特種飛機(jī)結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)方法探索

鐘濤++譚一鳴++宋云霞

摘 要：介紹了現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)軍用特種飛機(jī)的作戰(zhàn)電磁環(huán)境。分析了復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)軍用特種飛機(jī)的影響機(jī)理和效應(yīng)。研究了機(jī)體結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)的措施和方法。并在最后強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)的重要性和可行性。

關(guān)鍵詞：電磁干擾 電磁脈沖 電磁波 結(jié)構(gòu)電磁防護(hù) 耦合 屏蔽

中圖分類(lèi)號(hào)：V267 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）04（b）-0046-02

在近幾場(chǎng)高技術(shù)局部戰(zhàn)爭(zhēng)中，電磁對(duì)抗已經(jīng)成為非接觸戰(zhàn)爭(zhēng)的標(biāo)志和主要攻擊手段之一，甚至將高能電磁脈沖武器運(yùn)用于戰(zhàn)場(chǎng)，對(duì)指揮電子系統(tǒng)、人員和飛行器具有極大的威脅，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境十分復(fù)雜。隨著新戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的出現(xiàn)、戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)的要求提高和越來(lái)越多大功率電子對(duì)抗、偵測(cè)、指揮設(shè)備安裝在飛機(jī)上，我方、敵方、環(huán)境方不同頻率和能量級(jí)別的電磁波、電磁輻射及電磁脈沖將大規(guī)模充斥在戰(zhàn)場(chǎng)中。

軍用特種飛機(jī)在戰(zhàn)場(chǎng)上主要從事電子偵察、電子干擾、指揮控制等任務(wù)，不僅自身電磁環(huán)境復(fù)雜，且易受其他作戰(zhàn)單位的電磁干擾和攻擊。為保護(hù)機(jī)內(nèi)人員、設(shè)備、軍械和燃油等的安全，一套結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)方法以適應(yīng)這種環(huán)境成為當(dāng)務(wù)之急。

1 復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)特種飛機(jī)的影響機(jī)理

飛機(jī)結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)主要針對(duì)的是輻射傳輸形式的電磁干擾（EMI）和電磁脈沖（EMP）；

輻射傳輸形式的電磁干擾能量按電磁場(chǎng)的規(guī)律向周?chē)臻g發(fā)射，耦合途徑十分復(fù)雜，多種途徑的耦合同時(shí)存在，反復(fù)交叉耦合，共同產(chǎn)生干擾，才使電磁干擾變得難以控制。

電磁脈沖在裸露的導(dǎo)電體（例如裸露的電線、印刷電路板的印制線）上急劇產(chǎn)生數(shù)千伏的瞬變電壓，對(duì)大量電子設(shè)備造成無(wú)法挽回的損壞。

同時(shí)大能量的電磁波可能引起機(jī)內(nèi)燃油爆燃，造成機(jī)毀人亡的嚴(yán)重后果；同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間高功率、大能量的電磁波對(duì)機(jī)內(nèi)人員存在較大影響，對(duì)身體用一定的傷害，可能造成長(zhǎng)期的損傷。

所以特種飛機(jī)結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)對(duì)于飛機(jī)作戰(zhàn)效能的充分發(fā)揮，飛機(jī)的飛行安全和乘員的身體健康都具有巨大的意義。

2 特種飛機(jī)結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)的基本原理和功能

電磁屏蔽體對(duì)電磁波的衰減作用主要取決于對(duì)電磁波的反射和吸收作用。反射和吸收作用都應(yīng)基于連續(xù)導(dǎo)電界面上，具體到飛機(jī)結(jié)構(gòu)上就是對(duì)機(jī)體上不可避免的縫隙、孔洞和穿過(guò)機(jī)身防護(hù)區(qū)域的各種導(dǎo)體等易產(chǎn)生電磁泄漏的重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的結(jié)構(gòu)形式上的電磁防護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

