Определение биологически опасных зон высокочастотных излучателей

Сечение ленты представляет собой сектор тонко -стенного кольца. Основные параметры, определяющие форму сечения: радиус Я, ширина Н, толщина к. Основные геометрические характеристики сечения -площадь и моменты инерции [3]:

( тт \ ( тт \

F = 2rh arcsin

H

2

a = arcsin

H

2

Ix =

hr

3 (

2a + sin 2a -

4sin2 a^

a

hr

Iy = (2a- sin 2a);

При работе на растяжение (тянущее действие) должно выполняться следующее условие:

P „ P

а = — <аТ , откуда F >—, F оТ

где P - тянущая сила; F - площадь сечения; ат - предел текучести материала ленты.

При работе ленты на сжатие (толкающее действие) может произойти потеря устойчивости, поэтому действующие напряжения, определяющиеся аналогично случаю растяжения, не должны превышать критические напряжения потери устойчивости, определяемые по формуле Эйлера [4]:

акр =

п2 Ell

P =

кр

п2 ElX

Как видно из последней формулы, ограничение на работоспособность ленты при толкающем усилии накладывает не только площадь сечения, но и её длина. Поэтому для правильного выбора ленты необходимо учитывать не только требуемую силу, но и величину перемещение ленты.

Наиболее сложный с точки зрения расчета, но перспективный в плане применения вариант использования ленты как поддерживающей балки. Но в этом случае возникает опасность потери устойчивости плоской формы изгиба. Такой вид потери устойчиво-

сти называется опрокидыванием, при котором балка скручивается, а её ось изгибается в плоскости наименьшей жесткости (рис. 2). Известны частные случаи решения такой задачи. В общем случае для проверки потери устойчивости необходимо обращаться к современным пакетам численного моделирования.

Рис. 2. Потеря устойчивости плоской формы изгиба

Рассматриваемый актуатор дает большие преимущества в механизмах, где нужно получить большой ход выходного звена при относительно небольшом усилии. Перспективное направление использования -исполнительный элемент для развертывания наносут-ника на орбите.

Библиографические ссылки

1. Онищенко Г. Б. Электрический привод : учебник для вузов. М. : РАСХН. 2003. 320 с.

2. Klimovskiy D. A. Construction of the compact actuator // European Science and Technology : 7th Intern. Scien. Conf. Munich, 2014. P. 286-288.

3. Писаренко Г. С., Яковлев А. П., Матвеев В. В. Справочник по сопротивлению материалов. Киев : Наукова думка, 1975. 705 с.

4. Горшков А. Г., Трошкин В. Н., Шалашилин В. И. Сопротивление материалов : учеб. пособ. 2-е изд., испр. М. : Физматлит, 2005. 544 с.

© Фалькова Е. В., Климовский Д. А., 2014

УДК 621.3.095.22

В. О. Шевчугов, В. И. Нихочин Научный руководитель - Н. А. Смирнов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ОПРЕДЕЛЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ЗОН ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ

Разработана математическая модель, описывающая потенциально биологически опасные зоны излучающего устройства, в зависимости от диаграммы направленности антенны.

Любое радиоэлектронное средство предназначено для передачи и (или) приема радиоволн и состоит из одного или несколько передающих и (или) приемных устройств, либо их комбинаций. Передающие устройства при работе вызывают большое электромагнитное излучение, и образуют биологически опасную зона вокруг направления луча, на границе которой уровни электромагнитной энергии равны предельно допус-

тимому уровню. В зависимости от мощности передающего устройства необходимо оценить опасную зону для безопасной работы обслуживающего персонала.

Степень воздействия электромагнитного излучения на организм человека в зависимости от плотности потока энергии эквивалентной плоской волне, выражается в мкВт/см2. Для частот 30 кГц - 300 ГГц

Секция «Модели и методы анализа прочности динамики и надежности конструкций КА»

180

Рис. 1. Диаграмма направленности параболической зеркальной антенны

установлено максимальное допустимое значение равное 100 мкВт/см2. Почти все высокочастотные устройства, такие как сотовые аппараты, радиопередатчики, радиоприемники и СВЧ-печи работают именно в этом диапазоне [1].

При работе высокочастотного устройства, запрещается находиться в биологически опасной зоне. Была разработана математическая модель, описывающая потенциально опасную зону, построенную на основе диаграммы направленности антенны.

На рис. 1 приведена диаграмма направленности параболической зеркальной антенны.

Радиус Я биологически опасной зоны, описывается формулой [2]

Я /ро^2

V 4П п

где П - плотность потока энергии ЭМП, Вт/м2; Р0 -мощность передающего устройства; О - коэффициент усиления антенны; ^2(6, ф) - нормированная диаграмма направленности антенны по мощности; Я - расстояние от антенны до точки, в которой определяется значение плотности потока мощности, м.

Основной расчет биологически опасной зоны происходил с помощью формулы (1). На рис. 2 отображена биологически опасная зона для передатчика мощностью в 47 Жш с частотой 10 ГГц, при допустимом значении плотности потока энергии 0,33 Вт/м2, для диаграммы направленности, представленной на рис. 1.

Видно, что для данной антенны, излучение будет отклоняться на определенный градус, и в связи с неоднородной диаграммной направленности значения радиуса биологички опасной зоны довольно широко

варьируется. Максимальное значение радиуса для вышеперечисленных параметрах достигает 9,5 метров, однако в 10 градусах значение сразу же падает до 4. Данная диаграмма неудобна для восприятия и физического построения опасной зоны излучателя.

Разработанная математическая модель позволяет учесть отклонение основного лепестка, и внести дополнительные ограничения по биологически опасной зоне для более удобного человеческого восприятия. В частности, сгладить «впадины» и развернуть основной лепесток в прямом направлении, если это необходимо. На рис. 3 показана биологически опасная зона после преобразования.

Отклонение основного лепестка на 64 градуса от нормали связано с диаграммой направленности антенны, показанной на рис. 1.

Так как высокочастотное излучение невозможно почувствовать, и даже кратковременно нахождение вблизи излучающего устройства может нанести вред здоровью, работа в биологически опасной зоне категорически запрещена. Разработанная математическая модель позволяет не только описать границы этой зоны, но и дополнительно преобразовать ее.

Библиографические ссылки

1. Ротхаммель К. Антенны. Т. 1. М. : Данвел, 2005. 414 с.

2. Григорьев Л. Н. Цифровое формирование диаграммы направленности в фазированных антенных решетках. // Радиотехника, 2010. 114 с.

© Шевчугов В. О., Нихочин В. И., 2014

Рис. 2. Диаграмма биологически опасных зон излучения антенны: / = 10 ГГц; р0 = 47 аБш, П = 0,33 Вт/м2

Рис. 3. Диаграмма биологически опасных зон после преобразования