PHÂN TÍCH NHIỄU PHÓNG ĐIỆN QUANG TRÊN HỆ THỐNG THU PHÁT TRÊN MÁY BAY COMPOSITE

PHÂN TÍCH NHIỄU PHĨNG ĐIỆN QUANG TRÊN HỆ THỐNG
THU PHÁT TRÊN MÁY BAY COMPOSITE
Định nghĩa :
Sự tĩnh điện của khung vỏ máy bay thường có thể gây nhiễu điện từ trên máy bay.
Điện ma sát dược nạp vào khi một máy bay hoạt động trong trời mưa, làm tăng khả năng
máy bay cho đến khi phóng hào quang xảy ra từ các điểm có trường một chiều cao trên
máy bay. Những phóng hào quang tạo ra tiếng ồn mà được kết hợp vào các hệ thống ăngten được cài đặt trên máy bay. Các đặc tính của tích tụ tĩnh điện trên bề mặt của máy bay
sợi carbon tổng hợp được nghiên cứu trong bài báo này. Sự khác biệt giữa tích tụ tĩnh
điện giữa các máy bay có sợi carbon tổng hợp và máy bay kim loại cũng được minh
chứng trong tài liệu này. Dựa trên các lĩnh vực điện tử bức xạ do sự phóng tĩnh điện
(ESD) hiện nay, một mơ hình ESD trong máy bay composite được xác lập. Như được
hiển thị, các dòng điện gây ra kích thích bởi các ESD thành cơng có thể dự đoán được sự
can thiệp của các ăng-ten trong các lĩnh vực tần số và thời gian, nhằm cung cấp một tài
liệu tham khảo thiết kế máy bay composite.
Khái niện các chỉ số-Antenna, máy bay composite, phóng điện quang, phóng tĩnh điện
(ESD), Nhiễu.
I. GIỚI THIỆU
Dưới tất cả các điều kiện thời tiết, tích tụ tĩnh điện xảy ra trên bề mặt của máy bay khi
đang bay. Đó là kết quả của việc phóng tĩnh điện (ESD), phá vỡ cân bằng điện thế, xảy ra
trên mũi của máy bay do có điện trường với cường độ cao, chẳng hạn như ở vị trí cuối
cùng của một cánh, cuối cùng của đi cân bằng, và một vài vị trí khác.
Nó được thể hiện trong :
[1] A. Vassiliadis, “A study of corona discharge noise in aircraft
antennas,”Stanford Res. Inst., Menlo Park, CA, Tech. Rep. 70, SRI Project
2494,Contract AF 19(604)-3458, Jul. 1960
[2] R. L. Tanner and J. E. Nanevicz, “Precipitation charging and corona-generated
interference in aircraft,” Stanford Res. Inst., Menlo Park,CA, Contract AF 19(604)3458, Tech. Rep. No. 73, SRI Project 2494,Apr. 1961.
[3] R. L. Tanner and J. E. Nanevicz, “An analysis of corona-generated inter-ference
in aircraft,” Proc. IEEE, vol. 52, no. 1, pp. 44–52, Jan. 1964.

