Разработка и верификация методики проектирования бортовой кабельной сети летательного аппарата с учетом требований электромагнитной совместимости

ЦЕЛЬ. Рассмотреть проблемы проникновения и распространения электромагнитных помех в отдельных бортовых устройствах электротехнического комплекса летательного аппарата. Провести проверку исследуемого объекта бортового комплекса электрооборудования летательного аппарата на соответствие требованиям нормативных документов в части электромагнитной совместимости. Разработать рекомендации для устранения кондуктивных и индуктивных помех исследуемого объекта бортового комплекса электрооборудования летательного аппарата. МЕТОДЫ. Для решения исследовательских задач использовался комплекс методов, включающий графовое моделирование топологии распространения электромагнитных помех в корпусе летательного аппарата, конечно-элементный анализ электромагнитных полей и методы математического моделирования. РЕЗУЛЬТАТЫ. Исследованы вопросы проникновения и распространения электромагнитных наводок в конструктивных элементах и цепях электротехнических систем воздушного судна. Выполнена верификация соответствия бортового электрооборудования нормативным требованиям по электромагнитной совместимости. Разработана топологическая модель распределения помех внутри корпуса летательного аппарата. Проведен анализ наведенных помех от внешних источников электромагнитного излучения. Сформулированы практические рекомендации по минимизации кондуктивных и индуктивных наводок в бортовом электрооборудовании. ВЫВОДЫ. При проведении исследования на соответствие требованиям нормативных документов в части электромагнитной совместимости исследуемого объекта бортового комплекса электрооборудования летательного аппарата было выявлено, что необходимо дорабатывать способы экранирования чувствительных элементов. Было представлено несколько способов устранения кондуктивных и индуктивных помех исследуемого объекта бортового комплекса электрооборудования летательного аппарата и выбран оптимальный.

1. Нгуен Ван Хой. Разработка алгоритмов проектирования экранов кабелей электротехнических комплексов летательных аппаратов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва – 2014. Доступно по: https://newdisser.ru/_avtoreferats/01007848852.pdf. Ссылка активна на 06.09.2025.

2. Васинова А.Н. Прогнозирование электромагнитной совместимости электронных систем беспилотного летательного аппарата при воздействии радиоэлектронных средств //4-я МНТК "Современные инновации в науке и технике"/ Казань, 2014 – с.188-190.

3. Vauché R., Mefteh R. A. B., Haddad F., et. al. Experimental Time–Domain Study for Bandpass Negative Group Delay Analysis With Lill–Shape Microstrip Circuit. IEEE Access, 2021. Vol. 9. Pp. 155– 167.

4. M. Z. M. Hamdalla, J. M. Roacho-Valles, A. Caruso, et. al. Electromagnetic Compatibility Study of Quadcopter UAVs : Characteristic Mode Analysis of the Frame’s Material and Shape Effect. Prog. Electromagn. Res. M, vol. 112, 2022, pp. 1–14.

5. Залалиев И.Р., Ференец А.В. Влияние электромагнитных полей высокой интенсивности на электрические цепи летательных аппаратов // V Всероссийская научно-техническая конференция (к 50-летнему юбилею кафедры «Электроснабжение и электротехника» Института энергетики и электротехники). Министерство образования и науки российской федерации, Тольяттинский государственный университет, Институт энергетики и электротехники, 2017.- с.572-578

6. Belousov A. O., Zhechev E. S., Chernikova E. B., Nosov A. V., Gazizov T. R. UAVs protection and countermeasures in a complex electromagnetic environment // Complexity. 2022. Vol. 2022. pp. 1–16.

7. Belousov A. O., Medvedev A. V., Chernikova E. B., et. al. Switching order after failures in symmetric protective electrical circuits with triple modal reservation. Symmetry. 2021. Vol. 13(6). № 1074. pp. 1–22.

8. Sheu B. H., Chiu C. C., Lu W. T., et. al. Development of UAV Tracing and Coordinate Detection Method Using a Dual–Axis Rotary Platform for an Anti–UAV System, Applied Sciences. 2019. Vol. 9. № 13. pp. 1–17.

9. Иванов А. А., Комнатнов М. Е. Полуаналитический метод для оценки эффективности экранирования корпуса с апертурой // Доклады ТУСУР. 2021. Т. 24. № 1. С. 16–23

10. Ларин В. П., Желудева К. В. Проблемы проектирования системы электроснабжения гиперзвукового летательного аппарата // Научное периодическое издание «INSITU» №4, 2016.- с.33-37

11. Мясников А.Ю. Проектирование компонентов бортовых кабельных сетей с учетом требований технологичности // Онтология проектирования, №3, том 13, 2023 – С.368-379

12. Ivanov A. A., Demakov A. V., Komnatnov M. E., Gazizov T. R. Semi–analytical approach for calculating shielding effectiveness of an enclosure with a filled aperture. ELECTRICA. 2022. № 22. pp. 220–225.

13. Белоусов А. О., Газизов Т. Р. Способ трассировки проводников модального фильтра на основе плоского кабеля. Патент на изобретение №RU2749994. 21.06.2021, бюл. №18. Доступно по: https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002749994_20210621_C1_RU/. Ссылка активна на 06 сентября 2025.

