飛機(jī)改裝中的電磁兼容技術(shù)

張 焰

（中國飛行試驗(yàn)研究院改裝部，陜西西安 710089）

飛機(jī)改裝中的電磁兼容技術(shù)

張 焰

（中國飛行試驗(yàn)研究院改裝部，陜西西安 710089）

介紹了飛機(jī)改裝電氣施工的特點(diǎn)，總結(jié)分析了飛機(jī)改裝常見的電磁兼容問題，并針對(duì)常見電磁兼容問題給出了有效的解決方法。

飛機(jī)改裝；電磁兼容；電磁干擾；電氣施工

飛機(jī)改裝是中國飛行試驗(yàn)研究院科研試飛的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，涉及到在試驗(yàn)機(jī)上加裝機(jī)載測(cè)試設(shè)備、被試設(shè)備，以及按照任務(wù)需求對(duì)試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)外形，以及飛控、發(fā)動(dòng)機(jī)、航電、電氣、武器、燃油、雷達(dá)、液壓、環(huán)控、起落架等重要系統(tǒng)進(jìn)行改裝。改裝中加裝的電氣線路或經(jīng)過改裝的原機(jī)線路與試驗(yàn)機(jī)原有電氣線路和系統(tǒng)間存在著復(fù)雜的電氣或電磁交聯(lián)，因此，做好電磁兼容防護(hù)在飛機(jī)改裝工作中十分重要［1－2］。

1 當(dāng)前飛機(jī)改裝中電氣施工的特點(diǎn)

飛機(jī)改裝工作多在已出廠的飛機(jī)上進(jìn)行，其電氣施工具有以下特點(diǎn)：

1）試驗(yàn)機(jī)設(shè)備艙可用空間狹小，施工空間開敞性差、限制多，改裝加裝的設(shè)備和電線電纜的布局安裝難度較大；

2）隨著新型飛機(jī)性能的不斷提升，試驗(yàn)機(jī)自身的電氣設(shè)備越來越多，其中的精密、敏感設(shè)備越來越多，機(jī)載設(shè)備的安裝越來越密集，用電功率越來越大，產(chǎn)生電磁兼容問題的可能性越來越大；

3）飛行試驗(yàn)的要求越來越高，使得改裝加裝的各類設(shè)備數(shù)量越來越多，用電功率越來越大，飛機(jī)改裝面對(duì)的電磁環(huán)境越來越復(fù)雜；

4）部分試驗(yàn)機(jī)型號(hào)老舊，其自身機(jī)載設(shè)備的電磁兼容性能較差，容易與改裝加裝的測(cè)試、被試設(shè)備發(fā)生電磁兼容問題；

5）電磁干擾在飛機(jī)上的傳播路徑多、表現(xiàn)形式多樣，電磁兼容問題的定位和排除困難。

2 飛機(jī)改裝中常見的電磁兼容問題

2.1 電源問題

1）改裝加裝的大功率用電設(shè)備易引起試驗(yàn)機(jī)電網(wǎng)電壓波動(dòng)，影響部分對(duì)電源品質(zhì)要求較高的機(jī)載設(shè)備和改裝加裝設(shè)備；

2）改裝加裝的帶有大功率電磁線圈的設(shè)備在飛機(jī)電網(wǎng)中會(huì)引起較大的浪涌或尖峰，影響部分敏感設(shè)備的正常工作；

3）飛機(jī)改裝加裝的大功率二次靜變電源對(duì)試驗(yàn)機(jī)電源系統(tǒng)的電源品質(zhì)影響極大，其影響隨著電源功率的增大而增加，易影響敏感設(shè)備的正常工作；

4）部分改裝加裝設(shè)備對(duì)電源的品質(zhì)要求很高，尤其是保持正常工作允許的掉電時(shí)間等供電需求，常用的接觸器等控制器件的觸點(diǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)換可能影響其正常工作。

2.2 電磁輻射問題

試驗(yàn)機(jī)上的輻射源多，輻射頻率的范圍寬，部分輻射源功率極大（如雷達(dá)等），發(fā)生電磁兼容問題的幾率較大。

被改裝試驗(yàn)機(jī)上多配有大功率雷達(dá)和大量的各型天線，機(jī)身內(nèi)裝有大量電子設(shè)備，敷設(shè)有大量電線電纜，改裝在此基礎(chǔ)上再加裝新的測(cè)試、被試系統(tǒng)天線，及大量的設(shè)備和電線電纜，改裝后試驗(yàn)機(jī)上的天線、設(shè)備、電線線纜間容易因輻射引起電磁兼容問題。

2.3 “單線制”供電引起的電磁兼容問題

在飛機(jī)上的電源系統(tǒng)中普遍采用“單線制”的供電方式，即正電從飛機(jī)發(fā)電機(jī)或二次電源的正端輸出，經(jīng)保護(hù)和控制分別供給到不同的用電設(shè)備，而各用電設(shè)備和飛機(jī)發(fā)電機(jī)或二次電源的負(fù)端則分別就近與飛機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)體連接，將飛機(jī)的金屬殼體作為公共的“地”。

