и электронного оборудова­ния (БО) летательных аппаратов явля­ются испытания на восприимчивость к переходным процессам, вызванным молнией. Эти процессы возникают при прямом ударе молнии в корпус ле­тательного аппарата и последующем растекании токов молнии по различным металлическим узлам этих аппа­ратов, в частности, по межблочным ли­ниям связи (МЛС).

Таблица 1. Комплекс для проведения испытаний на соответствие требованиям разделов 16, 17 и 18

Высокая поражающая эффектив­ность токов растекания объясняется тем, что в МЛС возникают наведённые импульсы высокого напряжения и большие токи, представляющие собой серьёзную угрозу для современной слаботочной электроники БО. Поэто­му стойкость к переходным процес­сам, вызванным молнией, выделена в отдельный вид испытаний, который регламентируется нормативным доку­ментом EUROCAE ED-14D/RTCA-DO- 160D (KT-160D) «Условия окружаю­щей среды и методики испытаний бортового оборудования», раздел 22: «Восприимчивость к переходным про­цессам, вызванным молнией». Этот до­кумент с 2004 г. распространяется и на все типы БО, выпускаемые в России и странах СНГ.

Оборудование должно выполнять свои функции под воздействием ис­пытательных импульсов идеализи­рованной формы, имитирующих им­пульсные наводки, индуцируемые молнией. Требования по стойкости оборудования к переходным процес­сам от молнии должны быть определе­ны в НТД.

Для квалификации оборудования следует применять две группы испы­таний. Первая группа испытаний обо­рудования на повреждаемость вы­полняется посредством контактного ввода, как описано в п. 22.5.1. Вто­рая группа испытаний, описанных в п. 22.5.2, оценивает работоспособность оборудования при воздействии им­пульсов на жгуты соединительных ка­белей. Испытания кабельными вво­дами включают испытания на еди­ничный удар, многократный удар и многократную вспышку. Их можно ис­пользовать и для проверки стойкос­ти к повреждениям. Соответствующая группа или группы испытаний должны быть установлены в НТД на оборудо­вание.

Данные испытания, возможно, не охватывают все аспекты взаимодей­ствия и воздействий молнии на обо­рудование, работающее в системе. Для сертификации оборудования или сис­темной установки в зависимости от выполняемых функций могут потре­боваться дополнительные испытания, такие как подача импульсов разной формы, одновременный ввод импуль­сов в кабельный жгут и использование множества частот.

Программно-аппаратный комплекс имитации переходных процессов КИПП-1 (далее - комплекс) предназ­начен для воспроизведения условий испытания бортового оборудования на устойчивость (иммунитет) к воз­действию испытательных импульсов идеализированной формы, имити­рующих импульсные наводки, инду­цируемые молнией, в соответствии с требованиями раздела 22.0 OT-160D (RT CA D0-160) «Условия эксплуатации и окружающей среды для бортового авиационного оборудования».

Комплекс формирует испытатель­ные импульсы напряжения или то­ка положительной и отрицательной полярности различной формы (см. рис. 1). Режимы воспроизведения им­пульсов, обеспечиваемые комплексом:

• единичные импульсы с регулируе­мым интервалом повторения от 3 с, имитирующие переходный процесс от однократного удара молнии (SS). Однократный удар - наиболее энер­гетически мощный переходный про­цесс при ударе молнии, предназна­ченный для оценки устойчивости оборудования;
• одиночные пачки импульсов дли­тельностью от 10 мс до 2 с, состоя­щие максимум из 30 импульсов, распределённых внутри пачки с произвольным интервалом от 10 до 500 мс и регулируемым интервалом повторения пачек от 60 до 90 с, имитирующие переходный про­цесс от многократного удара мол­нии (MS). На рисунке 2 приведён пример имитируемого переходно­го процесса от многократного уда­ра молнии (Рисунок 2 - Многократный удар молнии (MS). Дав или более возвратных удара молнии, возникающие во время единичной вспышки молнии. Например, за составляющей тока импулса А следует двадцать три составляющих тока D с амплитудой 50% импульса А, распределенных в произвольном порядке на протяжении до 2с);
• многократные пачки импульсов дли­тельностью от 1 мс до 2 с, с количест­вом импульсов в пачке до 30; импуль­сы распределены внутри пачки с произвольным интервалом от 10 мкс до 10 мс и регулируемым интерва­лом повторения пачек от 2 до 10 с и имитируют переходный процесс от многократных вспышек молнии (MB). На рисунке 3 приведён пример имитируемого переходного процес­са от многократной вспышки мол­нии (Рисунок 3 - Многократная вспышка (МВ) Распределённая в произвольном порядке серия пачек импульсов короткой длительности с малой амплитудой импульсов тока, в которой каждый импульс характеризуется большой скоростью изменения тока. Эти импульсы могут возникать в результате прохождения или ветвления лидера молнии и ассоциируются с междуоблачными разрядами. Многократные вспышки проявляются наиболее интенсивно во время воздействия на летательный аппарат первого лидера. Например, вспышка состоит из 20 импульсов; таких вспышек 24, они распределены в произвольном порядке на протяжении до 2 с).

Параметры пачек импульсов задают­ся в виде шаблонов (pattern) «ударов» и «вспышек» (см. рис. 4).

Комплекс представляет собой набор функционально законченных уст­ройств, которые в совокупности обес­печивают имитацию всех требуемых воздействий для проведения испыта­ний. В состав комплекса входят следу­ющие технические средства:

• генератор MIG 0600SS для создания одиночных импульсов и генератор MIG 0600MS для создания многократных импульсов (одиночных пачек импульсов) формы WF1, WF4, WF5A, WF5В;
• генератор MIG 0618SS для создания одиночных импульсов формы WF1, WF4, WF5A, WF5В с уровнями жёст­кости 3-5;
• генератор MIG-OS-MS с устройством расширения MIG-OS-MB-EXT для создания одиночных и многократ­ных импульсов, а также многократ­ных пачек импульсов формы WF2, WF3, WF6;
• устройство связи и развязки (маг­нитные индукторы) CN-GI-CI, CN-GI- CI-V, CN-MIG-BT1, CN-MIG-BT для ввода помех.

В качестве стабилизатора (эквива­лента) сети питания для проведения испытаний необходимо использовать устройство DN-LISN160-32 и набор шунтирующих конденсаторов (осо­бенности применения данного уст­ройства изложены в его руководстве по эксплуатации).

Для развязки цепей питания и вы­хода генераторов импульсов, а также защиты источника от высоковольт­ных импульсов используются огра­ничительный диод или варистор, входящие в комплект GND-BDDC (см. руководство по эксплуатации). Полный состав оборудования, входящего в состав КИПП-1, представлен в таб­лице 2.