波音787光纖應(yīng)用及維護(hù)淺析

申天海

摘要：波音787飛機(jī)上除了安裝許多先進(jìn)的航空電子設(shè)備外，還采用了大量光纖來傳輸信號。本文介紹了光纖在波音787飛機(jī)上的應(yīng)用情況，分析了光纖的維護(hù)方法，并對維護(hù)工作提出一些建議和注意事項。

關(guān)鍵詞：光纖；航線可換件；終端；光損耗

0引言

在波音787飛機(jī)上，波音公司首次運用光纖來傳輸飛機(jī)上的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。例如，波音787飛機(jī)采用了公共核心系統(tǒng)（CCS）這種全新的航電系統(tǒng)架構(gòu)，該系統(tǒng)使用了基于ARINC664標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)傳輸模式，采用ARINC664標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率最高可達(dá)lOOMbps，如此高的數(shù)據(jù)傳輸速率以及巨大的數(shù)據(jù)量正是依靠光纖這一傳輸載體完成的。為保證這些系統(tǒng)能快速準(zhǔn)確地傳輸數(shù)據(jù)，光纖的維護(hù)非常重要。

1 光纖傳輸原理

光纖通信是指以光纖傳輸線取代傳統(tǒng)導(dǎo)線的通信方式，即利用光波載送信息實現(xiàn)通信，其中關(guān)鍵環(huán)節(jié)是光纖技術(shù)的應(yīng)用。

光纖是一種由玻璃或塑料做成的、可以導(dǎo)引光的管子，是一種光波波導(dǎo)。光纖主要由兩種折射率不同的材料構(gòu)成，折射率較大的材料在中心，稱為纖芯，折射率較小的材料在外表，稱為包層（見圖1）。

由于纖芯折射率大于包層的折射率，且兩者呈階躍型變化，根據(jù)光學(xué)的折射定律，平行于橫軸的光線和入射角大于臨界角的光線才能在光纖中以直射和全反射的原理進(jìn)行傳播（見圖2），數(shù)字信號也因此可以通過光波在光纖中傳輸。

2 光纖在波音787飛機(jī)上的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用情況

相比于電信領(lǐng)域，波音787飛機(jī)的光纖系統(tǒng)有以下特點：可以雙向傳輸信號；傳輸距離短且沒有放大器；光纖的強(qiáng)度非常高。

波音787飛機(jī)采用大量光纖來連接不同系統(tǒng)，傳輸重要數(shù)據(jù)。在飛機(jī)上，光纖系統(tǒng)包含110個連接，這些連接又分成348個獨立的段（一個連接點到另一連接點稱為段），最長的一段安裝在娛樂系統(tǒng)（IFE）中，長34.75m；最短一段在整體監(jiān)視系統(tǒng)（ISS）中，長33.02cm，光纖長度總計1714.2m。系統(tǒng)中還含有209個連接器，這些連接器共有7種類型。

波音787飛機(jī)上光纖主要分布在以下系統(tǒng)中：飛行內(nèi)話系統(tǒng)，娛樂系統(tǒng)，飛行數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，主飛行顯示系統(tǒng)，整體監(jiān)視系統(tǒng)，公共核心系統(tǒng)，客艙系統(tǒng)，電子飛行包和核心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。具體使用光纖的航線可換件（LRU）包括：公共計算資源柜（CCR），圖像產(chǎn)生模塊（GGM），光纖信號轉(zhuǎn)換組件（FOX），音頻控制板（ACP），音頻接口組件（AGU），飛行數(shù)據(jù)記錄器（FDR），整體監(jiān)視組件（ISS），ARrNC664遙控開關(guān)（ARS），電子飛行包組件（EFB EU），網(wǎng)絡(luò)接口組件（NIM）和平視組件（HDD）等。每個系統(tǒng)使用光纖的比例取決于每個系統(tǒng)中段的數(shù)量，顯示系統(tǒng)光纖的數(shù)量占總量的29%，公共核心系統(tǒng)占21%，客艙系統(tǒng)占17%，通信系統(tǒng)占16%，整體監(jiān)視系統(tǒng)占7%，電子飛行包占6%，飛行數(shù)據(jù)記錄器占4%。

在一些系統(tǒng)中，連接LRU的光纖傳輸關(guān)鍵數(shù)據(jù)以便這些系統(tǒng)能正常運行。如果這部分光纖損壞導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，系統(tǒng)就會產(chǎn)生相應(yīng)的維護(hù)信息，根據(jù)這些維護(hù)信息可以快速進(jìn)行故障隔離。光纖信息見表1。

波音787飛機(jī)采用大量光纖帶來的好處除了能增大帶寬、傳輸更多數(shù)據(jù)和減少信號損失外，與傳統(tǒng)導(dǎo)線相比還有以下優(yōu)點：連接器數(shù)量是原來的二分之一，光纖用量是原來的三分之一；同樣帶寬下光纖重量是原來的十分之一；還可以消除傳統(tǒng)導(dǎo)線工作時帶來的電磁干擾問題。

2.2 光纖的識別

每根光纖都有特定長度，并標(biāo)記有波音公司的標(biāo)準(zhǔn)件號，其中標(biāo)有波音標(biāo)準(zhǔn)件號BACC69C的光纖在波音787飛機(jī)上應(yīng)用最廣泛，是一種加強(qiáng)型的光纖（見圖3）。