Có thể tạo ra nhiễu nghiêm trọng trong máy bay và các ăng-ten nhận được, và vơ hiệu
hóa thơng tin và hệ thống định vị. Các hình thức phóng, cộng thêm bởi một loạt các xung
ngắn, tạo ra đáng kể RF năng lượng, và tạo ra nhiễu nghiêm trọng ở tần số thấp (LF) và
tần số cao (HF) do năng lượng của ESD. Kể từ khi thấy mối nguy hiểm của ESD trên
máy bay và nhiễu trong ăng-ten là rõ ràng, những vấn đề này thực sự là phải đáng chú ý
đến. Một loạt các điểm
[4] A. Curtis, “Discussion on ‘radio range variations’ by R.H.Marriot,” Proc.IRE,
vol. 2, no. 1, pp. 37–53, Mar. 1914.[5] H. W. Morean, “Rain static,” Proc. IRE, vol.
24, no. 7, pp. 959–963, Jul.1936.
[6] R. Gunni, “Army navy precipitation static project,” Proc. IRE, vol. 34,pp. 156–
177, 234–235, Apr.–May 1946.
[7] H. J. Dana, “Block and squirter for reduction of precipitation
static,”Washington State C, Pullman, Wash, Rep. No. 15, Feb. 1945.
[8] T. L. Harlor, “Final engineering report on precipitation static reduction,”Philco
Corporation, Res. Div. Philadelphia, PA, USAF ContractW-:3-038 AC 20763, Feb.
1950.
nghiên cứu của nhiễu ESD và việc loại bỏ nó trên máy bay. Một số nhà nghiên cứu đã
nghiên cứu các đặc điểm của kỹ thuật ESD và nghĩ ra việc loại bỏ nhiễu tĩnh điện trên
máy bay [9]. Tiếng ồn tạo ra bởi phóng hào quang điện [3], cũng như nhiễu vào hệ thống
thu phát của máy bay[10], cũng đã được nghiên cứu sớm. Cách khác, một số nhà nghiên
cứu đã sử dụng lý thuyết hình học của sự nhiễu xạ (GTD) để tính tốn hiện tại bề mặt và
mật độ điện tích cảm ứng trên máy bay [11]. Các hình thức xung giải phóng điện, mơ
hình số, và các lĩnh vực bức xạ bởi ESD đã được nghiên cứu trong [12] - [14]. Sớm nhất
là năm 1966, Yee đầu tiên trình bày mơ hình lưỡng cực điện tương đương [13], và vào
năm 1991, Wilson đã giới thiệu một mơ hình tương đối đơn giản lưỡng cực của phóng
điện vầng hào quang điện để dự đoán các lĩnh vực bức xạ [14]. Các nghiên cứu trước đó
cho thấy rằng những hiện tượng phóng tĩnh điện xảy ra trên máy bay kim loại. Với ứng
dụng rộng rãi vật liệu composite trong ngành hàng không, ESD cũng nên được xem xét
trong mọi điều kiện.
Trong bài luận này, nhiễu phóng điện quang trên bề mặt các hệ thống thu phát trên máy

bay composite sợi carbon được đưa ra thảo luận. Dạng sóng phóng điện quang được tạo
ra bởi hiện tượng phóng vầng hào quang trong một chiếc máy bay composite được đưa ra
trong mục II. Trong phần III, các mơ hình ESD trong một chiếc máy bay composite được
thành lập để phân tích các đặc điểm của phóng điện quang và ảnh hưởng của nó tới hệ


thống thu phát. Trong phần IV, gây ra hiện tượng trên bề mặt của máy bay composite sợi
carbon và các mẫu bức xạ của phóng quang điện được nghiên cứu. Dựa trên các lĩnh vực
điện bức xạ bởi sự phóng hào quang điện hiện nay, nhiễu, để các hệ thống thu phát trên
máy bay được phân tích cả trong lĩnh vực tần số và thời gian, và các dòng điện gây ra sự
phóng điện vầng hào quang có thể gây ảnh hưởng trên các thiết bị của hệ thống thu phát
nhận được trên máy bay composite. Cuối cùng Mục V là kết luận được rút ra các kết quả
khác nhau của nghiên cứu này.
II. SỰ CHÊNH LỆCH PHÓNG ĐIỆN QUANG GIỮA MÁY BAY COMPOSITE
VÀ MÁY BAY KIM
A. Giới thiệu chung
Ma sát điện tạo ra có liên quan đến tác động của các hạt lượng hóa trong q trình bay
thấp của máy bay composite nói chung đưa điện thế của một máy bay lên khá cao. Khi
điện thế tích lũy trên một chiếc máy bay thích hợp, nó sẽ tăng cho đến khi một ngưỡng
đạt được để tạo ra hào quang điện xuống một khu vực của điện trường cao tại các điểm
cuối cùng của máy bay. Sự cố này xảy ra như là một loạt các xung rời rạc thời gian ngắn
và gia tăng nhanh chóng, do đó tạo ra tiếng ồn trong một phổ rộng. Các xung này có thể
được rất đầy đủ xấp xỉ tính theo cấp số nhân với khoảng thời gian xảy ra gần bằng 0.
Biến thiên theo thời gian các xung phóng điện vầng hào quang hiện nay được tạo ra trong
chu kỳ phóng theo cấp số nhân trong tự nhiên và có thể được đại diện bởi phương trình
sau đây [12]:
I (0, t) = KIp e−αt − e−βt ,

t≥0

khi K = 1, α = 4 × 106 .8 , β = 4.76 × 107 .6 , Ip = 0.05.

