民用飛機(jī)雷達(dá)罩濕熱環(huán)境適航符合性驗(yàn)證方法探討

馮斯棟 中航西飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司

一、引言

雷達(dá)罩位于飛機(jī)機(jī)頭前端，處于非氣密區(qū)域，用以保護(hù)雷達(dá)天線(xiàn)免受氣動(dòng)載荷、淋雨、靜電、雷電、冰雹或其他沖擊等外界環(huán)境的影響。本文就民機(jī)雷達(dá)罩濕熱環(huán)境適航符合性驗(yàn)證方法進(jìn)行探討。

二、適航規(guī)章要求

中國(guó)民用航空規(guī)章第25 部CCAR 25.1309（a）款是對(duì)設(shè)備、系統(tǒng)及安裝設(shè)計(jì)的總要求，內(nèi)容為：“凡航空器適航標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其功能有要求的設(shè)備、系統(tǒng)及安裝，其設(shè)計(jì)必須保證在各種可預(yù)期的運(yùn)行條件下能完成預(yù)定功能?！?/p>

雷達(dá)罩作為具有一定功能的機(jī)載設(shè)備，必須保證在飛機(jī)可預(yù)期運(yùn)行的各種環(huán)境下均能可靠穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)其各項(xiàng)功能。雷達(dá)罩必須保證在各種自然環(huán)境及機(jī)械環(huán)境條件下雷達(dá)罩的電性能及力學(xué)性能均不會(huì)發(fā)生影響其功能的顯著變化。

對(duì)于CCAR25.1309a 的要求，在雷達(dá)罩的設(shè)計(jì)中，所選擇的材料及結(jié)構(gòu)形式均應(yīng)考慮到是否滿(mǎn)足飛機(jī)運(yùn)營(yíng)的各種環(huán)境的要求。通過(guò)試驗(yàn)的方法驗(yàn)證雷達(dá)罩在溫度-高度、溫度變化、濕熱、防水、流體敏感、沙塵、霉菌、鹽霧、雹擊等自然環(huán)境下是否會(huì)影響其功能。本文僅針對(duì)濕熱環(huán)境適航符合性驗(yàn)證方法進(jìn)行敘述。

三、驗(yàn)證方法

對(duì)于CCAR 25.1309a 條款，采用MC1 設(shè)計(jì)說(shuō)明、MC4 試驗(yàn)室試驗(yàn)的方法進(jìn)行驗(yàn)證。

RTCA/DO-160《機(jī)載設(shè)備環(huán)境條件和試驗(yàn)程序》是美國(guó)FAA 規(guī)定的近200 項(xiàng)機(jī)載設(shè)備TSO 標(biāo)準(zhǔn)中大量引用的環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，也是歐洲聯(lián)合航空局（JAA）及世界各國(guó)適航性當(dāng)局認(rèn)可的機(jī)載設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。其歷次版本均是機(jī)載設(shè)備適航取證過(guò)程中進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)考核主要依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)RTCA/DO-160G，機(jī)載設(shè)備應(yīng)根據(jù)其安裝位置、功能、使用特性等差異通過(guò)不同的試驗(yàn)類(lèi)別來(lái)驗(yàn)證其性能。由于雷達(dá)罩在直接接觸外界空氣的條件下工作，為了確定雷達(dá)罩對(duì)高溫及高濕試驗(yàn)條件的適應(yīng)性，根據(jù)RTCA/DO-160G 中第6 章濕熱試驗(yàn)的C 類(lèi)——外部濕熱環(huán)境進(jìn)行試驗(yàn)。

（一）驗(yàn)證思路

試驗(yàn)件采用代表雷達(dá)罩結(jié)構(gòu)和材料特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)樣件和介電性能試驗(yàn)件。

結(jié)構(gòu)樣件用于試驗(yàn)前后外觀(guān)檢查，尺寸為300mm×300mm, 為按照雷達(dá)罩的成型工藝及鋪層要求制作的夾層結(jié)構(gòu)平板（周邊為實(shí)芯結(jié)構(gòu)）。結(jié)構(gòu)樣件的蜂窩夾層區(qū)域厚度和雷達(dá)罩裝機(jī)狀態(tài)一致，蒙皮選用同牌號(hào)的復(fù)合材料體系，蜂窩芯層選用芳綸紙蜂窩和柔性蜂窩。

在結(jié)構(gòu)樣件涂有白色面漆的一側(cè)安裝防雷擊分流條模擬件和螺母組件模擬件。防雷擊分流條模擬件通過(guò)螺釘和螺母組件模擬件安裝在復(fù)合材料上，安裝要求與裝機(jī)狀態(tài)相同，但不要求防雷擊分流條長(zhǎng)度與裝機(jī)狀態(tài)相同。結(jié)構(gòu)樣件所用密封劑、涂層等材料與雷達(dá)罩裝機(jī)狀態(tài)相同。

