Ослабление электромагнитных полей в экранах и генерирование

электромагнитных наводок. Внешние электромагнитные поля, проникая внутрь корпусов объектов, формируют электромагнитные наводки в цепях аппаратуры, которые приводят к катастрофическим необратимым отказам элементов радиоэлектронной аппаратуры, либо (при меньших уровнях) к сбо­ям и ложным срабатываниям. В последнем случае электромагнитные наводки рассматриваются как электромагнитные помехи.

Для оценки действия внешнего электромагнитного поля на аппаратуру объекта необходимо учесть ослабление поля проводящими корпусами объектов и блоков аппаратуры. Однако все экранирующие оболочки, используемые на практике, являются в той или иной степени неоднородными. Под неоднородностью понимается любое непостоянство характеристик корпуса. При расчете защитных свойств экранов рассматривают три характерных вида неоднородностей:

- изменение вдоль выделенного направления корпуса его поперечных размеров, толщины стенок и типа материала;

- наличие сварных швов, резьбовых, болтовых, заклепочных и других соединений;

- наличие на поверхности корпуса радиопрозрачньгх окон (разрывы электропроводящей поверхности корпуса в форме люков, иллюминаторов, дверных проемов, технологических отверстий, вентиляционных решеток и т.п.).

Конструкция объекта содержит неоднородный корпус, заполненный радиоэлектронной аппаратурой и множеством других устройств. Как сама аппаратура, так и ее отдельные приборы и блоки имеют свои экранирующие оболочки. В результате этого некоторые цепи заключены в многослойные эк­раны типа:

экранирующая оболочка корпуса объекта + общий экран РЭА + кожух прибора + экран наиболее ответственных цепей.

В условиях воздействия импульсного электромагнитного поля любого происхождения на корпус объекта внутри него возникает электромагнитное поле сложной структуры. В результате на аппаратуру внутри корпуса воздей­ствуют результирующие импульсные поля. Методы расчета результирующих полей внутри экранирующих оболочек изложены в специальной литературе.

Электромагнитные поля оказывают на критичные составные части объекта непосредственное (полевое) действие, либо воздействуют через гене­рируемые в протяженных цепях аппаратуры токи и напряжения, приклады­ваемые к критичным составным частям объекта (по входам, цепям питания и др.).

Перегрузки на критичные узлы для системы «транспортное сред­ство - упаковка - объект» при транспортной аварии. Основным видом на­грузок, которые испытывает объект в случае аварий, являются динамические нагрузки. Динамические нагрузки - это быстроменяющиеся нагрузки, время приложения которых соизмеримо с периодом колебаний конструкции. Конструкция объекта не является абсолютно жесткой, а обладает упругостью. Поэтому под действием изменяющихся во времени внешних нагрузок она совершает упругие колебания. Эти колебания вызывают дополнительные дина­мические нагрузки на конструкцию объекта.

Все силы, действующие на объект, делят на поверхностные и массо­вые. Поверхностные силы приложены к поверхности объекта (например, внешнее давление со стороны другого объекта при столкновении). К массо­вым относятся силы тяжести и инерционные. Они пропорционально массе распределены по всему объему объекта. Силы, действующие на составные части вне и внутри объекта, делятся на те же категории. При этом поверхностными являются силы реакции, передающиеся на данную составную часть через узлы его крепления к объекту.

Важнейшей характеристикой нагруженности объекта является его перегрузка, представляющая собой отношение равнодействующей всех поверхностных сил к силе тяжести..Поскольку эта характеристика векторная, то обычно пользуются проекциями перегрузки на оси некоторой системы координат. С физической точки зрения перегрузка объекта представляет собой ускорение в данном направлении от действия поверхностных сил, измеренное в долях q.

При столкновении транспортного средства с преградой создается неравномерная импульсная ударная нагрузка, которая может привести к разру­шению внешних и внутренних элементов перевозимого объекта. Для расчета перегрузок на составных частях объекта необходимо рассматривать много­массовую систему, включающую транспортное средство (или совокупность транспортных средств), к которому прикладывается внешняя нагрузка, упа­ковку, корпус объекта, его составные части.

Расчетный аппарат основан на рассмотрении колебаний системы, положение всех масс которой определяют п независимых координат х₁ (i=1,...,n). Координаты х_i являются функциями времени. Для расчета должны быть из­вестны возмущающая сила F₁ (t), прикладываемая к первой массе (транспорт­ному средству), коэффициенты жесткости связей между массами. Из решения системы дифференциальных уравнений могут быть определены зависимости перемещений каждой массы, их скоростей и ускорений а, следовательно, и перегрузки на критичных узлах.

Для определения перегрузок на узлах объекта могут быть использова­ны два метода: метод твердого тела и метод приведения. В первом из них объект рассматривается как абсолютно твердое тело. Согласно второму методу объект представляется как механическая система, состоящая из несколь­ких масс, соединенных упругими безынерционными связями.

Метод твердого тела обеспечивает приемлемую для большинства практических случаев точность для малых скоростей соударения, когда величины перегрузок составляют единицы. При больших скоростях соударения (для высокопрочных объектов типа упаковок для перевозки радиоактивных веществ), когда перегрузки достигают сотен единиц, метод твердого тела позволяет оценить лишь порядок -величины перегрузки. Для таких объектов приемлемую для практики точность дает метод приведения.

