МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАЗРЯДНОГО КОНТУРА ВЫСОКОВОЛЬТНОГО СТЕНДА МОЛНИЕВОГО РАЗРЯДА
Аннотация
Устойчивое прохождение ракетой-носителем атмосферного слоя, где могут возникать
разряды электричества, обеспечивается не только организационными мерами, но и предвари-
тельными наземными испытаниями. Государства, осуществляющие вывод космических аппара-
тов на орбиту, располагают специальным стендовым оборудованием. Сложилась определенная
система взглядов, реализованная в стандартах и других технических документах, требования
которых стали обязательны к выполнению. Настоящая работа является логическим продолже-
нием исследований, связанных с созданием высоковольтного стенда молниевого разряда (ВСМР),
разрабатываемого для испытаний изделий ракетно-космической техники. Основной задачей
ВСМР является генерация заданных электрических (или электромагнитных) импульсов, имити-
рующих воздействие молниевого разряда на элементы конструкции ракето-носителя. В высоко-
вольтной части ВСМР состоит из четырех генераторов импульсных токов (ГИТ-А, ГИТ-В,
ГИТ-С и ГИТ-D), последовательно подключаемых к нагрузке для создания определённой формы
общего токового импульса. Типовые нагрузки включают: стол заземления высоковольтный, стой-
ку вертикальную, приспособление на испытание пробоем. Задачей настоящего этапа работ яви-
лась проверка параметров токового импульса, возникающего при разряде генератора импульсных
токов ГИТ-А на калибровочную нагрузку, в качестве которой принимается стол заземления высо-
ковольтный. В статье представлены результаты расчетов параметров импульса компоненты
«А» в разрядном контуре в ходе развития процесса генерации импульса: до момента закоротки
емкостного накопителя и от момента закоротки. Разрядное устройство «кроубар» позволяет
подключать нагрузку по двухконтурной схеме в момент максимума разрядного тока. Разработа-
ны аналитические зависимости обеих эквивалентных электрических схем подключения контуров.
Дифференциальные уравнения решены численным методом, получены графики изменения тока и
напряжения колебательного импульса «А» в незакороченным и закороченном контурах. Моделиро-
вание позволило оценить динамические характеристики исследуемого контура при его функциони-
ровании в одном из самых быстропротекающих и энергоемких режимов работы. В целом комму-
тация разрядного контура на стенд заземления высоковольтный с подобранными параметрами
подтверждает работоспособность ВСМР и достижение удовлетворительных характеристик
заданного токового импульса, реализуемого ГИТ-А.
Литература
and engineering foundations of lightning protection]. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1978, 223 p.
2. Baranov M.I. Izbrannye voprosy elektrofiziki: monografiya: v 3 t. T. 2. Kn. 2: Teoriya
elektrofizicheskikh effektov i zadach [Selected issues of electrophysics: monograph: in 3 vol. Vol. 2,
Book 2: Theory of electrophysical effects and problems]. Khar'kov: Tochka, 2010, 407 p.
3. Burgsdorf V.F. Parametry tokov molnii i vybor ikh raschetnykh znacheniy [Parameters of lightning
currents and the choice of their design values], Elektrichestvo [Electricity], 1990, No. 2, pp. 9-24.
4. Uman M.A. Natural and artificially-initiated lightning and lightning test standards, Proceedings of the
IEEE, 1988, Vol. 76, No. 12, pp. 1548-1565. DOI: 10.1109/5.16349.
5. Phillpoyy J. Lightning strike, Flight International, 1972, No. 3316, pp. 414.156.
6. Plumer J.A., Perry B.L. An Analysis of Lightning strikes in Airline Operation in the USA and Europe,
Conference on Lightning and static Electricity, England, April 14-17, 1975, pp. 502-513.
7. Obrabotka i analiz sluchaev porazheniya samoletov grazhdanskoy aviatsii razryadami atmosfernogo
elektrichestva. Otchet o NIR №GR80059418, Inv. № B887910 [Processing and analysis of cases of
damage to civil aviation aircraft by atmospheric electricity discharges. Research report
No. GR80059418, Inv. No. B887910]. Riga. GosNII ER AT GA, 1980, 88 p.
8. Aufbauer Н. Atmosphärische Entladungen auf Luftfahrzeuge, Electrofechn und Maschinenbau, 1978,
No. 9, pp. 417-421.
9. Scully Robert. Lightning Protection for the Orion Space Vehicle NASA: Johnson Space Centre. Houston,
Texas. 77058-3696. (Professional English). Text: direct, 10 p.
10. Bachelier E., Issac F., Quenum W., Enjablert V., Mohedano L. Lightning Protection of SOYUZ and
VEGA launching pads, 2012 International Conference on Lightning Protection (ICLP), Vienna, Austria,
6 p.
11. Molniya udarila v raketu «Soyuz» pri starte s Plesetska. 27 maya 2019 [Lightning struck the Soyuz
rocket during launch from Plesetsk. May 27, 2019]. Available at: https://tass.ru/proissestviya/6475178
(accessed 18 January 2021).
12. SAE ARP 5412: 2013. Aircraft Lightning Environment and Related Test Waveforms, SAE Aerospace.
USA, 2013, pp. 1-56.
