張 焰

（中國飛行試驗研究院改裝部，陜西西安 710089）

飛機改裝中的電磁兼容技術(shù)

張 焰

（中國飛行試驗研究院改裝部，陜西西安 710089）

介紹了飛機改裝電氣施工的特點，總結(jié)分析了飛機改裝常見的電磁兼容問題，并針對常見電磁兼容問題給出了有效的解決方法。

飛機改裝；電磁兼容；電磁干擾；電氣施工

飛機改裝是中國飛行試驗研究院科研試飛的一個重要環(huán)節(jié)，涉及到在試驗機上加裝機載測試設(shè)備、被試設(shè)備，以及按照任務(wù)需求對試驗機的結(jié)構(gòu)、氣動外形，以及飛控、發(fā)動機、航電、電氣、武器、燃油、雷達、液壓、環(huán)控、起落架等重要系統(tǒng)進行改裝。改裝中加裝的電氣線路或經(jīng)過改裝的原機線路與試驗機原有電氣線路和系統(tǒng)間存在著復(fù)雜的電氣或電磁交聯(lián)，因此，做好電磁兼容防護在飛機改裝工作中十分重要［1－2］。

1 當前飛機改裝中電氣施工的特點

飛機改裝工作多在已出廠的飛機上進行，其電氣施工具有以下特點：

1）試驗機設(shè)備艙可用空間狹小，施工空間開敞性差、限制多，改裝加裝的設(shè)備和電線電纜的布局安裝難度較大；

2）隨著新型飛機性能的不斷提升，試驗機自身的電氣設(shè)備越來越多，其中的精密、敏感設(shè)備越來越多，機載設(shè)備的安裝越來越密集，用電功率越來越大，產(chǎn)生電磁兼容問題的可能性越來越大；

3）飛行試驗的要求越來越高，使得改裝加裝的各類設(shè)備數(shù)量越來越多，用電功率越來越大，飛機改裝面對的電磁環(huán)境越來越復(fù)雜；

4）部分試驗機型號老舊，其自身機載設(shè)備的電磁兼容性能較差，容易與改裝加裝的測試、被試設(shè)備發(fā)生電磁兼容問題；

5）電磁干擾在飛機上的傳播路徑多、表現(xiàn)形式多樣，電磁兼容問題的定位和排除困難。

2 飛機改裝中常見的電磁兼容問題

2.1 電源問題

1）改裝加裝的大功率用電設(shè)備易引起試驗機電網(wǎng)電壓波動，影響部分對電源品質(zhì)要求較高的機載設(shè)備和改裝加裝設(shè)備；

2）改裝加裝的帶有大功率電磁線圈的設(shè)備在飛機電網(wǎng)中會引起較大的浪涌或尖峰，影響部分敏感設(shè)備的正常工作；

3）飛機改裝加裝的大功率二次靜變電源對試驗機電源系統(tǒng)的電源品質(zhì)影響極大，其影響隨著電源功率的增大而增加，易影響敏感設(shè)備的正常工作；

4）部分改裝加裝設(shè)備對電源的品質(zhì)要求很高，尤其是保持正常工作允許的掉電時間等供電需求，常用的接觸器等控制器件的觸點機械轉(zhuǎn)換可能影響其正常工作。

2.2 電磁輻射問題

試驗機上的輻射源多，輻射頻率的范圍寬，部分輻射源功率極大（如雷達等），發(fā)生電磁兼容問題的幾率較大。

被改裝試驗機上多配有大功率雷達和大量的各型天線，機身內(nèi)裝有大量電子設(shè)備，敷設(shè)有大量電線電纜，改裝在此基礎(chǔ)上再加裝新的測試、被試系統(tǒng)天線，及大量的設(shè)備和電線電纜，改裝后試驗機上的天線、設(shè)備、電線線纜間容易因輻射引起電磁兼容問題。

2.3 “單線制”供電引起的電磁兼容問題

在飛機上的電源系統(tǒng)中普遍采用“單線制”的供電方式，即正電從飛機發(fā)電機或二次電源的正端輸出，經(jīng)保護和控制分別供給到不同的用電設(shè)備，而各用電設(shè)備和飛機發(fā)電機或二次電源的負端則分別就近與飛機的金屬結(jié)構(gòu)體連接，將飛機的金屬殼體作為公共的“地”。