飛機(jī)結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)具體可定義為利用連續(xù)導(dǎo)電材料減少電磁場(chǎng)向機(jī)體內(nèi)指定區(qū)域穿透，控制電磁波由輻射源經(jīng)泄漏途徑向飛機(jī)各指定艙室傳導(dǎo)和輻射傳播。

而電磁脈沖本質(zhì)是一種大能量大功率的電磁波，能損傷大部分頻率范圍的電子元器件和人員，機(jī)體結(jié)構(gòu)層面上防護(hù)電磁脈沖的辦法就是電磁屏蔽。通過(guò)屏蔽方法使電磁脈沖的磁場(chǎng)和電場(chǎng)都產(chǎn)生衰減；機(jī)內(nèi)安裝電子設(shè)備電搭接在金屬機(jī)體上，在空中飛行的飛行器機(jī)體無(wú)法有效接地，只能通過(guò)高電磁屏蔽效能來(lái)對(duì)電磁脈沖進(jìn)行防護(hù)。

3 特種飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)的措施和方法

機(jī)體結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)的方法根據(jù)具體結(jié)構(gòu)形式的不同分為許多種，但基本遵循三個(gè)基本原則，分別是：

保持屏蔽界面上結(jié)構(gòu)體的導(dǎo)電連續(xù)性；

不允許有直接穿過(guò)屏蔽區(qū)域結(jié)構(gòu)體的無(wú)屏蔽導(dǎo)體；

不影響結(jié)構(gòu)完整性和結(jié)構(gòu)功能的實(shí)現(xiàn)。

特種飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)中電磁防護(hù)區(qū)域中主要電磁波泄漏部分為各種口蓋搭接處、間隙搭接、電介質(zhì)結(jié)構(gòu)部件、通風(fēng)口和均壓孔等。

（1）非承力口蓋包括無(wú)間隙和口蓋2類(lèi)；

其中一類(lèi)無(wú)間隙搭接口蓋主要使用在機(jī)體無(wú)水密和氣密要求的區(qū)域，口蓋和機(jī)體之間是直接的金屬接觸，依靠口蓋和機(jī)體搭接金屬部分接觸，接觸寬度大于25 mm，保證完整的電搭接要求；

實(shí)際工程實(shí)踐中往往是口蓋和機(jī)體剛性不一致，使用中變形不均勻，導(dǎo)致口蓋和機(jī)體不能完全接觸，就需要控制口蓋和機(jī)體連接件的數(shù)量和間距，在保證口蓋使用要求的前提下，盡量多的使用緊固件，緊固件間距不大于30 mm；

同時(shí)機(jī)體抗腐蝕要求零件表面需陽(yáng)極化處理并涂覆聚氨酯底漆；經(jīng)過(guò)對(duì)模擬結(jié)構(gòu)件的褪漆和涂漆對(duì)比表明單層聚氨酯底漆對(duì)屏蔽效能影響不大，褪漆比涂漆的情況屏蔽效能大5～6 dB，所以多數(shù)情況下可以不褪漆使用；

另一類(lèi)有間隙搭接口蓋主要用于水密要求的機(jī)體部位；這類(lèi)口蓋結(jié)構(gòu)需要在口蓋和機(jī)體之間增加密封材料，達(dá)到電磁防護(hù)的效果，這層密封材料必須是導(dǎo)電的，增加導(dǎo)電密封橡膠或?qū)щ娨r墊是常用的方法；由于口蓋不承力，所以導(dǎo)電密封材料只要求將口蓋縫隙填實(shí)即可，主要考慮的不是導(dǎo)電密封材料物理性能，而是考慮材料的導(dǎo)電性能。

（2）承力口蓋是在機(jī)體結(jié)構(gòu)中氣密線處設(shè)置的功能性口蓋；此類(lèi)口蓋主要是承受氣密載荷的作用，要達(dá)到密封和電磁防護(hù)一體化設(shè)計(jì)，必須考慮導(dǎo)電密封材料的物理性能；增加導(dǎo)電密封橡膠或?qū)щ娒芊庖r墊也是常用的方法；

