淺談飛機電傳飛控系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計

沈金玲

摘要：簡要介紹了電傳飛控系統(tǒng)所處的電磁環(huán)境，詳細介紹了電傳飛控系統(tǒng)預(yù)防電磁干擾可以采取的一些措施，以使系統(tǒng)滿足GJB及CCAR-25-R4中對電磁兼容的要求，同時為其他機型電傳飛控系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計提供一定參考。

關(guān)鍵詞：FCS 電磁兼容（EMC） 電磁干擾

1 引言

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展以及飛機飛行高度、速度的不斷提高，傳統(tǒng)機械式操縱系統(tǒng)逐漸被電傳飛控系統(tǒng)取代。與傳統(tǒng)機械式操縱系統(tǒng)不同，電傳飛控系統(tǒng)將采集的駕駛員輸入指令轉(zhuǎn)換成電信號后經(jīng)過系統(tǒng)控制律的解算再輸出給舵面伺服作動系統(tǒng)，驅(qū)動舵面按照指令要求偏轉(zhuǎn)。由于電傳飛控系統(tǒng)采取的是電信號控制，控制信號極易受到來自系統(tǒng)內(nèi)部或外部產(chǎn)生的電磁干擾影響，干擾嚴(yán)重時會導(dǎo)致設(shè)備失效或系統(tǒng)失效，進而引發(fā)嚴(yán)重的事故，因此電傳飛控系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計顯得尤其重要。

2 電磁兼容相關(guān)術(shù)語及其含義

系統(tǒng)：由兩個或兩個以上設(shè)備或分系統(tǒng)組成，具有特定結(jié)構(gòu)和功能的有機整體。

電磁兼容：設(shè)備（系統(tǒng)、分系統(tǒng)）在共同的電磁環(huán)境中共存且互不影響。

電磁騷擾：能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低的電磁現(xiàn)象。

電磁干擾：電磁騷擾引起的設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。

3 電傳飛控系統(tǒng)所處電磁環(huán)境分析

根據(jù)飛機的運行環(huán)境，電傳飛控系統(tǒng)的干擾包括飛機外部干擾及飛機內(nèi)部電磁環(huán)境干擾。外部干擾主要來自飛行時遇到的各種自然現(xiàn)象，以及人工修建的高強度無線電發(fā)射機;飛機內(nèi)部電磁環(huán)境干擾主要來自沿導(dǎo)線傳輸?shù)碾姶鸥蓴_、電子設(shè)備之間的電磁干擾以及繼電器、開關(guān)等電氣設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾等。

干擾源必須通過某種傳播途徑才能到達受干擾設(shè)備，傳播的途徑主要是導(dǎo)線的傳導(dǎo)輻射和空間輻射。根據(jù)波音公司的統(tǒng)計資料，飛機上發(fā)生的所有電磁干擾中，有6成是通過導(dǎo)線耦合的，2成是由電磁輻射激勵的，剩下的是由地線、電流等耦合產(chǎn)生的。

4 電傳飛控系統(tǒng)電磁兼容性設(shè)計分析

電傳飛控系統(tǒng)是飛機的神經(jīng)系統(tǒng)，控制飛機達到各種運動效果，完成飛行任務(wù)，是飛機非常重要的組成部分。因此必須進行電磁兼容設(shè)計，良好的電磁兼容設(shè)計可以提升系統(tǒng)的抗干擾性，且不會對其他用電設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，才能在預(yù)期的電磁環(huán)境中實現(xiàn)電磁兼容。根據(jù)CCAR-25-R4要求，系統(tǒng)、分系統(tǒng)和設(shè)備在飛機所處的電磁環(huán)境中，不應(yīng)因電磁干擾影響系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)外其它設(shè)備的正常工作、功能喪失、技術(shù)指標(biāo)下降，不會妨礙和影響飛機繼續(xù)安全飛行和著陸。

對于系統(tǒng)級的電磁兼容設(shè)計，可通過抑制干擾源、切斷干擾傳播途徑、降低電路敏感性等方法抑制電磁干擾，可采取的措施包括電搭接設(shè)計、接地設(shè)計及屏蔽設(shè)計等。