14. Белоусов А. О., Газизов Т. Р. Способ трассировки проводников модального фильтра с круговым сечением. Патент на изобретение №RU2747104. 27.04.2021, бюл. №12. Доступно по: https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002749994_20210621_C1_RU/. Ссылка активна на 06 сентября 2025.

15. Суздальцев И.В., Гаранин И.Н. Методика автоматизированной раскладки кабельных соединений по каналам беспилотного летательного аппарата, с учетом критерия электромагнитной совместимости // Современные материалы, техника и технология: материалы 5-й Междунар. науч.- практ. конф. - 2015. С. 41 - 44.

16. Tay Sui Jiana, Muhammad Hafidz Fazli Md Fauadia, Saifudin Hafiz Yahaya. et al. // A deep learning approach for automated PCB defect detection: A comprehensive review. XXII Multidisciplinary Reviews 8(1):2025011.

17. Fung, K. C., Xue, K. W., Lai, C. M., et. al. // Improving PCB defect detection using selective feature attention and pixel shuffle pyramid. Results in Engineering, 21.

18. Гайнутдинов Р.Р., Чермошенцев С.Ф. Методология обеспечения внутрисистемной электромагнитной совместимости бортового оборудования беспилотных летательных аппаратов // Изв. вузов. Авиационнаятехника, 2016. № 4, Казань – С.155-160

19. Bielsky T., Junemann M., Thielecke F. Parametric modeling of the aircraft electrical supply system for overall conceptual systems design. Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress, Hamburg University of Technology, Institute of Aircraft Systems Engineering, Hamburg, 2021, pp. 1–13.

20. Das, D., Elfrgani, A., and Reddy, C.J. Simulation of Conductive and Radiated Emission for Off and OnBoard Radio Receivers according to CISPR 12 and 25, SAE Technical Paper 2020-01-1371, 2020.

21. Клыков А.В., Кириллов В. Ю.. «Возможности компьютерного моделирования при решении задач электромагнитной совместимости бортовых кабельных сетей самолетов». Электронный журнал «Труды МАИ», 2012. Выпуск № 57. С. 54-59

22. Mohamed Z. M. Hamdalla, Anthony N. Caruso, Ahmed M. Hassan. Electromagnetic Compatibility Analysis of Quadcopter UAVs Using the Equivalent Circuit Approach. IEEE Open Journal of Antennas and Propagation 3, September 2022, pp. 1090 – 1101

23. Коптев А. Н., Мясников А. Ю. Теоретические основы проектирования простых жгутов бортовой кабельной сети летательного аппарата // Вестник Самарскогоуниверситета. Аэрокосмическая Техника, Технологии и Машиностроение № 4, 2019. C.76-86

24. Дементьев А. Н. Клюев Д. С. Новиков А.Н. и др. Модель процесса оценки электромагнитной совместимости бортовой аппаратуры летательного аппарата // Труды МАИ № 123. - 2022. - С.1-21

25. Суздальцев И.В., Исмагилов Р.Н. Автоматизированное размещение бортовых электронных средств во внутрифюзеляжном пространстве беспилотного летательного аппарата с учетом критериев электромагнитной совместимости // Новые технологии, материалы и оборудование российской авиакосмической отрасли, Казань, 2016. C. 232-238.

26. Das A., Campbell S. D., Werner D. H. An Augmented Y-parameter Method for Macromodeling Electromagnetic Structures in the Presence of Plane-Waves. IEEE International Symposium on Antennas and Propagation and USNC-URSI Radio Science Meeting, Denver, CO, Jul. 10, 2022.

27. Ten Have. Waveform model to characterize time-domain pulses resulting in EMI on static energy meters. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, April 2021.

28. Zhao Ta, Xueming Liu, Ping Sun et. al. Improved electromagnetic compatibility testing for rail vehicles using a quantum-based 3D reconstruction algorithm. - Optical and Quantum Electronics (2024), 30 January 2024.

29. Жуков П.А. Исследования средств защиты электротехнических комплексов летательных аппаратов от электромагнитных воздействий: диссертация на соикание ученой степени кандидата технических наук 05.09.03. Москва, 2022. Доступно по: https://mai.ru/upload/iblock/c13/67t2n32mobnku0c0ym35kkmclit50bev/avtoreferat-ZHukov-P.A.-dlyasayta-MAI.pdf. Ссылка активна на 06.09.2025.

30. Masoudi, N. Geometric-Based Optimization Algorithms for Cable Routing and Branching in Cluttered Environments [dissertation]. Clemson University,2020. Available at: https://core.ac.uk/download/pdf/354492874.pdf. Accesed 06 Sep 2025.

31. Yuanyuan Li, Yuanyuan Fang, Kaiyuan Li et. al. Morphological Tracing and Functional Identifcation of Monosynaptic Connections in the Brain: A Comprehensive Guide.- Neuroscience Bulletin, May 2024.

