試驗(yàn)機(jī)改裝工作中電磁干擾的有效抑制

譚秀萍，白欣鵬，張琦，石娟

試驗(yàn)機(jī)改裝工作中電磁干擾的有效抑制

譚秀萍，白欣鵬，張琦，石娟

（中國飛行試驗(yàn)研究院改裝部，陜西 西安 710089）

試驗(yàn)機(jī)改裝工作中，根據(jù)任務(wù)需求加裝系統(tǒng)設(shè)備和原機(jī)設(shè)備間一個(gè)較為突出的問題是電磁干擾的發(fā)生，通過幾個(gè)較為典型示例，從實(shí)踐的角度介紹了試驗(yàn)機(jī)改裝中電磁干擾故障的排除技術(shù)，為此類問題的排除和預(yù)防提供了參考。

電磁干擾；電磁兼容性；干擾源設(shè)備；受擾設(shè)備

1 引言

試驗(yàn)機(jī)改裝是指為了科研試飛數(shù)據(jù)的采集和傳輸，或?yàn)閳?zhí)行某任務(wù)，而在被試飛機(jī)上加裝測(cè)試系統(tǒng)/被試系統(tǒng)，以及為此相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行的局部更改。因試驗(yàn)機(jī)的內(nèi)部空間相對(duì)狹小，電氣設(shè)備多且密集安裝，有些型號(hào)飛機(jī)設(shè)備老舊、自身電磁兼容性差，造成電磁環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致試驗(yàn)機(jī)改裝工作中電磁干擾故障一直較為突出。如果能總結(jié)一些常見的解決電磁干擾的方法，無疑會(huì)對(duì)此類故障的快速排除大有幫助。

2 電磁干擾定義

電磁干擾是指電氣、電子和電磁設(shè)施在工作過程中產(chǎn)生的電磁噪聲，在系統(tǒng)或設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生不希望有的電流或電壓響應(yīng)，電磁干擾的存在，會(huì)影響電子設(shè)備或系統(tǒng)的正常工作[1]。電磁干擾形成具備的三個(gè)因素：干擾源、傳播途徑、易受干擾設(shè)備。電磁兼容性是指設(shè)備或系統(tǒng)在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)。

3 試驗(yàn)機(jī)改裝工作中常見的電磁干擾故障

3.1 改裝工作中常見電磁干擾源

在飛機(jī)電磁環(huán)境中，以下幾種設(shè)備易引起干擾，在電磁兼容性設(shè)計(jì)和電磁干擾故障排除時(shí)應(yīng)作為重點(diǎn)考慮：①發(fā)射機(jī)。通訊、雷達(dá)、遙測(cè)、視頻、導(dǎo)航等無線電設(shè)備都能發(fā)射很強(qiáng)的電磁波，對(duì)于相應(yīng)的接收機(jī)是有用的信號(hào)源，但對(duì)于其他的電氣設(shè)備則是電磁干擾源。其發(fā)射不僅能經(jīng)過天線和機(jī)箱本身向外輻射，還能沿信號(hào)線或電源線傳導(dǎo)。②機(jī)載計(jì)算機(jī)設(shè)備。機(jī)載計(jì)算機(jī)設(shè)備是指主機(jī)、顯示器以及數(shù)據(jù)輸入/輸出等設(shè)備。這類設(shè)備內(nèi)部的開關(guān)電源與時(shí)鐘振蕩器等會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾。③大功率開關(guān)器件。繼電器、接觸器（指大功率接觸器）等開關(guān)器件是重要的干擾源，在電路中頻繁地接通、斷開感性負(fù)載時(shí)，產(chǎn)生的電磁干擾更嚴(yán)重。 ④旋轉(zhuǎn)電機(jī)、電動(dòng)工具。電機(jī)在啟動(dòng)、工作和停止瞬間都會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，直流電機(jī)的整流子換向火花也是常見的干擾源。⑤發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)是一個(gè)阻尼振蕩瞬變電壓干擾源，火花放電器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)度高、頻譜很寬的電磁干擾。⑥變壓器、變流器及類似設(shè)備。大功率靜止變流機(jī)中的可控硅整流和調(diào)速系統(tǒng)的電流波動(dòng)往往很大，其輸入和輸出端常設(shè)有大容量的電容濾波器件，這類設(shè)備的起動(dòng)和停止均會(huì)在電網(wǎng)中產(chǎn)生浪涌電流，造成電網(wǎng)電壓的瞬間跌落和電源波形畸變，產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾。⑦靜電。感應(yīng) 靜電可引起很高的電壓而產(chǎn)生靜電放電，形成較強(qiáng)的電磁干擾。