13. SAE ARP 5416: 2013. Aircraft Lightning Test Methods, SAE Aerospace. USA, 2013, pp. 1-145.
14. IEC 62305-1: 2010 «Protection against lightning. Part 1: General principles». Geneva, IEC Publ.,
2010.
15. KT-160D. Kvalifikatsionnye trebovaniya RF. Usloviya ekspluatatsii i okruzhayushchey sredy dlya
bortovogo aviatsionnogo oborudovaniya. Trebovaniya, normy i metody ispytaniy [KT-160D. Qualification
requirements of the Russian Federation. Operating and environmental conditions for avionics
equipment. Requirements, standards and test methods]. Moscow: Gosstandart RF, 2004.
16. Golosiy A.S., Karlovskiy M.Yu., Samarkin A.L., Sakhabudinov R.V. Stend ispytaniy na stoykost'
rakety-nositelya k vozdeystviyu molnievogo razryada [Test bench for the resistance of the launch vehicle
to the effects of lightning discharge], II Vserossiyskiy forum «Vzglyad molodezhi na puti
razvitiya OPK»: Sb. tezisov, Reutov, 3-4 iyunya, 2021 g. [II All-Russian orum “Youth’s view on the
development of the defense industry”: ollection of abstracts, Reutov, June 3-4, 2021], pp. 45-53.
17. Burlutskiy S.G., Golosiy A.S., Kovalev A.P., Sakhabudinov R.V. Otsenivanie kharakteristik tokovykh
generatorov imitatsii molnievykh razryadov [Assessing the characteristics of current generators simulating
lightning discharges], Tr. VKA im. A.F. Mozhayskogo [Proceedings of VKA im.
A.F. Mozhaisky], 2022, Issue 682, pp. 171-182.
18. Shishkov D.V., YAkovlev A.A., Sakhabudinov R.V., Golosiy A.S. Raschet parametrov tokovykh
impul'sov v razryadnykh konturakh vysokovol'tnogo stenda molnievogo razryada [Calculation of the
parameters of current pulses in the discharge circuits of a high-voltage lightning discharge stand], Sb.
materialov nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Modelirovanie parametrov atmosfery pri primenenii
sistem vooruzheniya» [ ollection of materials of the scientific and technical conference “Modeling
atmospheric parameters when using weapons systems”]. Korolev: GBU «4 TSNII» Minoborony
Rossii, 2022, pp. 47-51.
19. Serov M.Yu., Yakovlev A.A., Sakhabudinov R.V., Golosiy A.S. Parametricheskiy analiz rezul'tatov
rascheta ispytatel'nykh impul'sov v ekvivalentnykh konturakh GIT-A, GIT-D, GIT-VS [Parametric
analysis of the results of calculating test pulses in equivalent circuits GIT-A, GIT-D, GIT-VS], Sb.
dokladov VUNTS VVS «VVA im. prof. N.E. ZHukovskogo i YU.A. Gagarina», 23-25 noyabrya 2022
[ ollection of reports of the VUN Air orce “VVA named after. prof. N.E. Zhukovsky and
Yu.A. Gagarin", November 23-25, 2022], pp. 222-226.
20. Ovchinnikova N.A., Sakhabudinov R.V., Golosiy A.S. Sozdanie stendov modelirovaniya pryamogo i
nepryamogo vozdeystviya molnievogo razryada na elementy raketno-kosmicheskoy tekhniki [Creation
of stands for modeling the direct and indirect effects of lightning discharge on elements of rocket and
space technology], Sb. dokladov Pyatoy Mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii «Aerokosmicheskoe
priborostroenie i ekspluatatsionnye tekhnologii», 4-20 aprelya 2024 [Collection of reports of the Fifth
International Scientific onference “Aerospace Instrumentation and Operational Technologies”, April
4-20, 2024]. Saint Petersburg: GUAP, 2024, pp. 111-115.
21. Baranov M.I., Buryakovskiy S.G., Rudakov S.V. Instrumental'noe obespechenie v Ukraine naturnykh
ispytaniy ob"ektov energetiki, aviatsionnoy i raketno-kosmicheskoy tekhniki na stoykost' k
vozdeystviyu impul'snogo toka iskusstvennoy molnii [Instrumental support in Ukraine for full-scale
testing of energy facilities, aviation and rocket and space technology for resistance to the effects of
pulsed current of artificial lightning], Elektrotekhnika i Elektromekhanika [Electrical engineering and
electromechanics], 2018, No. 4, pp. 45-53. ISSN 2074-272X.
22. Baranov M.I., Buryakovskiy S.G., Rudakov S.V. Metrologicheskoe obespechenie v Ukraine ispytaniy
ob"ektov energetiki, aviatsionnoy i raketno-kosmicheskoy tekhniki na stoykost' k vozdeystviyu
impul'sov toka (napryazheniya) iskusstvennoy molnii i kommutatsionnykh impul'sov napryazheniya
[Metrological support in Ukraine for testing energy facilities, aviation and rocket and space technology
for resistance to the effects of current (voltage) pulses of artificial lightning and switching voltage
pulses], Elektrotekhnika i Elektromekhanika [Electrical engineering and electromechanics], 2018,
No. 5, pp. 44-53. ISSN 2074-272X.