32. Punsisi Pemarathne, T.G.I. Fernando, Ant Colony Optimization Algorithm to Solve Electrical Cable Routing. Advances in Electronics Engineering, 2020, pp.69-85.

33. Nafiseh Masoud, Georges Fadel. An Optimization Framework for The Design of Cable Harness Layouts in Planar Interconnected Systems. Journal of Mechanical Design 144(1), July 2021. pp.1- 29.

34. Qian Y., Du B. Ye Z, et. al. Simulation on transient electromagnetic influence of lightning strike for turboprop engine,” in 2019 4th International Conference on Electrical, Electronics, Communication, Computer Technologies and Optimization Techniques (ICEECCOT), Dec. 2019, pp. 1–7.

35. Hartman T., Grootjans R., Moonen N., et.al. Electromagnetic compatible energy measurements using the orthogonality of nonfundamental power components. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, vol. 63, no. 2, Apr. 2021. pp. 598–605.

36. Belousov A. O., Vlasova N. O., Gordeyeva V. O. , et.al. Breaking the Symmetry of Cable Structures as an Instrument for Improving Modal Decomposition to Protect Critical Equipment Against UWB Pulses. Symmetry. 2022. Vol. 14(6), № 1228. pp. 1–34.

37. Ромащенко М.А., Коновалов Р.Г., Воробьев М.Е. Основные этапы методики обеспечения электромагнитной совместимости для подвижных объектов связи // Вестник Воронежского государственного технического университета. Т. 19. № 1. 2023. С. 62-68.

38. Ромащенко М.А., Коновалов Р.Г. Структура функциональных связей оборудования подвижного объекта связи для решения задач обеспечения ЭМС // Проблемы обеспечения надёжности и качества приборов, устройств и систем: сб. науч. тр. Воронеж, 2022. C. 140-145

39. Helko B., Zander M., Ronald L. Testing of DC Electricity Meters with Broadband Conducted Electromagnetic Disturbances, Conference: 2022 20th International Conference on Harmonics & Quality of Power (ICHQP), May 2022.

40. Кириллов В.Ю. Электромагнитная совместимость летательных аппаратов. М.: МАИ, 2012. 162 с.

41. Hamdalla, M. Z. M., et al. Characteristic mode analysis prediction and guidance of electromagnetic coupling measurements to a UAV model. IEEE Access, Vol. 10, 2022. pp. 914–925

42. Mohamed Z. M. Hamdalla, Jesus M. Roacho-Valles, Anthony N. Caruso, et. al. Electromagnetic Compatibility Study of Quadcopter UAVs: Characteristic Mode Analysis of the Frame’s Material and Shape Effect. Progress In Electromagnetics Research M, Vol. 112, 2022. pp. 1–14.

43. Xiaobing Niu, Shenglin Lium Runze Qiu. Efficient Electromagnetic Compatibility Optimization Design Based on the Stochastic Collocation Method. The Applied Computational Electromagnetics Society Journal (ACES), June 2024.

44. Yaojia Zhang, Li Wang, Lexuan Meng. An Analytical AC Resistance Calculation Method for Multiple-Conductor Feeder Cables in Aircraft Electric Power Systems. In: IEEE Transactions on Industrial Electronics 67.5 (2020), pp. 3340–3349.

45. Белоусов А. О. // Подходы к обеспечению электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств в составе комплекса функционального поражения беспилотных летательных аппаратов мощным электромагнитным излучением. Системы управления, связи и безопасности № 3. 2023. C.134-196.

46. Mingazov A.L. Design of on-board electrical structures with regard to electromagnetic compatibility // Английский язык в сфере профессиональной коммуникации. Материалы VIII Всероссийской молодежной научной конференции. Казань, 2022. C. 244-245

47. Zhechev Y. S., Belousov A. O., Zabolotsky A. M., et.al. Serpentine and Spiral RoutingSchemes for Microwave Transmission Lines to Ensure UWB Interference Immunity. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2023. pp. 1–13.

48. Мингазов А.Л., Федоров Е.Ю. Проектирование бортовых электроконструкций с учетом электромагнитной совместимости // Перспективные направления развития автотранспортного комплекса. Сборник статей XVI Международной научно-практической конференции. Пенза, 2022 C. 94-97.

49. Evgenii Fedorov, Andrey Ferenets, Artur Mingazov. Features and limitations in the design of a light aircraft generation system. 2021 International Conference on Electrotechnical Complexes and Systems: The international scientific and practical conference materials. Ufa State Aviation Technical University. – Ufa: USATU publishing complex, 2021 - pp. 343-346

50. Evgenii Fedorov, Andrey Ferenets, Artur Mingazov. The Method of Selecting Protection Devices in the Automated Design of an Electrical Complex of a Transport Vehicle. International Conference on Automatics and Energy. Journal of Physics: Conference Series 2096 (2021). pp. 1-8.

51. Mingazov A.L. Application of genetic algorithms for solving the problem of structural components of aircraft electrical equipment // Английский язык в сфере профессиональной коммуникации. Сборник тезисов докладов VI Всероссийской молодежной научной конференции. Казань, 2020. C. 119-121.