此種供電模式雖然具有設(shè)計(jì)施工簡(jiǎn)單、裝機(jī)電纜重量輕等突出的優(yōu)點(diǎn)，但也存在著電源線路易發(fā)射和耦合電磁輻射的缺陷，同時(shí)，不同電源和大功率用電設(shè)備的電源負(fù)端會(huì)改變其搭接部位周圍飛機(jī)金屬殼體的局部電位，對(duì)周邊的其他用電設(shè)備產(chǎn)生影響。

2.4 靜電干擾問題

飛行中，由于機(jī)體與空氣的高速摩擦，會(huì)在飛機(jī)上產(chǎn)生大量的靜電積累，雖然飛機(jī)上設(shè)有靜電泄放裝置，但是機(jī)體的部分區(qū)域仍會(huì)累積較高的靜電電壓，靜電電壓會(huì)通過傳導(dǎo)和放電的方式產(chǎn)生電磁干擾。

飛機(jī)上的人造纖維、塑料制品，以及工作人員的毛發(fā)和著裝等都是常見的摩擦起電材料，同時(shí)，機(jī)艙內(nèi)的環(huán)境相對(duì)比較干燥，因此，在飛機(jī)內(nèi)不可避免地會(huì)容易產(chǎn)生靜電。盡管靜電具有電壓高、能量很小的特點(diǎn)，不會(huì)傷害人體，但靜電放電卻有可能影響飛機(jī)上敏感設(shè)備、傳感器等的工作，甚至造成設(shè)備損壞。

3 飛機(jī)改裝中的電磁兼容防護(hù)措施

3.1 電源問題的防護(hù)措施

1）減小電源線路的壓降損失

①減小電源線路的阻抗 使用盡量短且粗的導(dǎo)線作為電源線，保證電源線路壓降滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。②保證設(shè)備的良好接地 電源線路接地的設(shè)計(jì)施工應(yīng)根據(jù)接地點(diǎn)承載的電流、電壓和施工環(huán)境綜合考慮選擇接地部位、接地螺栓、接線端子和連接方式。

③減少非必要的搭接和轉(zhuǎn)接 嚴(yán)格按相關(guān)施工工藝進(jìn)行搭接施工和保護(hù)，控制線路中搭接和轉(zhuǎn)接的數(shù)量，避免搭接不良。

2）將改裝加裝的大功率用電設(shè)備和其他設(shè)備分組供電，按照“先大后小”的順序分時(shí)起動(dòng)，避免因大功率用電設(shè)備的起動(dòng)影響其他設(shè)備。

3）為大功率用電設(shè)備設(shè)計(jì)加裝“軟起動(dòng)”裝置，減小其對(duì)飛機(jī)電網(wǎng)的沖擊。

4）針對(duì)敏感設(shè)備或品質(zhì)較差的電源輸入／輸出端口增設(shè)濾波器，提高其電源品質(zhì)。

5）采用多電源分組供電，避免大功率干擾源設(shè)備與敏感設(shè)備共用電源。

6）針對(duì)部分對(duì)電源掉電時(shí)間要求高的改裝加裝設(shè)備，在改裝設(shè)計(jì)施工中除了需選用品質(zhì)可靠的電源外，還應(yīng)使用功率二極管作為電源的控制轉(zhuǎn)換器件，以確保此類設(shè)備的供電品質(zhì)。

3.2 電磁輻射的防護(hù)措施

1）謹(jǐn)慎選擇裝機(jī)設(shè)備，所有裝機(jī)設(shè)備均應(yīng)通過必要的電磁兼容實(shí)驗(yàn)，并滿足GJB151A，GJB152等電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2）改裝加裝的天線應(yīng)嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)施工，并保證新加裝天線和原機(jī)天線間的距離，必要時(shí)，在應(yīng)預(yù)先對(duì)改裝加裝天線的方案進(jìn)行天線電磁兼容分析和評(píng)估。

3）對(duì)所有改裝加裝設(shè)備與擬安裝艙位的原機(jī)設(shè)備統(tǒng)籌安排，按照設(shè)備功率和電磁兼容的敏感度等要素分組，合理布局加裝設(shè)備的安裝。

4）對(duì)系統(tǒng)的控制和信號(hào)線路選用屏蔽絞線，必要時(shí)，可選用多層屏蔽導(dǎo)線，或者在集束后的導(dǎo)線外再增加屏蔽網(wǎng)套。

5）對(duì)改裝加裝的導(dǎo)線，按其承載信號(hào)的特性合理分組，選擇試驗(yàn)機(jī)上同類型原機(jī)電纜的通道進(jìn)行敷設(shè)或單獨(dú)敷設(shè)，對(duì)于改裝加裝的屏蔽導(dǎo)線，在保證其屏蔽良好接地的前提下，可放寬電纜敷設(shè)的限制。

6）改裝施工部位的電磁輻射很強(qiáng)時(shí)，應(yīng)為加裝的敏感設(shè)備的輸入／輸出端口選配具有360°屏蔽功能的電氣插頭，并對(duì)其相關(guān)的電纜進(jìn)行360°全段屏蔽。

7）用金屬盒、盤、箱、柜等封閉系統(tǒng)中的接觸器、繼電器、斷路器、保險(xiǎn)絲等大功率電氣控制保護(hù)器件，可有效防止其對(duì)外的電磁輻射。

8）保證導(dǎo)線屏蔽層和設(shè)備金屬殼體與試驗(yàn)機(jī)金屬殼體間的良好連接，即“接地”，其中導(dǎo)線屏蔽層的接地應(yīng)按導(dǎo)線中承載信號(hào)的頻率選擇接地形式。當(dāng)電纜中承載的信號(hào)頻率不大于50 k Hz，或接地引線長度小于0.15λ（λ為系統(tǒng)最高工作頻率所對(duì)應(yīng)的波長）時(shí)，要求導(dǎo)線屏蔽采用單點(diǎn)接地；當(dāng)電纜中承載的信號(hào)頻率大于50 k Hz，或接地引線長度大于0.15λ時(shí)，要求采用間隔0.15λ的多點(diǎn)接地，實(shí)際施工中則至少應(yīng)將屏蔽層的兩端實(shí)施接地。

3.3 “單線制”供電引起的電磁兼容問題的防護(hù)措施

1）對(duì)使用“單線制”的配電線路應(yīng)選擇合適的敷設(shè)路徑（如：選擇靠近飛機(jī)蒙皮的路徑敷設(shè)等），并可考慮使用屏蔽導(dǎo)線。

2）嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施電源負(fù)線的接地操作，保證接地部位的阻抗?jié)M足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，嚴(yán)格控制設(shè)備負(fù)端與電源負(fù)端間的阻抗。

3）將使用不同電源的用電設(shè)備在不同的接地點(diǎn)分組接地。

4）將改裝裝機(jī)設(shè)備的電源負(fù)線按照其用電功率的大小合理分組，分開接地，或?qū)⒋笥秒娫O(shè)備的電源負(fù)線單獨(dú)接地。

5）對(duì)工作電流小于10 A的改裝加裝設(shè)備可考慮使用屏蔽絞線作為電源線，實(shí)行“雙線制”供電。

6）區(qū)分電源負(fù)線、信號(hào)負(fù)線、屏蔽地線、機(jī)械地線等不同的需要與飛機(jī)金屬殼體搭接的導(dǎo)線，謹(jǐn)慎選擇各類接地線的搭接部位，防止通過接地線傳遞干擾。

7）對(duì)于大量使用復(fù)合材料的新型飛機(jī)，應(yīng)選擇在飛機(jī)上的專用接地匯流條接地，若設(shè)備加裝部位不便于接地施工，則需按要求在該設(shè)備加裝區(qū)域增加專用接地匯流條，并通過專用接地導(dǎo)線與試驗(yàn)機(jī)的接地匯流條或相應(yīng)電源的輸出負(fù)端連接，保證各環(huán)節(jié)的接地阻抗?jié)M足要求，確保接地可靠。

3.4 靜電干擾的防護(hù)措施

1）做好改裝加裝電氣線路和設(shè)備的絕緣，防止在其間發(fā)生靜電放電。

2）針對(duì)敏感傳感器和設(shè)備及其信號(hào)線路做好屏蔽和屏蔽的接地，防止靜電積累。

3）在裝機(jī)設(shè)備的選型和研制過程中，增加其輸入／輸出端口的隔離、濾波等性能要求，增強(qiáng)設(shè)備自身的靜電防護(hù)能力。

4 結(jié) 語

飛機(jī)改裝過程中，有關(guān)電磁兼容的設(shè)計(jì)和施工是直接關(guān)系到改裝加裝設(shè)備／系統(tǒng)工作性能的重要工作，它涉及的環(huán)節(jié)多，影響的因素多，且需要較高的經(jīng)濟(jì)投入。由于當(dāng)前我院尚不具備對(duì)試驗(yàn)機(jī)電磁兼容性能進(jìn)行定量綜合檢測(cè)和評(píng)估的能力，所以在飛機(jī)改裝的設(shè)計(jì)施工中存在著電氣元件選型較為保守、部分改裝電氣施工缺少成熟工藝和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、改裝成本不易控制等問題。面對(duì)未來新型試驗(yàn)機(jī)上日趨復(fù)雜的電磁環(huán)境，我們需要大力學(xué)習(xí)和借鑒國內(nèi)外飛機(jī)設(shè)計(jì)制造中先進(jìn)的電磁兼容防護(hù)技術(shù)，并且在實(shí)踐中不斷地進(jìn)行探索、總結(jié)和完善。

［1］ 白云同，呂曉德.電磁兼容設(shè)計(jì)［M］.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2001.

［2］ 齊興昌，宋祖勛.復(fù)雜電磁環(huán)境中電磁干擾現(xiàn)象分析與解決措施［J］.華北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，2（1）：81-83.

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1008-1542（2011）07-0218-03

2011-06-20；責(zé)任編輯:馮 民

張 焰（1973-），男，遼寧大連人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事試驗(yàn)機(jī)加改裝電氣設(shè)計(jì)方面的工作。