承力口蓋處使用的導(dǎo)電橡膠或?qū)щ娒芊庖r墊都是需要一定的壓縮量才能起到密封和導(dǎo)電的雙重效果；壓縮量的確定是實(shí)現(xiàn)電磁防護(hù)與結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。壓縮量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致橡膠感覺(jué)“軟”，雖然屏蔽效能較好，但是密封效果太差，結(jié)構(gòu)功能性不好；壓縮量過(guò)小導(dǎo)致橡膠感覺(jué)“硬”，這樣屏蔽效能較差，同時(shí)口蓋開(kāi)關(guān)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，功能性和可靠性差，容易剝落。

要達(dá)到密封效果和結(jié)構(gòu)功能性都較好的目的，壓縮量應(yīng)控制在一個(gè)合適的范圍內(nèi)。根據(jù)工程實(shí)踐，以一般使用的硅橡膠為例，導(dǎo)電橡膠襯墊（平板）的高度壓縮量控制在10%～15%之間為宜；成型橡膠型材的高度壓縮量控制在25%～45%之間為宜；具體應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)廠商橡膠材料和生產(chǎn)工藝通過(guò)實(shí)驗(yàn)找到最佳壓縮量。

（3）間隙搭接部位，以搭接縫的間隙大小分為2種電磁防護(hù)設(shè)計(jì)。

搭接縫隙寬度0-2 mm可定義為小搭縫搭接；這類(lèi)搭接部位一般面積比較大，使用涂導(dǎo)電膠或?qū)щ娔佔(zhàn)拥姆椒▽?shí)現(xiàn)電磁防護(hù)，導(dǎo)電膠或?qū)щ娔佔(zhàn)右笸扛苍诒淮罱颖砻?，防止在裝配過(guò)程中出現(xiàn)脫落的情況，影響電磁防護(hù)性能。endprint

導(dǎo)電膠適用于填充小于1 mm的搭縫，導(dǎo)電膩?zhàn)舆m用于填充1～2 mm的搭縫；由于大面積使用導(dǎo)電膩?zhàn)踊驅(qū)щ娔z對(duì)接觸表面要求高，所以在填充導(dǎo)電物之前應(yīng)對(duì)粘接面和接觸面進(jìn)行處理，具體應(yīng)完全褪除漆層并使用240#以上的砂紙打磨光滑，用丙酮等溶劑清洗表面后自然干燥，干燥過(guò)程需進(jìn)行保護(hù)，防止二次污染；這樣使導(dǎo)電物與搭接面金屬層充分完全接觸，形成完整的電連續(xù)通路，可靠防止危害電磁波的進(jìn)入。

搭接縫隙寬度大于2 mm可定義為大搭縫搭接部位；但搭接縫尺寸不允許過(guò)大，過(guò)大的縫隙進(jìn)行電磁防護(hù)設(shè)計(jì)效果很差，是沒(méi)有意義的；

大搭縫搭接一般設(shè)置專(zhuān)門(mén)的屏蔽輔助結(jié)構(gòu)（如壓條、搭接型材）用于安裝屏蔽材料；由于縫隙尺寸相對(duì)較大，一般選用空心導(dǎo)電橡膠管或空心填充導(dǎo)電襯墊作為屏蔽搭接材料，截面形狀一般采用“P”型或“B”型，需要采用機(jī)械連接方式固定在屏蔽輔助結(jié)構(gòu)上；搭接表面需要進(jìn)行一定的處理，處理方法與小搭縫搭接相同。

（4）電介質(zhì)結(jié)構(gòu)部件一般是指電阻率超過(guò)10 Ω/cm的絕緣材料；機(jī)體結(jié)構(gòu)中通常的電介質(zhì)是玻璃、玻璃鋼面層復(fù)合材料板。