3.2 試驗(yàn)機(jī)改裝中易受干擾的設(shè)備

試驗(yàn)機(jī)改裝中易受干擾的設(shè)備類型較多，歸類如下： ①飛機(jī)無線電通訊設(shè)備及音頻信號(hào)電纜，如飛機(jī)電臺(tái)等，尤其早期機(jī)型的無線電通訊設(shè)備及其未使用屏蔽的音頻信號(hào)電纜等更易受到干擾；②改裝施工中，在原機(jī)系統(tǒng)直接并線方式抽引電氣信號(hào)時(shí)，涉及原機(jī)的所有電氣系統(tǒng)；③機(jī)載磁性傳感器，比如飛機(jī)磁羅盤、測(cè)試系統(tǒng)的磁性方位角度傳感器等；④小信號(hào)測(cè)試傳感器及其調(diào)節(jié)器，比如流量傳感器、流量調(diào)節(jié)器、環(huán)境振動(dòng)傳感器及其低噪聲電纜等。

3.3 試驗(yàn)機(jī)改裝中常見的電磁干擾故障類型

改裝施工中抽引飛機(jī)電氣信號(hào)時(shí)，機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)中的信號(hào)接收設(shè)備影響飛機(jī)系統(tǒng)正常工作。此類干擾多由機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)中信號(hào)接收設(shè)備與所采集信號(hào)的電氣阻抗特性不匹配，或加裝線路/設(shè)備硬件故障等引起。

改裝加裝系統(tǒng)中大功率設(shè)備及其電纜在工作時(shí)干擾原機(jī)敏感設(shè)備，干擾多發(fā)生在狹小的空間，以電磁輻射的方式進(jìn)行傳播。此類干擾源多為機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)中的采集器、發(fā)射機(jī)、功率放大器、測(cè)試電源線或射頻電纜等，發(fā)生在上述設(shè)備工作的全過程，被干擾設(shè)備多為試驗(yàn)機(jī)通訊電臺(tái)、羅盤等敏感設(shè)備。

大型用電設(shè)備或具有大起動(dòng)沖擊的用電設(shè)備，在起動(dòng)過程中干擾部分敏感機(jī)載設(shè)備。此類干擾源多為大功率電機(jī)、加溫器件、變壓器和靜止變流機(jī)等，多發(fā)生在此類設(shè)備的起動(dòng)和停止階段，干擾多通過飛機(jī)電源網(wǎng)絡(luò)以浪涌的形式傳播。

具有大起動(dòng)沖擊的用電設(shè)備起動(dòng)過程中損壞部分控制器件。此類干擾源多為具有電磁線圈的控制器件，比如大功率接觸器等，多發(fā)生在此類設(shè)備的起動(dòng)過程，干擾表現(xiàn)為浪涌的形式。

4 試驗(yàn)機(jī)改裝中電磁干擾故障的排除方法

綜合分析，試驗(yàn)機(jī)改裝中出現(xiàn)電磁干擾故障的原因和現(xiàn)象多種多樣，通常采用以通電實(shí)驗(yàn)為主，結(jié)合理論分析的排查方法，突出直觀、準(zhǔn)確、快速。

4.1 查找干擾源，隔離故障

重點(diǎn)關(guān)注3.1中所提到的常見干擾源設(shè)備，將此類設(shè)備排在通電檢查的前列：通電時(shí)，必須在飛機(jī)系統(tǒng)和受干擾設(shè)備通電正常工作的情況下，逐一開啟改裝加裝設(shè)備，或逐一關(guān)閉飛機(jī)系統(tǒng)設(shè)備；遵循“先易后難、先外后內(nèi)”的原則進(jìn)行故障排查；確定干擾發(fā)生的具體時(shí)刻。

4.2 采取相應(yīng)措施，排除干擾

根據(jù)干擾的形式和傳輸通道選擇相應(yīng)的措施，同樣應(yīng)遵循“先易后難、先外后內(nèi)”的原則，最優(yōu)的解決方案應(yīng)兼顧經(jīng)濟(jì)性和可操作性等。

5 試驗(yàn)機(jī)改裝中的電磁干擾排故示例

5.1 示例一

現(xiàn)象：某架機(jī)改裝完成后，進(jìn)行加裝系統(tǒng)與飛機(jī)系統(tǒng)地面通電聯(lián)試時(shí)，出現(xiàn)飛機(jī)武器系統(tǒng)指示燈異常燃亮的現(xiàn)象。