4.1 電搭接設(shè)計

搭接的基本目的，在于為飛機金屬構(gòu)件以及構(gòu)件、設(shè)備、附件與基本結(jié)構(gòu)之間提供穩(wěn)定的低阻抗電氣通路、供電源電流返回通路，為防電擊、防電磁干擾電平、防雷電、防靜電提供必要措施。搭接的良好與否，直接影響飛機的安全和性能。電傳飛控系統(tǒng)由電子控制器、伺服作動器、座艙操縱裝置以及各類傳感器組成，電搭接的電阻限值參見表1。

搭接可分為直接搭接與間接搭接。直接搭接是在互連元件之間不使用輔助導(dǎo)體而建立一條有效的電氣通路。采用搭接線搭接時，可采用標(biāo)準(zhǔn)件固定的形式，避免因飛機振動幅度過大引起搭接線脫落;在滿足要求的前提下，應(yīng)盡量選用長度短的搭接線，也盡量注意數(shù)量少、截面小。而采用直接搭接時，設(shè)備與結(jié)構(gòu)件直接接觸，應(yīng)對接觸面進行打磨和清洗，去除搭接表面的全部油漆層、氧化層、陽極化膜等非導(dǎo)電涂層，并清洗油脂等高阻面層，但要注意不可過多去掉涂層下的金屬材料，特別是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)表面的噴涂鋁層，以保證搭接件之間的低阻抗。

4. 2 接地設(shè)計

接地是抑制噪聲防止電磁干擾的主要方法。電傳飛控系統(tǒng)的交聯(lián)信號包括模擬量、數(shù)字量、開關(guān)量以及電源信號。不同的信號電路應(yīng)配備不同的接地方式，正確的接地方式基本上有三類，即單點接地、多點接地和混合接地[1]。

針對電傳飛控系統(tǒng)設(shè)備中同時存在供電電源和各類信號傳輸電路的情況，混合接地法最適合。通過在機上建立電氣“零位”參考點（大多選在地板或機殼），將機上電子電氣設(shè)備與之相連，形成地回路，可有效的釋放靜電荷，減少電子設(shè)備間的電磁干擾。同時，將電源類地線和信號地線分開設(shè)計，設(shè)備中多個電源部分的地線先就近與電源類總地線連接（多點接地法），同樣設(shè)備中多個電路中信號地也就近與信號類總地線連接，最后電源類總地線和信號類總地線在一起設(shè)計公共參考地（單點接地法）[2]。

4.3 屏蔽設(shè)計

電傳飛控系統(tǒng)的屏蔽設(shè)計主要包含兩大類。一類是電子控制器的機箱屏蔽設(shè)計，一類是傳導(dǎo)線路的屏蔽設(shè)計。

電傳飛控系統(tǒng)控制器設(shè)備統(tǒng)一布置于機上電子設(shè)備柜內(nèi)，機箱采用抗輻射材料，可反射有害電磁波，減小對機箱內(nèi)元器件的影響;控制器設(shè)計為封閉式機箱，接縫處采用抗輻射材料封堵。

控制器的電連接器應(yīng)選取防腐蝕、電鍍導(dǎo)電的類型，對外電纜插頭選帶屏蔽套的尾附件;電連接器的結(jié)構(gòu)應(yīng)保持接觸阻抗不變，避免因為阻抗的不連續(xù)，出現(xiàn)電壓駐波引起電磁干擾輻射;電連接器插座和設(shè)備安裝面、電連接器插頭插座之間必須保證良好搭接，保證電連接器尾附件到電搭接測試點的搭接電阻應(yīng)不大于15mΩ;電連接器連接處的屏蔽層，應(yīng)完整連接到可靠的電連接器尾附件上，盡可能做到360°連接。

5 結(jié)束語

隨著科技的不斷進步，電磁兼容影響的范圍也越來越廣，其機理復(fù)雜，所涉及的學(xué)科眾多。在工程應(yīng)用中，在設(shè)計初期就應(yīng)對系統(tǒng)中可能使用的電磁兼容方式進行統(tǒng)籌考慮和布局，不僅可以保證產(chǎn)品長期正常、穩(wěn)定的工作，還可降低研發(fā)、維護成本。

參考文獻：[1] 譚志良，王玉明，聞映紅.電磁兼容原理[M].北京：國防工業(yè)出版社，2013.5

[2] Henry W.Ott.Noise Reduction Techniques in Electronic System.Second edition.New York：John Wiley&Sons Ltd，1988