此種供電模式雖然具有設(shè)計施工簡單、裝機電纜重量輕等突出的優(yōu)點，但也存在著電源線路易發(fā)射和耦合電磁輻射的缺陷，同時，不同電源和大功率用電設(shè)備的電源負端會改變其搭接部位周圍飛機金屬殼體的局部電位，對周邊的其他用電設(shè)備產(chǎn)生影響。

2.4 靜電干擾問題

飛行中，由于機體與空氣的高速摩擦，會在飛機上產(chǎn)生大量的靜電積累，雖然飛機上設(shè)有靜電泄放裝置，但是機體的部分區(qū)域仍會累積較高的靜電電壓，靜電電壓會通過傳導(dǎo)和放電的方式產(chǎn)生電磁干擾。

飛機上的人造纖維、塑料制品，以及工作人員的毛發(fā)和著裝等都是常見的摩擦起電材料，同時，機艙內(nèi)的環(huán)境相對比較干燥，因此，在飛機內(nèi)不可避免地會容易產(chǎn)生靜電。盡管靜電具有電壓高、能量很小的特點，不會傷害人體，但靜電放電卻有可能影響飛機上敏感設(shè)備、傳感器等的工作，甚至造成設(shè)備損壞。

3 飛機改裝中的電磁兼容防護措施

3.1 電源問題的防護措施

1）減小電源線路的壓降損失

①減小電源線路的阻抗 使用盡量短且粗的導(dǎo)線作為電源線，保證電源線路壓降滿足相關(guān)標準的要求。②保證設(shè)備的良好接地 電源線路接地的設(shè)計施工應(yīng)根據(jù)接地點承載的電流、電壓和施工環(huán)境綜合考慮選擇接地部位、接地螺栓、接線端子和連接方式。

③減少非必要的搭接和轉(zhuǎn)接 嚴格按相關(guān)施工工藝進行搭接施工和保護，控制線路中搭接和轉(zhuǎn)接的數(shù)量，避免搭接不良。

2）將改裝加裝的大功率用電設(shè)備和其他設(shè)備分組供電，按照“先大后小”的順序分時起動，避免因大功率用電設(shè)備的起動影響其他設(shè)備。

3）為大功率用電設(shè)備設(shè)計加裝“軟起動”裝置，減小其對飛機電網(wǎng)的沖擊。

4）針對敏感設(shè)備或品質(zhì)較差的電源輸入／輸出端口增設(shè)濾波器，提高其電源品質(zhì)。

5）采用多電源分組供電，避免大功率干擾源設(shè)備與敏感設(shè)備共用電源。

6）針對部分對電源掉電時間要求高的改裝加裝設(shè)備，在改裝設(shè)計施工中除了需選用品質(zhì)可靠的電源外，還應(yīng)使用功率二極管作為電源的控制轉(zhuǎn)換器件，以確保此類設(shè)備的供電品質(zhì)。

3.2 電磁輻射的防護措施

1）謹慎選擇裝機設(shè)備，所有裝機設(shè)備均應(yīng)通過必要的電磁兼容實驗，并滿足GJB151A，GJB152等電磁兼容標準的要求。

2）改裝加裝的天線應(yīng)嚴格按標準施工，并保證新加裝天線和原機天線間的距離，必要時，在應(yīng)預(yù)先對改裝加裝天線的方案進行天線電磁兼容分析和評估。

3）對所有改裝加裝設(shè)備與擬安裝艙位的原機設(shè)備統(tǒng)籌安排，按照設(shè)備功率和電磁兼容的敏感度等要素分組，合理布局加裝設(shè)備的安裝。

4）對系統(tǒng)的控制和信號線路選用屏蔽絞線，必要時，可選用多層屏蔽導(dǎo)線，或者在集束后的導(dǎo)線外再增加屏蔽網(wǎng)套。

5）對改裝加裝的導(dǎo)線，按其承載信號的特性合理分組，選擇試驗機上同類型原機電纜的通道進行敷設(shè)或單獨敷設(shè)，對于改裝加裝的屏蔽導(dǎo)線，在保證其屏蔽良好接地的前提下，可放寬電纜敷設(shè)的限制。

6）改裝施工部位的電磁輻射很強時，應(yīng)為加裝的敏感設(shè)備的輸入／輸出端口選配具有360°屏蔽功能的電氣插頭，并對其相關(guān)的電纜進行360°全段屏蔽。

