飞机改装中的电磁兼容技术

张 焰

（中国飞行试验研究院改装部，陕西西安 710089）

飞机改装中的电磁兼容技术

张 焰

（中国飞行试验研究院改装部，陕西西安 710089）

介绍了飞机改装电气施工的特点，总结分析了飞机改装常见的电磁兼容问题，并针对常见电磁兼容问题给出了有效的解决方法。

飞机改装；电磁兼容；电磁干扰；电气施工

飞机改装是中国飞行试验研究院科研试飞的一个重要环节，涉及到在试验机上加装机载测试设备、被试设备，以及按照任务需求对试验机的结构、气动外形，以及飞控、发动机、航电、电气、武器、燃油、雷达、液压、环控、起落架等重要系统进行改装。改装中加装的电气线路或经过改装的原机线路与试验机原有电气线路和系统间存在着复杂的电气或电磁交联，因此，做好电磁兼容防护在飞机改装工作中十分重要［1－2］。

1 当前飞机改装中电气施工的特点

飞机改装工作多在已出厂的飞机上进行，其电气施工具有以下特点：

1）试验机设备舱可用空间狭小，施工空间开敞性差、限制多，改装加装的设备和电线电缆的布局安装难度较大；

2）随着新型飞机性能的不断提升，试验机自身的电气设备越来越多，其中的精密、敏感设备越来越多，机载设备的安装越来越密集，用电功率越来越大，产生电磁兼容问题的可能性越来越大；

3）飞行试验的要求越来越高，使得改装加装的各类设备数量越来越多，用电功率越来越大，飞机改装面对的电磁环境越来越复杂；

4）部分试验机型号老旧，其自身机载设备的电磁兼容性能较差，容易与改装加装的测试、被试设备发生电磁兼容问题；

5）电磁干扰在飞机上的传播路径多、表现形式多样，电磁兼容问题的定位和排除困难。

2 飞机改装中常见的电磁兼容问题

2.1 电源问题

1）改装加装的大功率用电设备易引起试验机电网电压波动，影响部分对电源品质要求较高的机载设备和改装加装设备；

2）改装加装的带有大功率电磁线圈的设备在飞机电网中会引起较大的浪涌或尖峰，影响部分敏感设备的正常工作；

3）飞机改装加装的大功率二次静变电源对试验机电源系统的电源品质影响极大，其影响随着电源功率的增大而增加，易影响敏感设备的正常工作；

4）部分改装加装设备对电源的品质要求很高，尤其是保持正常工作允许的掉电时间等供电需求，常用的接触器等控制器件的触点机械转换可能影响其正常工作。

2.2 电磁辐射问题

试验机上的辐射源多，辐射频率的范围宽，部分辐射源功率极大（如雷达等），发生电磁兼容问题的几率较大。

被改装试验机上多配有大功率雷达和大量的各型天线，机身内装有大量电子设备，敷设有大量电线电缆，改装在此基础上再加装新的测试、被试系统天线，及大量的设备和电线电缆，改装后试验机上的天线、设备、电线线缆间容易因辐射引起电磁兼容问题。

2.3 “单线制”供电引起的电磁兼容问题

在飞机上的电源系统中普遍采用“单线制”的供电方式，即正电从飞机发电机或二次电源的正端输出，经保护和控制分别供给到不同的用电设备，而各用电设备和飞机发电机或二次电源的负端则分别就近与飞机的金属结构体连接，将飞机的金属壳体作为公共的“地”。

此种供电模式虽然具有设计施工简单、装机电缆重量轻等突出的优点，但也存在着电源线路易发射和耦合电磁辐射的缺陷，同时，不同电源和大功率用电设备的电源负端会改变其搭接部位周围飞机金属壳体的局部电位，对周边的其他用电设备产生影响。

2.4 静电干扰问题

飞行中，由于机体与空气的高速摩擦，会在飞机上产生大量的静电积累，虽然飞机上设有静电泄放装置，但是机体的部分区域仍会累积较高的静电电压，静电电压会通过传导和放电的方式产生电磁干扰。

飞机上的人造纤维、塑料制品，以及工作人员的毛发和着装等都是常见的摩擦起电材料，同时，机舱内的环境相对比较干燥，因此，在飞机内不可避免地会容易产生静电。尽管静电具有电压高、能量很小的特点，不会伤害人体，但静电放电却有可能影响飞机上敏感设备、传感器等的工作，甚至造成设备损坏。

3 飞机改装中的电磁兼容防护措施

3.1 电源问题的防护措施

1）减小电源线路的压降损失

①减小电源线路的阻抗 使用尽量短且粗的导线作为电源线，保证电源线路压降满足相关标准的要求。②保证设备的良好接地 电源线路接地的设计施工应根据接地点承载的电流、电压和施工环境综合考虑选择接地部位、接地螺栓、接线端子和连接方式。

③减少非必要的搭接和转接 严格按相关施工工艺进行搭接施工和保护，控制线路中搭接和转接的数量，避免搭接不良。

2）将改装加装的大功率用电设备和其他设备分组供电，按照“先大后小”的顺序分时起动，避免因大功率用电设备的起动影响其他设备。

3）为大功率用电设备设计加装“软起动”装置，减小其对飞机电网的冲击。

4）针对敏感设备或品质较差的电源输入／输出端口增设滤波器，提高其电源品质。

5）采用多电源分组供电，避免大功率干扰源设备与敏感设备共用电源。

6）针对部分对电源掉电时间要求高的改装加装设备，在改装设计施工中除了需选用品质可靠的电源外，还应使用功率二极管作为电源的控制转换器件，以确保此类设备的供电品质。

3.2 电磁辐射的防护措施

1）谨慎选择装机设备，所有装机设备均应通过必要的电磁兼容实验，并满足GJB151A，GJB152等电磁兼容标准的要求。

2）改装加装的天线应严格按标准施工，并保证新加装天线和原机天线间的距离，必要时，在应预先对改装加装天线的方案进行天线电磁兼容分析和评估。

3）对所有改装加装设备与拟安装舱位的原机设备统筹安排，按照设备功率和电磁兼容的敏感度等要素分组，合理布局加装设备的安装。

4）对系统的控制和信号线路选用屏蔽绞线，必要时，可选用多层屏蔽导线，或者在集束后的导线外再增加屏蔽网套。

5）对改装加装的导线，按其承载信号的特性合理分组，选择试验机上同类型原机电缆的通道进行敷设或单独敷设，对于改装加装的屏蔽导线，在保证其屏蔽良好接地的前提下，可放宽电缆敷设的限制。

6）改装施工部位的电磁辐射很强时，应为加装的敏感设备的输入／输出端口选配具有360°屏蔽功能的电气插头，并对其相关的电缆进行360°全段屏蔽。

7）用金属盒、盘、箱、柜等封闭系统中的接触器、继电器、断路器、保险丝等大功率电气控制保护器件，可有效防止其对外的电磁辐射。

8）保证导线屏蔽层和设备金属壳体与试验机金属壳体间的良好连接，即“接地”，其中导线屏蔽层的接地应按导线中承载信号的频率选择接地形式。当电缆中承载的信号频率不大于50 k Hz，或接地引线长度小于0.15λ（λ为系统最高工作频率所对应的波长）时，要求导线屏蔽采用单点接地；当电缆中承载的信号频率大于50 k Hz，或接地引线长度大于0.15λ时，要求采用间隔0.15λ的多点接地，实际施工中则至少应将屏蔽层的两端实施接地。

3.3 “单线制”供电引起的电磁兼容问题的防护措施

1）对使用“单线制”的配电线路应选择合适的敷设路径（如：选择靠近飞机蒙皮的路径敷设等），并可考虑使用屏蔽导线。

2）严格按标准实施电源负线的接地操作，保证接地部位的阻抗满足相关标准要求，严格控制设备负端与电源负端间的阻抗。

3）将使用不同电源的用电设备在不同的接地点分组接地。

4）将改装装机设备的电源负线按照其用电功率的大小合理分组，分开接地，或将大用电设备的电源负线单独接地。

5）对工作电流小于10 A的改装加装设备可考虑使用屏蔽绞线作为电源线，实行“双线制”供电。

6）区分电源负线、信号负线、屏蔽地线、机械地线等不同的需要与飞机金属壳体搭接的导线，谨慎选择各类接地线的搭接部位，防止通过接地线传递干扰。

7）对于大量使用复合材料的新型飞机，应选择在飞机上的专用接地汇流条接地，若设备加装部位不便于接地施工，则需按要求在该设备加装区域增加专用接地汇流条，并通过专用接地导线与试验机的接地汇流条或相应电源的输出负端连接，保证各环节的接地阻抗满足要求，确保接地可靠。

3.4 静电干扰的防护措施

1）做好改装加装电气线路和设备的绝缘，防止在其间发生静电放电。

2）针对敏感传感器和设备及其信号线路做好屏蔽和屏蔽的接地，防止静电积累。

3）在装机设备的选型和研制过程中，增加其输入／输出端口的隔离、滤波等性能要求，增强设备自身的静电防护能力。

4 结 语

飞机改装过程中，有关电磁兼容的设计和施工是直接关系到改装加装设备／系统工作性能的重要工作，它涉及的环节多，影响的因素多，且需要较高的经济投入。由于当前我院尚不具备对试验机电磁兼容性能进行定量综合检测和评估的能力，所以在飞机改装的设计施工中存在着电气元件选型较为保守、部分改装电气施工缺少成熟工艺和检验标准、改装成本不易控制等问题。面对未来新型试验机上日趋复杂的电磁环境，我们需要大力学习和借鉴国内外飞机设计制造中先进的电磁兼容防护技术，并且在实践中不断地进行探索、总结和完善。

［1］ 白云同，吕晓德.电磁兼容设计［M］.北京：北京邮电大学出版社，2001.

［2］ 齐兴昌，宋祖勋.复杂电磁环境中电磁干扰现象分析与解决措施［J］.华北科技学院学报，2005，2（1）：81-83.

V243

A

1008-1542（2011）07-0218-03

2011-06-20；责任编辑:冯 民

张 焰（1973-），男，辽宁大连人，高级工程师，硕士，主要从事试验机加改装电气设计方面的工作。