譚秀萍，白欣鵬，張琦，石娟

試驗機改裝工作中電磁干擾的有效抑制

譚秀萍，白欣鵬，張琦，石娟

（中國飛行試驗研究院改裝部，陜西 西安 710089）

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

電磁干擾；電磁兼容性；干擾源設備；受擾設備

1 引言

試驗機改裝是指為了科研試飛數(shù)據(jù)的采集和傳輸，或為執(zhí)行某任務，而在被試飛機上加裝測試系統(tǒng)/被試系統(tǒng)，以及為此相關系統(tǒng)進行的局部更改。因試驗機的內部空間相對狹小，電氣設備多且密集安裝，有些型號飛機設備老舊、自身電磁兼容性差，造成電磁環(huán)境復雜，導致試驗機改裝工作中電磁干擾故障一直較為突出。如果能總結一些常見的解決電磁干擾的方法，無疑會對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、電子和電磁設施在工作過程中產(chǎn)生的電磁噪聲，在系統(tǒng)或設備內產(chǎn)生不希望有的電流或電壓響應，電磁干擾的存在，會影響電子設備或系統(tǒng)的正常工作[1]。電磁干擾形成具備的三個因素：干擾源、傳播途徑、易受干擾設備。電磁兼容性是指設備或系統(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 試驗機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

在飛機電磁環(huán)境中，以下幾種設備易引起干擾，在電磁兼容性設計和電磁干擾故障排除時應作為重點考慮：①發(fā)射機。通訊、雷達、遙測、視頻、導航等無線電設備都能發(fā)射很強的電磁波，對于相應的接收機是有用的信號源，但對于其他的電氣設備則是電磁干擾源。其發(fā)射不僅能經(jīng)過天線和機箱本身向外輻射，還能沿信號線或電源線傳導。②機載計算機設備。機載計算機設備是指主機、顯示器以及數(shù)據(jù)輸入/輸出等設備。這類設備內部的開關電源與時鐘振蕩器等會產(chǎn)生較強的電磁干擾。③大功率開關器件。繼電器、接觸器（指大功率接觸器）等開關器件是重要的干擾源，在電路中頻繁地接通、斷開感性負載時，產(chǎn)生的電磁干擾更嚴重。 ④旋轉電機、電動工具。電機在啟動、工作和停止瞬間都會產(chǎn)生電磁干擾，直流電機的整流子換向火花也是常見的干擾源。⑤發(fā)動機點火系統(tǒng)。發(fā)動機點火系統(tǒng)是一個阻尼振蕩瞬變電壓干擾源，火花放電器工作時會產(chǎn)生強度高、頻譜很寬的電磁干擾。⑥變壓器、變流器及類似設備。大功率靜止變流機中的可控硅整流和調速系統(tǒng)的電流波動往往很大，其輸入和輸出端常設有大容量的電容濾波器件，這類設備的起動和停止均會在電網(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)生嚴重的電磁干擾。⑦靜電。感應 靜電可引起很高的電壓而產(chǎn)生靜電放電，形成較強的電磁干擾。

3.2 試驗機改裝中易受干擾的設備

試驗機改裝中易受干擾的設備類型較多，歸類如下： ①飛機無線電通訊設備及音頻信號電纜，如飛機電臺等，尤其早期機型的無線電通訊設備及其未使用屏蔽的音頻信號電纜等更易受到干擾；②改裝施工中，在原機系統(tǒng)直接并線方式抽引電氣信號時，涉及原機的所有電氣系統(tǒng)；③機載磁性傳感器，比如飛機磁羅盤、測試系統(tǒng)的磁性方位角度傳感器等；④小信號測試傳感器及其調節(jié)器，比如流量傳感器、流量調節(jié)器、環(huán)境振動傳感器及其低噪聲電纜等。

3.3 試驗機改裝中常見的電磁干擾故障類型

改裝施工中抽引飛機電氣信號時，機載測試系統(tǒng)中的信號接收設備影響飛機系統(tǒng)正常工作。此類干擾多由機載測試系統(tǒng)中信號接收設備與所采集信號的電氣阻抗特性不匹配，或加裝線路/設備硬件故障等引起。

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

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

具有大起動沖擊的用電設備起動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)生在此類設備的起動過程，干擾表現(xiàn)為浪涌的形式。

4 試驗機改裝中電磁干擾故障的排除方法

綜合分析，試驗機改裝中出現(xiàn)電磁干擾故障的原因和現(xiàn)象多種多樣，通常采用以通電實驗為主，結合理論分析的排查方法，突出直觀、準確、快速。

4.1 查找干擾源，隔離故障

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

4.2 采取相應措施，排除干擾

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

5 試驗機改裝中的電磁干擾排故示例

5.1 示例一

現(xiàn)象：某架機改裝完成后，進行加裝系統(tǒng)與飛機系統(tǒng)地面通電聯(lián)試時，出現(xiàn)飛機武器系統(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，在武器系統(tǒng)并線抽引某開關量信號，將該抽引信號的改裝電纜與飛機系統(tǒng)斷開后，再進行檢查指示燈恢復正常；對改裝電纜重新導通和絕緣性能檢查，導線狀態(tài)良好；再次將該信號線接入飛機系統(tǒng)，只斷開測試信號接收設備，對飛機系統(tǒng)進行通電檢查，發(fā)現(xiàn)指示燈恢復正常，因此判斷干擾產(chǎn)生于飛機系統(tǒng)直接連接的測試信號接收設備（一臺開關量調理器）。進一步分析，發(fā)現(xiàn)該開關量調理器輸入接口的阻抗與抽引的原機信號端口的阻抗不匹配，導致測試系統(tǒng)接入后改變了飛機原控制信號的電氣特性。