在波音787飛機(jī)上也有少量件號為BACC69A的光纖，這是一種非加強(qiáng)型光纖，其特點是沒有特殊的保護(hù)層，直徑比BACC69C型的要細(xì)，適用于傳輸距離較短的情況，主要在整體監(jiān)視系統(tǒng)中使用。

光纖安裝在飛機(jī)上后，除了件號外還要有線號來標(biāo)識，線號標(biāo)記在光纖末端的熱縮管上（見圖4），這種標(biāo)記主要是為了維護(hù)人員檢查線路和排除故障時辨認(rèn)光纖之用。

3 光纖的維護(hù)

光纖如果被污染或損壞將無法傳輸光信號，因此日常維護(hù)中應(yīng)對光纖進(jìn)行著重檢查，避免因光纖問題導(dǎo)致飛機(jī)重要系統(tǒng)失效。光纖是通過連接器與LRU或其他光纖連接的，光纖終端和連接器如圖5所示。在這些連接點處光纖終端最容易被損壞和污染，從而抑制光的傳輸甚至引起LRU的損壞，因此在維護(hù)或更換LRU時應(yīng)當(dāng)特別檢查光纖的物理連接位置，保證其終端干凈、無雜質(zhì)和無損傷（見圖6）。

由于光纖的材料、結(jié)構(gòu)和原理都與傳統(tǒng)導(dǎo)線有很大區(qū)別，因此光纖的檢查方法和檢查重點都與以往不同。波音787飛機(jī)光纖的檢查主要分為目視檢查和光損耗檢查。

3.1 目視檢查

目視檢查主要是檢查光纖的終端面是否損壞或被其他雜質(zhì)污染，需要借助專業(yè)的視頻檢查設(shè)備將終端面放大并顯示出來，以便對其進(jìn)行詳細(xì)的檢查（見圖7）。

光纖的終端面分成4個區(qū)域，分別是纖芯、包層、樹脂層和陶瓷層（見圖8），終端面的損傷類型有凹陷、裂紋和劃痕。應(yīng)針對不同區(qū)域內(nèi)不同類型的損傷進(jìn)行仔細(xì)分析，如發(fā)現(xiàn)超出手冊允許的極限必須更換光纖。對于凹陷，在纖芯區(qū)域凹陷不能超過區(qū)域面積的5%（見圖9），在包層區(qū)域凹陷不能超過10%；對于裂紋，4個區(qū)域內(nèi)都不能有任何裂紋；對于劃痕，在纖芯區(qū)域不能有超過3μm寬的劃痕，在包層區(qū)域不能有超過6μm寬的劃痕。終端面的污染分為可去除類型和不可去除類型，也需按照手冊的要求進(jìn)行評估，如果超出極限需清潔或更換。

3.2 光損耗檢查

光損耗是指光信號沿光纖傳輸時由于各種原因引起的光功率的衰減。光損耗是光纖傳輸?shù)闹匾笜?biāo)，是判斷光纖傳輸質(zhì)量和是否需要更換的重要依據(jù)。光損耗檢查不僅適用對終端面的檢查，同時也可對光纖整體是否有斷點這種隱蔽型故障進(jìn)行檢查。波音787飛機(jī)光損耗檢查需使用的設(shè)備有光源、光功率計、連接盒及相關(guān)適配器等。光損耗檢查的連接方法如圖10所示。

光損耗檢查需要注意：檢查前要確保被測光纖的終端面及各連接器的接口保持清潔；光源要選擇波長為850nm的信號；要對被測光纖的雙方向都進(jìn)行光損耗檢查；根據(jù)手冊對結(jié)果進(jìn)行評估，雙向光損耗的極限不能超過2dB。

4 光纖維護(hù)建議

波音787飛機(jī)的航電系統(tǒng)有許多新特點，數(shù)據(jù)傳輸更加網(wǎng)絡(luò)化和光纖化，為了應(yīng)對光纖線路方面的新變化，減少光纖線路的故障，提高維護(hù)效率，保障飛機(jī)安全，在維護(hù)工作中應(yīng)注意以下幾點：

1）維護(hù)人員應(yīng)當(dāng)進(jìn)行有針對性的培訓(xùn)，充分理解光纖結(jié)構(gòu)及其傳輸原理與傳統(tǒng)的導(dǎo)線有很大區(qū)別，掌握光纖線路標(biāo)準(zhǔn)施工的基本技能和方法。

2）要了解光纖在波音787飛機(jī)上的使用和分布情況，在工作中可以有的放矢，對重點區(qū)域和重要設(shè)備仔細(xì)檢查，提高維護(hù)的準(zhǔn)確度和效率。

3）光纖終端面的損傷和污染是光纖故障的主要原因之一，而空氣中的顆粒不僅能擦傷終端面還能吸收光造成信號損失，因此在維護(hù)工作中應(yīng)及時采用防塵蓋或其他防護(hù)措施保護(hù)終端和連接器。

4）由于光纖材料本身易折斷，同時光在光纖中傳輸時若光纖彎曲半徑過小將不能全反射，因此在維護(hù)和安裝中要特別注意光纖的最小彎曲半徑，防止性能降低和光纖損壞。前述提到的BACC69C型和BACC69A型單根光纖最小彎曲半徑分別是2.79cm和1.90cm。

5）維護(hù)人員應(yīng)正確、熟練掌握光纖檢查和測試儀器的使用方法，由于連接器的類型繁多，在操作中需注意連接器、適配器等設(shè)備的接口是否匹配。