Для объектов повышенной стойкости величина перегрузки, дейст­вующей на рассматриваемый узел, более точно может быть рассчитана по ме­тоду приведения. Это объясняется тем, что под действием импульсной на­грузки, возникающей при соударении при значительных скоростях, некото­рые элементы объекта могут испытывать значительные деформации, перехо­дящие в отдельных случаях в пластические. В результате этого фактические перегрузки на внутренних узлах объекта могут существенно отличаться от их значений, рассчитанных по методу твердого тела. Поэтому при расчете пере­грузок необходимо в общем случае учитывать реальные жесткости крепления рассматриваемого элемента в корпусе.

При расчете по методу приведения объект представляется в виде сис­темы, состоящей из конечного числа масс и упругих связей между ними. Распределенная по внешней поверхности объекта нагрузка сводится к сосредоточенным силам, которые приложены к соответствующим массам.

При осесимметричном нагружении объекта уравнение движения 2-й массы в связанной с ней системе координат записывается следующим обра­зом:

где m_i - величина i -ой массы; г, j - номера рассматриваемой и соединенной с ней масс; x_i, x_j- перемещения i -й и j -й масс; х,х - скорость и ускорение масс; С _ij - осевая жесткость упругой связи (C_ij = С_ji); - коэффициент демпфиро­вания

( _y = ); F_i (t) - внешняя сила, действующая на i -ю массу; t - время. Осевые жесткости С _ij определяются, как правило, экспериментально.

Если при нулевом угле встречи объекта с преградой возникают только колебания внутренних узлов, то в общем случае, когда угол встречи не равен нулю, в объекте возникают продольные и поперечные колебания. В результа­те решения задачи по определению ускорений (перегрузок), испытываемых отдельными узлами объекта, резко усложняется.

Величина безопасной (либо поражающей) перегрузки для рассматриваемого внутреннего узла объекта находится путем специальных экспериментальных исследований или методом расчетов, исходя из условия его безопас­ного функционирования (разрушения).

Нагрев в пожаре. Для обоснования необходимой тепловой защиты объекта решают две частные задачи:

- расчета удельных тепловых потоков от источника тепла (пожара) к объ­екту (с использованием модели пожара);

- расчета температурного поля в конструкции объекта в процессе пожара.

Для решения второй задачи используются математические методы расчета температурных полей в твердых телах, основанных на тех или иных преобразованиях уравнения теплопроводности и краевых условий. На основе сравнения рассчитанных температурных полей в составных частях объекта с допустимыми значениями определяется необходимая тепловая защита объекта, которая обеспечивает выполнение требований для всех чувствительных элементов его конструкции.

Исходя из требуемой пожаробезопасности или теплостойкости объек­та задают допустимую температуру Т_доп нагрева внутри упаковки (например, 100°С) либо внутренней поверхности корпуса объекта с учетом имеющейся теплозащиты. Температура внутри упаковки либо внутренней поверхности объекта Т_в в процессе эксплуатации не должна превышать Т_доп :

.

Примем условие, что в начальный момент времени t = 0 температура
корпуса постоянна и равна . Принимается также допущение о
том, что первоначальная толщина корпуса является полубесконечной, т.е. на
внутренней поверхности корпуса в течение всего времени нагрева температура не изменяется и остается равной Т_в.,

К основным тешюфизическим характеристикам материалов корпуса объекта относятся теплопроводность , удельная теплоемкость С и плотность . Обобщенной характеристикой материала является температуропроводность .

С учетом упомянутых допущений уравнение теплопроводности имеет вид:

.

Данное уравнение является уравнением в частных производных и ре­шается при соответствующих краевых условиях. Последние представляют собой совокупность начального и граничных условии.

Начальное условие задается в виде распределения температуры по толщине корпуса объекта в начальный момент времени t =t_H = 0. Если начальная температура постоянна и равна Т_н, то начальное условие записывает­ся в виде

.

Граничные условия задаются в виде уравнений теплового баланса на наружной (у=0) и внутренней (у = h_n) поверхностях корпуса объекта.

Уравнения теплопроводности решаются численными методами (на­пример, методами конечных разностей или конечных элементов). Это обу­словлено главным образом тем, что удельные тепловые потоки, входящие в граничные условия, являются функцией температурного поля. Разработка аналитических методов решения уравнения теплопроводности затруднена нелинейностью фаничных условий, характеризуемых зависимостью тепловых потоков от времени развития пожара и от температуры корпуса.

Ослабление излучения. Основным фактором защиты объекта от ионизирующего излучения служит «фактор ослабления», который является функцией расстояния и плотности материала корпуса объекта и специальной защиты (при ее наличии). Так, доля нейтронов с заданным энергетическим спектром, проникших извне к критичным узлам объекта через слой защиты толщиной l (вероятность проникновения произвольного нейтрона), вычисля­ется по формуле

,

где - полное макроскопическое сечение взаимодействия нейтронов определенной энергии с ядрами 'материала защиты, см^-1; - полное микро­скопическое сечение взаимодействия, см² (справочная величина); N - число ядер в единице объема, см^-3.

Наряду с ослаблением потока нейтронов происходит также трансфор­мация его спектра (снижается энергия нейтронов), что также влияет на ре­зультат воздействия нейтронов на критичные узлы. Кроме того, во внутрен­них объемах объектов возможно формирование вторичных негативных фак­торов - например, внутреннего электромагнитного импульса.

Наиболее точно характеристики поля ионизирующего излучения внут­ри объекта определяются экспериментально либо (при не слишком толстой защите) методом статистических испытаний.

Поиск по сайту: