無人機用汽油機的火花脈沖干擾的應(yīng)對方法初探

【摘要】無人機活塞發(fā)動機工作時將產(chǎn)生很強的電磁干擾，如果遙控接收機不采取干擾抑制措施將嚴(yán)重影響正常的通信。通過分析發(fā)動機火花塞電磁干擾產(chǎn)生的機理，提出了一種寬帶抑制電磁干擾的接收機實現(xiàn)方案。

【關(guān)鍵詞】火花塞；電磁干擾；脈沖響應(yīng)

1.引言

無人機發(fā)動機活塞點火時需要高達(dá)10000V左右的電壓，高壓點火線會向外輻射強電磁干擾。據(jù)測量點火裝置在10m范圍內(nèi)產(chǎn)生的場強約為10000μV/m，相應(yīng)的電磁干擾頻譜分布在150kHz～1GHz，是幾十兆至幾百兆機載無線通信的主要干擾源，如果不采取干擾抑制措施，在小信號時將影響遙控接收機的數(shù)據(jù)正確解調(diào)。情況嚴(yán)重時，如果不采用糾錯編碼，將導(dǎo)致接收機的靈敏度下降幾十個dB。目前國內(nèi)外針對火花塞點火系統(tǒng)中電磁干擾機理和抑制措施都有研究和報道，但電磁干擾抑制措施基本上都是針對發(fā)動機的，包括增大火花塞內(nèi)置電阻阻值并減小其于放電電極之間的距離，縮小高壓點火線的尺寸并加強屏蔽措施?；鸹ǜ蓴_在低頻段輻射的強度很大，即使采取上述措施后，仍然會有大量的低頻干擾進(jìn)入接收機。

2.脈沖干擾產(chǎn)生的原因

電磁干擾源分為自然界和人為兩種。自然

界的電磁干擾主要是雷擊產(chǎn)生的大氣噪聲（<10MHz）和宇宙射線、太陽射線引起的大氣噪聲（>10MHz）。人為電磁干擾源分為有意和無意兩種，前者是指那些必須發(fā)射電磁波的電子設(shè)備，如調(diào)頻波、調(diào)幅波、電視、廣播發(fā)射機以及雷達(dá)和移動無線通訊機等；后者是指那些工作時產(chǎn)生無用的電磁干擾信號的電子設(shè)備，如計算機設(shè)備、繼電器、開關(guān)、熒光照明燈、電弧焊機以及點火裝置等。

從高壓的產(chǎn)生、傳送到火花塞每個環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生輻射，同時輻射脈沖信號的頻譜是非常豐富的（頻率覆蓋范圍很廣，可以從幾十KHz～上千MHz，從中波收音機到超短波電臺都能收到這個干擾信號）。

雖然飛機選用了金屬盒的CDI、帶電阻的火花塞、“屏蔽”高壓線，但也只是部分削弱了輻射的能量，并沒有把輻射減至最少或完全消除；我們同時也需要考慮CDI制造廠家的技術(shù)實力、成本控制、濾波電路的設(shè)計問題，還有不可忽 視通過CDI電源線竄出的脈沖信號。

3.預(yù)防措施

弄清了脈沖干擾的形成原因，我們就可以采取一些措施有效的減小和防止其對遙控系統(tǒng)的干擾。

3.1 要重新屏蔽高壓線

（1）下面先簡單的介紹微波理論中的基本傳輸線原理

用于本文無人機用汽油機電磁干擾的形成過程，大家不要以為飛機已經(jīng)使用了高壓屏蔽線，或者我們自己簡單在外層纏繞鋁箔紙就能屏蔽高壓線上的輻射（這部分的輻射最大），其實采用單芯屏蔽高壓線或自己簡單的纏繞鋁箔紙的方法，恰恰使該結(jié)構(gòu)不盡意間成了輻射源的輻射天線（盡管輻射的強度根據(jù)頻譜不同有強有弱）。因為它違背了高頻電路的輻射特性。正確的做法是屏蔽層上不能讓它傳輸電流，即只能一端接“地”，這是因為電流通過導(dǎo)線會產(chǎn)生磁場；變化的磁場產(chǎn)生變化的電場。因此，我們應(yīng)該去采取下列措施：在原“屏蔽層”，也就是高壓線金屬網(wǎng)外先加一層絕緣層，然后再用鋁箔紙纏繞，這里，纏繞的鋁箔紙一端需接CDI的金屬外殼，這樣就能使這段高壓線幾乎不產(chǎn)生輻射。