原因：經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)改裝時(shí)，在武器系統(tǒng)并線抽引某開關(guān)量信號(hào)，將該抽引信號(hào)的改裝電纜與飛機(jī)系統(tǒng)斷開后，再進(jìn)行檢查指示燈恢復(fù)正常；對(duì)改裝電纜重新導(dǎo)通和絕緣性能檢查，導(dǎo)線狀態(tài)良好；再次將該信號(hào)線接入飛機(jī)系統(tǒng)，只斷開測(cè)試信號(hào)接收設(shè)備，對(duì)飛機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通電檢查，發(fā)現(xiàn)指示燈恢復(fù)正常，因此判斷干擾產(chǎn)生于飛機(jī)系統(tǒng)直接連接的測(cè)試信號(hào)接收設(shè)備（一臺(tái)開關(guān)量調(diào)理器）。進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)該開關(guān)量調(diào)理器輸入接口的阻抗與抽引的原機(jī)信號(hào)端口的阻抗不匹配，導(dǎo)致測(cè)試系統(tǒng)接入后改變了飛機(jī)原控制信號(hào)的電氣特性。

排除：更改開關(guān)量調(diào)理器信號(hào)輸入端口的調(diào)理模式，再次通電檢查，故障排除。

5.2 示例二

現(xiàn)象：某架機(jī)改裝中，發(fā)現(xiàn)改裝加裝系統(tǒng)干擾飛機(jī)羅盤的現(xiàn)象。

原因：檢查發(fā)現(xiàn)只要加裝系統(tǒng)通電，飛機(jī)羅盤的指針就會(huì)偏轉(zhuǎn)，因駕駛艙空間狹小，一根改裝電源線從磁羅盤附近經(jīng)過，致使磁羅盤受到該電源線的干擾導(dǎo)致指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

排除：重新選擇電纜敷設(shè)路徑，遠(yuǎn)離飛機(jī)磁羅盤進(jìn)行敷設(shè)，干擾排除。

5.3 示例三

現(xiàn)象：某型機(jī)螺旋槳試飛改裝中，為了解決螺旋槳的加溫除冰問題，加裝了一套加溫系統(tǒng)，地面通電過程中發(fā)現(xiàn)，在螺旋槳加溫功能起動(dòng)時(shí)，飛機(jī)系統(tǒng)及加裝的測(cè)試系統(tǒng)均可正常工作，但加溫控制器“反復(fù)起動(dòng)”的現(xiàn)象。

原因：加溫系統(tǒng)中專用逆變電源和被試螺旋槳加溫功能的同時(shí)起動(dòng)會(huì)對(duì)飛機(jī)直流電網(wǎng)產(chǎn)生巨大的浪涌沖擊，短時(shí)造成飛機(jī)直流電網(wǎng)電壓劇烈下降，雖然系統(tǒng)中加溫控制器的抗電源擾動(dòng)指標(biāo)能滿足裝機(jī)產(chǎn)品研制要求，但相對(duì)較弱，當(dāng)?shù)孛骐娫垂╇姇r(shí)，由于地面電源容量小，使得此時(shí)電網(wǎng)電壓的擾動(dòng)更大，造成加溫控制器內(nèi)部可編程控制器件發(fā)生誤觸發(fā)，導(dǎo)致加溫控制器陷入“反復(fù)起動(dòng)”的往復(fù)循環(huán)。

排除：實(shí)驗(yàn)證明，干擾僅發(fā)生于專用逆變電源和被試螺旋槳加溫功能同時(shí)起動(dòng)的過程中，而其他時(shí)間段內(nèi)加溫控制器均能正常工作，經(jīng)考慮最終選擇設(shè)計(jì)制作一套延時(shí)控制裝置，使專用逆變電源起動(dòng)過程完全結(jié)束后，再起動(dòng)被試螺旋槳加溫功能，干擾排除。

5.4 示例四

現(xiàn)象：某航電系統(tǒng)試飛改裝中，駕駛艙“總開關(guān)”出現(xiàn)無法正常切斷加裝系統(tǒng)電源的故障。

原因：經(jīng)檢查相關(guān)線路及設(shè)備狀態(tài)良好。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，該“總開關(guān)”并聯(lián)控制三個(gè)大功率接觸器線圈，每個(gè)接觸器控制線圈的額定電流均為0.5 A，正常工作時(shí)電流約 1.5 A。但因三個(gè)接觸器均具有約5 A的起動(dòng)電流，使得加裝系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)將對(duì)“總開關(guān)”產(chǎn)生約15 A的沖擊電流。而在實(shí)際系統(tǒng)中，“總開關(guān)”為ZKC-2型直流自動(dòng)保險(xiǎn)開關(guān)，其額定容量為2 A，雖能夠滿足正常工作需求，但遠(yuǎn)小于系統(tǒng)的起動(dòng)電流。因此，判斷故障原因?yàn)椤翱傞_關(guān)”的選型不當(dāng)，導(dǎo)致其反復(fù)受到大電流沖擊，造成開關(guān)硬件損壞。

排除：因系統(tǒng)的起動(dòng)電流為沖擊電流，作用時(shí)間不超過10 ms，所以將該“總開關(guān)”更換為ZKC-10型直流自動(dòng)保險(xiǎn)開關(guān)，其額定容量為10 A，具有2倍過載時(shí)正常工作約25 ms的能力。更換后系統(tǒng)恢復(fù)正常。