機(jī)體結(jié)構(gòu)中玻璃運(yùn)用于各種表面部位，要求破損安全設(shè)計(jì)，通常為雙層結(jié)構(gòu)，電磁防護(hù)一般在雙層玻璃之間，既外層玻璃內(nèi)層和內(nèi)層玻璃外層復(fù)合導(dǎo)電材料，并外伸與固定金屬結(jié)構(gòu)充分搭接，搭接寬度要求大于15 mm。

機(jī)體結(jié)構(gòu)運(yùn)用的玻璃包括硅酸鹽玻璃和有機(jī)玻璃。對(duì)于硅酸鹽玻璃由于軟化溫度很高，一般選用噴鍍IT0導(dǎo)電屏蔽膜作為防護(hù)界面；航空有機(jī)玻璃由于耐用溫度較低，不能高溫噴鍍導(dǎo)電膜，一般選用在雙層玻璃之間膠合一定厚度的屏蔽金屬絲網(wǎng)，形成屏蔽界面。

玻璃鋼面層復(fù)合材料板一般使用在機(jī)體內(nèi)部，作為隔框時(shí)用作電磁防護(hù)界面時(shí)；主要采用在面板的電磁波入射面安裝金屬屏蔽板或粘接屏蔽導(dǎo)電紙，通過(guò)和金屬骨架的充分連接與機(jī)身形成電連續(xù)；金屬骨架和屏蔽物連接面應(yīng)褪除氧化層，不允許涂縫內(nèi)膠。

（5）由于飛機(jī)中設(shè)備通風(fēng)和氣壓平衡的要求，機(jī)體結(jié)構(gòu)中存在通風(fēng)口和均壓孔；這2種孔縫對(duì)于電磁防護(hù)是非常不利的，需要進(jìn)行封堵，同時(shí)又不能影響它的功能，一般是在孔口安裝金屬絲網(wǎng)或金屬蜂窩波導(dǎo)通風(fēng)板：其中金屬絲網(wǎng)只適用于入射電磁波頻率小于1GHz的環(huán)境中，超過(guò)范圍頻率越高屏蔽效能越差；金屬蜂窩波導(dǎo)通風(fēng)板對(duì)高頻率電磁波具有可靠的屏蔽效能，但對(duì)小于1GHz的電磁波屏蔽能力較差。

4 特種飛機(jī)結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)的重要性和可行性

特種飛機(jī)結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)，是針對(duì)電子戰(zhàn)飛機(jī)或未來(lái)的作戰(zhàn)飛機(jī)在復(fù)雜電磁環(huán)境下甚至電磁脈沖武器攻擊下保護(hù)人員安全、設(shè)備安全、燃油安全、電子設(shè)備的兼容性而采取的一系列措施；為特種飛機(jī)提供安全的電磁環(huán)境，為人員、設(shè)備、燃油提供安全保障。

隨著電子戰(zhàn)技術(shù)和高能電磁武器的快速發(fā)展的今天，結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)已顯現(xiàn)出異常重要的地位，是重要的安全保障，是飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和新機(jī)研制最重要的組成部分之一，具有廣泛的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。

特種飛機(jī)電磁防護(hù)技術(shù)在機(jī)體結(jié)構(gòu)本身想辦法、找措施，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)與電磁防護(hù)設(shè)計(jì)一體化，相對(duì)于單純?cè)陔娮臃椒ㄔ诠こ踢\(yùn)用上成本低廉，應(yīng)用范圍廣泛，使用方法簡(jiǎn)單；可大規(guī)模運(yùn)用在現(xiàn)役飛機(jī)的改裝，提高軍用特種飛機(jī)整體性能。

參考文獻(xiàn)

[1] 路宏敏，余志勇，李萬(wàn)玉.工程電磁兼容第[M].2版.西安電子科技大學(xué)出版社，2010-09.endprint