Bảng 1: Điện trở suất liên quan đến phóng tĩnh điện


Đối với vật liệu tổng hợp, phóng vầng hào quang điện xuất hiện như một loạt các xung
rời rạc nhưng lại có nhiều sự khác nhau đối với kim loại. Phần sau đây thảo luận về hiện
tượng vầng hào quang phóng điện duy nhất hiện nay được tạo ra khi có hiện thượng
phóng hào quang tại các điểm đầu cuối của một cánh máy bay.
B. Hiện tượng phóng điện - Sự khác nhau giữa máy bay composite và máy bay kim
loại
Phân bổ điện tĩnh trên một máy bay composite là không đối xứng. Tương tự như trường
hợp vật liệu kim loại, chủ yếu tập trung vào các vị trí có độ cong lớn, chẳng hạn như
mũi ,thân máy bay, những điểm cong của cánh, hoặc các điểm ở bên trong của cánh.
Các cơ chế phổ biến nhất tạo ra sự phóng điện trên bề mặt của máy bay là ma sát điện.
Cơ chế này liên quan đến việc chuyển giao điện tử hoặc ion khi tiếp xúc, do nhiệt ma sát
tại các vùng trên các bề mặt rắn. Các vùng cục bộ của vật liệu tan chảy, cho phép tăng
khả năng dẫn điện . Phân biệt giữa các lớp khác nhau của vật liệu điện trở suất được dựa
trên bề mặt và khả năng chống lại khối lượng. Chuyên mục với phạm vi tương ứng của
điện trở suất bề mặt và khối lượng được đưa ra trong Bảng 1 [15]. Tính linh động tĩnh
điện của một chất mạnh hơn khi ở bề mặt hoặc chống lại thể tích bào mịn. Các điện tích
tĩnh điện có thể xuất hiện trên máy bay là một chức năng của vị trí tương đối của nó trong
loạt ma sát điện, và điện trở suất của nó. Các vật liệu trong 1 loạt bộ thiết bị cũng có một
điện trở suất cao hơn có thể tích lũy đáng kể theo thời gian. Tuy nhiên, trong những hồn
cảnh nhất định, thậm chí với cả những vật liệu dẫn điện, chẳng hạn như kim loại, có thể
được giải phóng tĩnh điện. So với kim loại, khả năng tích tụ tĩnh điện trên máy bay
composite lớn hơn nhiều. Ngồi ra, thời gian suy giảm phóng tĩnh điện dài, vì vậy nó
khơng thể xảy ra hết hồn tồn. Tương tự như vật liệu kim loại, tĩnh điện cũng xuất hiện
trên một chiếc máy bay Composite khi nó tự sinh ra ra tại vị trí, và xuất hiện với việc
phóng vầng hào quang điện.

Với miền thời gian tích cực vầng hào quang xung hiện nay được tạo ra trên một máy bay
tổng hợp được thể hiện trong hình. 1. Hình 2 cho thấy các xung phóng điện vầng hào
quang hiện tại trong lĩnh vực tần số. Sự cố này xảy ra như là một loạt các xung rời rạc
thời gian ngắn.
So với kim loại, như là một nguồn can thiệp chính, thời gian tăng của xung phóng điện
vầng hào quang tích cực trên một máy bay composite (100 ns tại mực nước biển), và mất
thời gian dài, với thời gian khoảng 2 000 ns. Bên cạnh đó, Ip đạt đến đỉnh khoảng 19 mA,
lớn hơn so với trên một chiếc máy bay bằng kim loại. Hình 2, chúng tơi lưu ý rằng quang
phổ tần số là nhỏ hơn 30 MHz và phổ năng lượng chủ yếu tập trung vào khoảng 1 MHz.


Sự khác nhau của các xung phóng điện vầng hào quang hiện tại có cùng một phạm vi
quang phổ.

Hình1.Vầng hào quang xung theo thời gian.

Hình2. Vầng hào quang xung theo tần số.


III. MƠ HÌNH MƠ PHỎNG
Chiếc máy bay composite ở đây là một loại máy bay không người lái làm bằng vật liệu
composite sợi carbon. Hằng số điện môi tương đối là εr = 439,81 - j227.19 và đọ thẩm từ
μr = 1.0. Hình 3 cho thấy mơ hình tổng hợp máy bay. Bụng và hệ thống thu phát đuôi đơn
cực từ có tần số trung tâm của 150 MHz và 1 GHz, tương ứng. Chiều dài của bụng và hệ
thống thu phát là 0,5 và 0,075 m, sải cánh của máy bay composite là 10 m. Trong phạm
vi HF, kích thước sải cánh máy bay là khoảng mười lần so với bước sóng bức xạ, vì vậy
chúng tơi sử dụng phương pháp đa cấp thuật toán nhiều cực nhanh (MLFMA) để mơ
phỏng các lĩnh vực bức xạ phóng điện vầng hào quang. Tuy nhiên, trong phạm vi LF,
phương pháp của thời điểm được sử dụng để tính tốn can thiệp vào hệ thống thu phát.
Điện phí tích lũy ở mũi của máy bay bởi vì độ cong của tip là lớn, và các điện tích tĩnh