6 試驗(yàn)機(jī)改裝中電磁干擾的防范措施

6.1 改裝中的電磁兼容設(shè)計(jì)

電磁兼容性設(shè)計(jì)是保證加裝系統(tǒng)電磁兼容性的前提和基礎(chǔ)，包括：控制干擾源的電磁發(fā)射、抑制電磁干擾的傳播、增強(qiáng)敏感設(shè)備的抗干擾能力。為此必須研究干擾源的電氣特性、電磁干擾的傳播途徑及敏感設(shè)備的感受特性[2]，主要有：①傳輸通道抑制。此方法在改裝中和隨后的電磁干擾故障處理過程中經(jīng)常使用，包括濾波、屏蔽、搭接、接地和綜合布線等。②空間分離。電磁干擾在傳播中其近區(qū)電磁感應(yīng)場(chǎng)強(qiáng)度與距離的關(guān)系為1/3，其遠(yuǎn)區(qū)電磁輻射場(chǎng)強(qiáng)度與距離的關(guān)系為1/，因此，在改裝中增大干擾源設(shè)備和易受干擾設(shè)備間的距離可有效提高改裝加裝系統(tǒng)的電磁兼容性能。③時(shí)間分離。針對(duì)因部分干擾源設(shè)備起動(dòng)或停止時(shí)產(chǎn)生的浪涌干擾，采用將易受干擾設(shè)備的工作時(shí)間控制于干擾源設(shè)備起動(dòng)或停止過程之外的方式。而對(duì)有部分干擾源設(shè)備產(chǎn)生的周期性干擾（比如雷達(dá)），采用在干擾源設(shè)備中設(shè)置閉鎖信號(hào)，使易受干擾設(shè)備在接受閉鎖信號(hào)后產(chǎn)生可靠延時(shí)的方式。④電氣隔離。此方法在改裝加裝的系統(tǒng)中經(jīng)常使用，用于需要實(shí)現(xiàn)可靠與飛機(jī)系統(tǒng)分離的設(shè)備中（比如采集器、隔離盒等），主要有繼電器隔離、光電隔離、變壓器隔離、二極管隔離和DC/DC電源變換器隔離等。

6.2 改裝施工中的電磁兼容性要求

規(guī)范施工不僅是實(shí)現(xiàn)改裝加裝系統(tǒng)電磁兼容性的保障，而且還能有效防止電磁干擾的發(fā)生和傳播，增強(qiáng)加裝系統(tǒng)的抗干擾能力，具體包括：①電纜敷設(shè)。施工中應(yīng)根據(jù)電線、電纜的電壓高低、電流強(qiáng)弱和干擾特性對(duì)電線、電纜進(jìn)行分類組合，將電壓、電流在同一量級(jí)和干擾類型相似的電線成束，使各種電纜分開一定距離或扒開成環(huán)形。布線應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)范要求，盡可能降低耦合，使敏感線遠(yuǎn)離干擾源，盡量利用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔離。②屏蔽。屏蔽是控制電磁干擾的主要手段，用屏蔽體將干擾源包圍起來，既可有效抑制干擾電磁場(chǎng)通過空間向外傳播，又可阻止或減少外界電磁場(chǎng)對(duì)易受干擾設(shè)備的影響[3]，為此設(shè)備、電連接器及導(dǎo)線的屏蔽體必須嚴(yán)格按規(guī)范施工，并可靠接地。③接地。接地是抑制電磁噪聲和防止干擾的重要措施之一。施工中，必須將電源回路、信號(hào)電路、屏蔽和結(jié)構(gòu)搭接的接地引線分開在不同點(diǎn)接地，嚴(yán)格將低電平信號(hào)地線與大電流地線分接在不同的螺栓上，避免通過搭接引線共地阻抗產(chǎn)生干擾。

7 小結(jié)

電磁干擾產(chǎn)生的機(jī)理比較復(fù)雜，表現(xiàn)形式多樣，沒有固定的處理模式，因此，在實(shí)踐中不斷摸索和積累處理電磁干擾的經(jīng)驗(yàn)，只有不斷地加強(qiáng)專業(yè)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，才能提高快速、準(zhǔn)確定位和處理電磁干擾問題的能力。

［1］劉銘光.飛機(jī)電器［D］.廣州：中山大學(xué)出版社，2008.

［2］彭昌黎.電磁輻射抑制技術(shù)［D］.西安：中國飛行試驗(yàn)研究院，2005.

TM615

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.01.052

2095－6835（2021）01－0134－03

譚秀萍（1966—），女，高級(jí)工程師，從事試驗(yàn)機(jī)改裝工作。

〔編輯：張思楠〕