排除：更改開關量調理器信號輸入端口的調理模式，再次通電檢查，故障排除。

5.2 示例二

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

原因：檢查發(fā)現(xiàn)只要加裝系統(tǒng)通電，飛機羅盤的指針就會偏轉，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致指針發(fā)生偏轉。

排除：重新選擇電纜敷設路徑，遠離飛機磁羅盤進行敷設，干擾排除。

5.3 示例三

現(xiàn)象：某型機螺旋槳試飛改裝中，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時，飛機系統(tǒng)及加裝的測試系統(tǒng)均可正常工作，但加溫控制器“反復起動”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起動會對飛機直流電網(wǎng)產(chǎn)生巨大的浪涌沖擊，短時造成飛機直流電網(wǎng)電壓劇烈下降，雖然系統(tǒng)中加溫控制器的抗電源擾動指標能滿足裝機產(chǎn)品研制要求，但相對較弱，當?shù)孛骐娫垂╇姇r，由于地面電源容量小，使得此時電網(wǎng)電壓的擾動更大，造成加溫控制器內部可編程控制器件發(fā)生誤觸發(fā)，導致加溫控制器陷入“反復起動”的往復循環(huán)。

排除：實驗證明，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起動的過程中，而其他時間段內加溫控制器均能正常工作，經(jīng)考慮最終選擇設計制作一套延時控制裝置，使專用逆變電源起動過程完全結束后，再起動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”出現(xiàn)無法正常切斷加裝系統(tǒng)電源的故障。

原因：經(jīng)檢查相關線路及設備狀態(tài)良好。進一步分析發(fā)現(xiàn)，該“總開關”并聯(lián)控制三個大功率接觸器線圈，每個接觸器控制線圈的額定電流均為0.5 A，正常工作時電流約 1.5 A。但因三個接觸器均具有約5 A的起動電流，使得加裝系統(tǒng)啟動時將對“總開關”產(chǎn)生約15 A的沖擊電流。而在實際系統(tǒng)中，“總開關”為ZKC-2型直流自動保險開關，其額定容量為2 A，雖能夠滿足正常工作需求，但遠小于系統(tǒng)的起動電流。因此，判斷故障原因為“總開關”的選型不當，導致其反復受到大電流沖擊，造成開關硬件損壞。

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

6 試驗機改裝中電磁干擾的防范措施

6.1 改裝中的電磁兼容設計

電磁兼容性設計是保證加裝系統(tǒng)電磁兼容性的前提和基礎，包括：控制干擾源的電磁發(fā)射、抑制電磁干擾的傳播、增強敏感設備的抗干擾能力。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)電磁感應場強度與距離的關系為1/3，其遠區(qū)電磁輻射場強度與距離的關系為1/，因此，在改裝中增大干擾源設備和易受干擾設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時間分離。針對因部分干擾源設備起動或停止時產(chǎn)生的浪涌干擾，采用將易受干擾設備的工作時間控制于干擾源設備起動或停止過程之外的方式。而對有部分干擾源設備產(chǎn)生的周期性干擾（比如雷達），采用在干擾源設備中設置閉鎖信號，使易受干擾設備在接受閉鎖信號后產(chǎn)生可靠延時的方式。④電氣隔離。此方法在改裝加裝的系統(tǒng)中經(jīng)常使用，用于需要實現(xiàn)可靠與飛機系統(tǒng)分離的設備中（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，增強加裝系統(tǒng)的抗干擾能力，具體包括：①電纜敷設。施工中應根據(jù)電線、電纜的電壓高低、電流強弱和干擾特性對電線、電纜進行分類組合，將電壓、電流在同一量級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。布線應按設計規(guī)范要求，盡可能降低耦合，使敏感線遠離干擾源，盡量利用現(xiàn)有結構進行隔離。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通過空間向外傳播，又可阻止或減少外界電磁場對易受干擾設備的影響[3]，為此設備、電連接器及導線的屏蔽體必須嚴格按規(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、信號電路、屏蔽和結構搭接的接地引線分開在不同點接地，嚴格將低電平信號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

電磁干擾產(chǎn)生的機理比較復雜，表現(xiàn)形式多樣，沒有固定的處理模式，因此，在實踐中不斷摸索和積累處理電磁干擾的經(jīng)驗，只有不斷地加強專業(yè)理論知識的學習，才能提高快速、準確定位和處理電磁干擾問題的能力。

［1］劉銘光.飛機電器［D］.廣州：中山大學出版社，2008.

［2］彭昌黎.電磁輻射抑制技術［D］.西安：中國飛行試驗研究院，2005.

TM615

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.01.052

2095－6835（2021）01－0134－03

譚秀萍（1966—），女，高級工程師，從事試驗機改裝工作。

〔編輯：張思楠〕