介電性能試驗(yàn)件用來(lái)測(cè)試干態(tài)和濕態(tài)下試驗(yàn)件的介電性能（介電損耗tgδ 和介電常數(shù)ε），試驗(yàn)件尺寸為22.76mm×10.06mm×4.73mm，材料同雷達(dá)罩復(fù)合材料。室溫條件下測(cè)試介電性能的試驗(yàn)件3件，濕熱試驗(yàn)后測(cè)試介電性能的試驗(yàn)件3件，共6 件。

（二）試驗(yàn)設(shè)備

濕熱試驗(yàn)選用的設(shè)備為高低溫濕熱試驗(yàn)箱。試驗(yàn)箱設(shè)有排氣孔，以防氣壓升高，并采取措施防止水滴到設(shè)備上。流過(guò)暴露區(qū)的空氣速度應(yīng)在0.5m/s～1.7m/s 之間。試驗(yàn)箱采用蒸汽的方法加濕試驗(yàn)樣品周?chē)目諝猓玫乃?5℃條件下測(cè)得的pH 值在6.5～7.5 之間或電阻率不低于250,000 歐姆·厘米。

除水之外，試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)其他物質(zhì)與試驗(yàn)樣品直接接觸，以防止引起試驗(yàn)件的劣化或影響試驗(yàn)結(jié)果，無(wú)任何銹蝕或腐蝕性污染物及其他物質(zhì)引入試驗(yàn)箱內(nèi)，試驗(yàn)樣品周?chē)諝獾某凉?、加濕、加熱、冷卻所用的方法不會(huì)改變?cè)囼?yàn)箱內(nèi)的空氣、水或水蒸氣的化學(xué)成分，試驗(yàn)件在試驗(yàn)箱的擺放位置與試驗(yàn)箱壁至少保持10cm 距離。

（三）試驗(yàn)方法

a.濕熱試驗(yàn)

根據(jù)RTCA/DO-160G，試驗(yàn)程序按下列步驟進(jìn)行：

步驟1：將受試樣品按實(shí)際使用狀態(tài)安裝在試驗(yàn)箱內(nèi)。步驟2：受試樣品在38±2℃和相對(duì)濕度85±4%條件下保持穩(wěn)定。步驟3：在2h±10min 內(nèi)，將試驗(yàn)箱溫度升到55±2℃，相對(duì)濕度升到95±4%。步驟4：保持試驗(yàn)箱溫度55 ℃和相對(duì)濕度95±4%，時(shí)間至少為6h。步驟5：在以后的16h±15min 內(nèi)，將溫度逐漸降到38±2℃。在此期間，保持盡可能高的相對(duì)濕度，且不允許其低于85%。步驟6：步驟3，4 和5 構(gòu)成一個(gè)循環(huán)，重復(fù)這些步驟直到共完成6 個(gè)循環(huán)。步驟7：試驗(yàn)結(jié)束后，將試驗(yàn)件從試驗(yàn)箱內(nèi)取出，用干燥的壓縮空氣吹干試驗(yàn)件表面凝露，去除后立即對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行檢測(cè)。步驟8：最后檢測(cè)?；謴?fù)至常溫后對(duì)結(jié)構(gòu)樣件進(jìn)行外觀(guān)檢查，對(duì)介電性能試驗(yàn)件按照波導(dǎo)短路法開(kāi)展介電性能測(cè)試，與室溫檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析并記錄。

b.介電性能測(cè)試

試驗(yàn)程序按下列步驟進(jìn)行：

步驟1：開(kāi)機(jī)預(yù)熱1h，使系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。步驟2：測(cè)定信號(hào)源工作頻率。步驟3：標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀反射測(cè)試單元誤差網(wǎng)絡(luò)校正。步驟4：在傳感器終端緊貼被測(cè)介質(zhì)試樣，測(cè)定置有介質(zhì)試樣時(shí)的復(fù)反射系數(shù)。步驟5：記錄數(shù)據(jù)及介電性能參數(shù)。

（四）試驗(yàn)判據(jù)

試驗(yàn)后，對(duì)結(jié)構(gòu)樣件進(jìn)行外觀(guān)檢查，結(jié)構(gòu)樣件不能出現(xiàn)分層和永久變形，表面涂層不出現(xiàn)褪色、開(kāi)裂、鼓包、脫落，金屬表面不銹蝕。

采用波導(dǎo)短路法測(cè)試介電性能試驗(yàn)件的介電損耗角正切tgδ 和介電常數(shù)ε，介電損耗角正切tgδ 不得大于0.023，要求試驗(yàn)件介電常數(shù)ε 的變化不得大于±0.1。

四、總結(jié)

本文對(duì)民用飛機(jī)雷達(dá)罩如何滿(mǎn)足CCAR 25.1309（a）條款要求進(jìn)行了探討，并依據(jù)要求提出了雷達(dá)罩濕熱環(huán)境適航驗(yàn)證的試驗(yàn)思路和方法，并對(duì)試驗(yàn)程序進(jìn)行了詳細(xì)闡述。