điện tích lũy là mật độ cao. Trong trường E bức xạ bởi một hiện ESD được đưa ra bởi
công thức : E = σ / S. Nó thể hiện sự gia tăng của điện thế trên bề mặt của một máy bay
composite, các phân tử khơng khí xung quanh được dễ dàng hơn để ion hóa và phóng hào
quang điện xảy ra ở mũi của cánh. Theo lý thuyết của vầng hào quang điện, hiện tượng
này có thể xảy ra trên bề mặt một máy bay.

Hình 3: Mẫu máy bay Composite
Trong máy bay, mơ hình phóng vầng hào quang có thể được tương đương với một lưỡng
cực điện [13]. Vì vậy, hiệu quả của việc phóng hào quang bụng và hệ thống thu phát có
thể được tính là hiệu ứng được tạo ra bởi một mơ hình lưỡng cực điện. Ở mũi của ,cánh
trái và cánh phải, các mơ hình lưỡng cực điện có thể được đặt để mơ phỏng sự kích thích
của một dịng ESD, như thể hiện trong hình. 3. Hơn nữa, các đặc điểm phóngvầng hào
quang và sự can thiệp của nó hệ thống thu phát được minh họa.
IV. ĐẶC ĐIỂM PHÓNG ĐIỆN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ TRONG MÁY BAY
COMPOSITE


A. Đặc điểm phóng điện trong máy bay composite

1) Mật độ cảm ứng hiện tại: bề mặt hiện tại mật độ có thể được gây ra trên bề mặt
khung máy bay do xả hào quang đến máy bay. Lấy mẫu tần số từ 0,1 đến 200
MHz và máy tính điện trường bức xạ bởi một dòng ESD, mật độ hiện tại là do trên
bề mặt của khung máy bay được hiển thị.

Hình 4:
Hình 4 (a) minh họa mật độ cảm ứng hiện tại trên bề mặt sau của một chiếc máy bay
composite và (b) cho thấy nó trên bụng máy bay. Tại các vùng ng màu, ta có thể thấy mật
độ hiện tại được gây ra là lớn hơn. Như được hiển thị trong hình. 4, mật độ gây ra hiện
nay chủ yếu tập trung ở mũi của máy bay, cạnh của cánh và đuôi của chiếc máy bay
composite. Bên cạnh đó, hạn chế tối đa số phận gây ra trên các cạnh của cánh khá lặp đi

lặp lại. Cần lưu ý rằng các dụng cụ nhạy cảm không nên được lắp đặt tại các vị trí này.
2) Phóng điện trường xa - Trường bức xạ kiểu mẫu: Tại các tần số khác nhau, ví dụ,
30, 60, và 100 MHz, hiện tượng phóng mơ hình bức xạ trường xa là khác nhau,
như được hiển thị trong hình. 5. Nó chỉ ra rằng lĩnh vực bức xạ đến nay vẫn còn


phần lớn là đối xứng, và các lĩnh vực điện bức xạ phóng điện vầng hào quang
được tập trung chủ yếu ở mũi và đuôi của máy bay ở tốc độ 30 MHz. Hướng với
sự gia tăng bức xạ mạnh mẽ với sự gia tăng tần số. Tần số cao hơn, các phóng điện
vầng hào quang phức tạp hơn bức xạ trường xa.

Hình 5
B, Nhiễu phóng điện trên hệ thống thu phát
Để tìm hiểu nhiễu được tạo ra của vầng hào quang được sinh ra trên máy bay, một mơ
hình máy bay (ăng-ten đã được gắn kết như là chỉ ra trong hình. 3) được thành lập để dự
đốn tiếng ồn tạo ra trong các hệ thống thu phát máy bay. Trong thông tin hệ thống thu
phát đã được cài đặt ở bụng và đi máy bay. Khi phóng hào quang xảy ra ở mũi của
cánh, các bức xạ điện có thể có tác dụng trên hệ thống thu phát.
Theo kết về thời gian cho vầng hào quang phóng xung hiện nay được thể hiện trong hình.
1, chúng ta có thể nhận được đối tác trong lĩnh vực tần số chuyển đổi Fourier, như trong
hình. 2. Bằng cách thiết lập nguồn kích thích tương đương, chúng ta có thể mơ phỏng các
trường tiếng ồn điện ở bụng và đuôi địa điểm, và các dòng điện cảm ứng trong các ăngten.