7）用金屬盒、盤、箱、柜等封閉系統(tǒng)中的接觸器、繼電器、斷路器、保險絲等大功率電氣控制保護器件，可有效防止其對外的電磁輻射。

8）保證導(dǎo)線屏蔽層和設(shè)備金屬殼體與試驗機金屬殼體間的良好連接，即“接地”，其中導(dǎo)線屏蔽層的接地應(yīng)按導(dǎo)線中承載信號的頻率選擇接地形式。當電纜中承載的信號頻率不大于50 k Hz，或接地引線長度小于0.15λ（λ為系統(tǒng)最高工作頻率所對應(yīng)的波長）時，要求導(dǎo)線屏蔽采用單點接地；當電纜中承載的信號頻率大于50 k Hz，或接地引線長度大于0.15λ時，要求采用間隔0.15λ的多點接地，實際施工中則至少應(yīng)將屏蔽層的兩端實施接地。

3.3 “單線制”供電引起的電磁兼容問題的防護措施

1）對使用“單線制”的配電線路應(yīng)選擇合適的敷設(shè)路徑（如：選擇靠近飛機蒙皮的路徑敷設(shè)等），并可考慮使用屏蔽導(dǎo)線。

2）嚴格按標準實施電源負線的接地操作，保證接地部位的阻抗?jié)M足相關(guān)標準要求，嚴格控制設(shè)備負端與電源負端間的阻抗。

3）將使用不同電源的用電設(shè)備在不同的接地點分組接地。

4）將改裝裝機設(shè)備的電源負線按照其用電功率的大小合理分組，分開接地，或?qū)⒋笥秒娫O(shè)備的電源負線單獨接地。

5）對工作電流小于10 A的改裝加裝設(shè)備可考慮使用屏蔽絞線作為電源線，實行“雙線制”供電。

6）區(qū)分電源負線、信號負線、屏蔽地線、機械地線等不同的需要與飛機金屬殼體搭接的導(dǎo)線，謹慎選擇各類接地線的搭接部位，防止通過接地線傳遞干擾。

7）對于大量使用復(fù)合材料的新型飛機，應(yīng)選擇在飛機上的專用接地匯流條接地，若設(shè)備加裝部位不便于接地施工，則需按要求在該設(shè)備加裝區(qū)域增加專用接地匯流條，并通過專用接地導(dǎo)線與試驗機的接地匯流條或相應(yīng)電源的輸出負端連接，保證各環(huán)節(jié)的接地阻抗?jié)M足要求，確保接地可靠。

3.4 靜電干擾的防護措施

1）做好改裝加裝電氣線路和設(shè)備的絕緣，防止在其間發(fā)生靜電放電。

2）針對敏感傳感器和設(shè)備及其信號線路做好屏蔽和屏蔽的接地，防止靜電積累。

3）在裝機設(shè)備的選型和研制過程中，增加其輸入／輸出端口的隔離、濾波等性能要求，增強設(shè)備自身的靜電防護能力。

4 結(jié) 語

飛機改裝過程中，有關(guān)電磁兼容的設(shè)計和施工是直接關(guān)系到改裝加裝設(shè)備／系統(tǒng)工作性能的重要工作，它涉及的環(huán)節(jié)多，影響的因素多，且需要較高的經(jīng)濟投入。由于當前我院尚不具備對試驗機電磁兼容性能進行定量綜合檢測和評估的能力，所以在飛機改裝的設(shè)計施工中存在著電氣元件選型較為保守、部分改裝電氣施工缺少成熟工藝和檢驗標準、改裝成本不易控制等問題。面對未來新型試驗機上日趨復(fù)雜的電磁環(huán)境，我們需要大力學(xué)習(xí)和借鑒國內(nèi)外飛機設(shè)計制造中先進的電磁兼容防護技術(shù)，并且在實踐中不斷地進行探索、總結(jié)和完善。

［1］ 白云同，呂曉德.電磁兼容設(shè)計［M］.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2001.

［2］ 齊興昌，宋祖勛.復(fù)雜電磁環(huán)境中電磁干擾現(xiàn)象分析與解決措施［J］.華北科技學(xué)院學(xué)報，2005，2（1）：81-83.

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1008-1542（2011）07-0218-03

2011-06-20；責(zé)任編輯:馮 民

張 焰（1973-），男，遼寧大連人，高級工程師，碩士，主要從事試驗機加改裝電氣設(shè)計方面的工作。