（2）選用PCM編碼制式的接收機

首先，PCM在編碼時有檢錯和糾錯的功能。其次，可以選用選二次變頻的接收機。使用二次變頻接收機的好處是，二次變頻接收機第一中頻有晶體窄帶濾波器，其抗干擾能力要強于一次變頻的接收機，如Futeba的128DP、149DP、309DPS。

在這里，大家要切記：接收機使用時一定要遠(yuǎn)離CDI系統(tǒng)，包括CDI電池和開關(guān)，這時接收機采取屏蔽是沒用的。我們做過實驗：在45CC汽油機的飛機上分別裝了一次變頻的PCM接收機137P和二次變頻的PPM編碼的接收機168DF，137P的在地面使用基本滿足要求，但是在空中當(dāng)汽油機油門開到最大時，雖然我們設(shè)定了PCM失效保護(hù)，但是還是不時出現(xiàn)失控狀態(tài)；而使用168DF時，在地面油門開到最大時，控制舵面就出現(xiàn)時有時無的情況。

（3）將遙控器的PCM失效保護(hù)設(shè)置打開

一般情況下，將遙控器的發(fā)射機PCM失效保護(hù)功能設(shè)置為二種：一是用戶設(shè)定模式，當(dāng)接收機受到干擾時，接收機自動將舵機恢復(fù)到用戶事先設(shè)定的位置。這是因為，在我們設(shè)置好遙控器的同時，數(shù)據(jù)就已經(jīng)被存儲在PCM接收機CPU中EEROM里了。當(dāng)我們需要這種模式時，就做如下設(shè)置：將方向舵歸中、油門打到最小、帶點上舵、副翼改平。這里根據(jù)飛機不同，舵量有所改變。這樣做的好處是：如果飛機在空中受到干擾，就可將損失和對地面人員的危險減至最低；如果干擾是發(fā)生在汽油機大油門狀態(tài)時，一般可在1秒左右時間恢復(fù)。二是當(dāng)接收機受到干擾，飛機收不到PCM編碼中的同步信號時，可以保持最后有效指令狀態(tài)。這也是大部分遙控器的默認(rèn)設(shè)置。

（4）盡可能選用金屬殼的CDI

如果塑料殼CDI的內(nèi)部沒有屏蔽DE的話，我們就要采取下面的外部屏蔽措施：

第一，CDI盡量放在第一艙，置于機頭，遠(yuǎn)離接收機。這是因為，輻射信號隨距離增加，衰減的很快；

第二，CDI開關(guān)和電池也要盡量裝在飛機前部；

第三，CDI的電源引線在根部要穿高頻磁環(huán)（幾圈）；

第四，每次飛行前要認(rèn)真的檢查CDI的高壓嘴與火花塞是否配套，檢查是否插緊。

（5）處理油門舵機

第一，油門舵機一般要盡量靠近汽油機，與化油器的連桿不要使用整根金屬連桿，中間一段可用木桿代替；

第二，舵機與接收機的引線要穿高頻磁環(huán)幾圈。這是因為舵機的接口電路大都是高阻抗設(shè)計，為減少接收機里CPU輸出給舵機控制信號的驅(qū)動負(fù)載，可以防止感應(yīng)的脈沖干擾信號通過舵機引線傳到接收機里。由于汽油機的機體都較長，舵機引線較長，甚至為防止其他舵機長引線竄回接收機里（有可能感應(yīng)到輻射脈沖的干擾，對系統(tǒng)產(chǎn)生干擾）所有的舵機引線盡可能的穿幾圈高頻磁環(huán)；電源開關(guān)進(jìn)接收機的引線也要做相同的處理。

4.結(jié)束語

這五項改進(jìn)措施，可將汽油機的火花脈沖干擾減至最低。本文歸納的是我們在日常飛行實踐中的一些辦法，相信大家會總結(jié)出更好更實用的措施，如果能起到拋磚引玉的作用，也是筆者的欣慰。

參考文獻(xiàn)

[1]顧誦芬.飛機總體設(shè)計[M].北京航空航天大學(xué)出版社， 2008.

[2]黃鑫.脈沖噴氣發(fā)動機的性能測量[J].2009，7.

[3]陶梅貞主編.現(xiàn)代飛機結(jié)構(gòu)綜合設(shè)計[M].西北工業(yè)大學(xué)出版社，2001.

作者簡介：劉賢明（1982-），男，安徽合肥人，高級工，主要從事浮空球體制造過程分析與浮空器放飛研究。