Hình 6: Nhiễu điện trường theo tần số

Hình 7: Nhiễu điện trường theo thời gian


Hình 8:

Hình 9:
1) Tiếng ồn của trường điện E: Các lĩnh vực tiếng ồn điện.
vị trí hệ thống thu phát theo thời gian và miền tần số được hiển thị trong Hình. 6 và 7,
tương ứng. Trong hình. 6, E là cường độ cao khi tần số dưới 10 MHz. Khi tần số cao hơn
10 MHz, lĩnh vực tiếng ồn điện giảm dần. Hình 7, chúng tơi có thể rút ra kết luận rằng


lĩnh vực Emột sự thay đổi 113-86 V / m. Các lĩnh vực điện tử trong miền thời gianvị trí
ăng-ten bụng thay đổi từ từ. Vào khoảng 3 × 10 - 6 s,giá trị của lĩnh vực E làm tăng tối đa
của 113 V / mvà nó rơi xuống mức tối thiểu 86 V / m 7 × 10 - 6 s Hình. 8và 9 cho thấy
lĩnh vực tiếng ồn điện tại vị trí hệ thống thu phát theo tần số và thời gian. So với [3] và
[9],giá trị theo tần số miền E ở bụng và các địa điểm ở nắp đuôi máy bay composite cao
hơn nhiều so với trong máy bay (707) KC-135. Như thể hiện trong Hình. 6 và 8, hình
thức lĩnh vực điện tử thời gian miền tương tự như mẫu ESD cao điện tiềm năng trong
[14]. Tuy nhiên, giá trị của tiếng ồn tối đa lĩnh vực trong bài báo đó là cao hơn so với
những gì thể hiện trong Hình. 6 và 8.
2) cảm ứng tiếng ồn hiện tại I: Bằng cách tính tốn dịng điện cảm ứng ở bụng và
ăng-ten-cap đi và sử dụng một nghịch đảo

Hình 10:

Hình 11:


Hình 12:

Hình 13:

Với chuyển đổi chuỗi Fourier, hiện tại miền thời gian gây ra các ăng-ten có thể được

minh họa trong Hình. 10 và 11. Sung.12 và 13 cho thấy dòng tiếng ồn trong lĩnh vực tần
số.Trong điều kiện tổng hợp, hiện nay gây ra là tập trung trong
10 MHz. Các dịng cảm ứng trên bụng và ăng-ten-cap đi thấp hơn so với hiện nay ESD
được tạo ra ở mũi của cánh. Với sự gia tăng của tần số, gây ra các dòng thấp và xuất hiện
dao động từ 10 đến 300 MHz. Trong miền thời gian, các dòng t bụng và ăng-ten-cap đi
gây ra do phóng điện vầng hào quang tạo ra ở mũi của cánh đạt đến tối đa là 59 và 1,7
μA, r espectively, tại thời điểm
20 ns, và trở thành thấp hơn một cách nhanh chóng theo thời gian. So với [3], giá trị gây
ra hiện nay trên các ăng-ten bụng máy bay composite là mười lần so với hiện hành về các
ăng-ten bụng trong 431-1 máy bay. Giá trị hiện tại tiếng ồn tại đuôi dưới ăng-ten nhỏ
hơn gây ra tại phần trên của đuôi ăng ten của chiếc máy bay 353-1 và máy bay 431-1.
V. KẾT LUẬN
Nghiên cứu nói trên đã chỉ ra rằng các đặc tính của phóng điện vầng hào quang trên máy
bay composite khác nhau từ những đặc điểm xảy ra trên máy bay kim loại. Đối với một
chiếc máy bay composite, một mơ hình lưỡng cực điện được sử dụng để mơ phỏng các
đặc điểm của phóng điện vầng hào quang ở mũi của cánh. Gây ra hiện tại mật độ và mơ
hình bức xạ của phóng điện vầng hào quang đã được minh họa trong bài báo này. Bên
cạnh đó, các lĩnh vực tiếng ồn điện tại các vị trí ăng-ten bụng và đi dưới đã được phân


tích. Hiện tượng phóng điện quang can thiệp vào ăng-ten trong các lĩnh vực tần số và thời
gian đã dự đốn được. Các kết quả được hiển thị có thể dự đốn sự can thiệp vào các ăngten trong khơng khí, do đó làm giảm các nguy cơ phóng điện vầng hào quang và cung cấp
tài liệu tham khảo cho việc thiết kế máy bay composite và phân phối các thiết bị trong nội
thất.