民用飞机线束屏蔽环路判据电阻研究

王浙波+宁敏

【摘 要】线束屏蔽是保护飞机重要系统免受外部电磁环境干扰的重要手段之一。完整的线束屏蔽环路对于线束保护的有效性至关重要。一般情况下，通过测量屏蔽环路电阻可以判断线束屏蔽的完整性。判断的前提是明确判据电阻值。当测量阻值在判据电阻范围内，认为线束的屏蔽环路完整；如果测量阻值超出判据电阻的范围，则认为屏蔽环路出现故障。本文基于统计学原理，提出了一种工程可实现的获取线束屏蔽环路判据电阻的方法。

【关键词】环路电阻；线束屏蔽；闪电；高强度辐射场；保证大纲

0 引言

民用飞机在运营过程中，难免会遭遇恶劣的外部电磁环境，比如闪电、高强度辐射场等。为了保证民用飞机在遇到这类电磁环境时，关键和重要电子电气系统不受到不良影响，飞机在设计过程中必须考虑必要的防护措施[1]。其中，对关键电缆和线束采取线束屏蔽是目前被广泛采用的防护措施之一。

线束屏蔽层要达到良好的屏蔽保护效果，需要在屏蔽层的两端与连接器进行良好的搭接（这里主要针对闪电和高强度辐射场产生的高频电磁场，对于低于400Hz的低频干扰，一般采用单端搭接），连接器本身又与飞机主结构搭接，从而，线束屏蔽层与主结构之间形成了一个低阻抗环路，如图1所示。理想情况下，由闪电或者高强度辐射场带来的电磁场变化，只会在该低阻抗环路上感应出有害电流，不会影响屏蔽层内部芯线。

图1 线束屏蔽环路示意图

线束屏蔽环路保持低电阻状态对于维持其对芯线的保护效果十分关键，因此，国际上通用的做法是，定期对关键系统的相关线缆进行环路电阻测量，确保其电阻值保持在合理范围内[2]。比如，波音公司就在其具体机型的维修手册中对不同电缆的环路电阻值设定了判据区间，以便维修人员发现问题[3-5]。对于新研机型，确定线束屏蔽环路的判据电阻对维修工作意义重大，是持续适航不可或缺的内容。

1 线束屏蔽环路判据电阻

在飞机的维修保养过程中，定期测量线束屏蔽环路电阻已经是国际主要民机制造商的通用做法，空客公司和波音公司在其飞机的维修手册中都有具体的要求。由于国内民机制造起步比较晚，这方面还是空白，亟需填补。针对如何确定线束屏蔽环路判据电阻，本文从两个方面进行了探讨，即：1）哪些线束需要定期进行屏蔽环路电阻测量；2）如何确定这些线束的判据电阻值。

1.1 线束选取

飞机上的电缆和线束数量庞大，且并非所有电缆和线束都进行了屏蔽保护。对所有电缆和线束进行屏蔽环路电阻测量不但没有必要，而且会大大增加维修成本，影响经济性。在选择测量范围的时候，应该考虑：1）线束所在系统执行的功能等级。一般选择对执行关键功能的系统的相关屏蔽线束进行测量；2）线束安装位置。主要考虑安装在电磁暴露区域的屏蔽线束，往往这些区域也是振动相对剧烈，温度、湿度变化明显的区域，对线束屏蔽层和连接器的影响较大。基于这两个原则，可以将测量范围主要集中在飞机的动力系统、高升力系统、主飞控系统、起落架系统等。

1.2 基于统计学原理确定判据电阻

线束屏蔽环路判据电阻作为维修工作的输入项，其自身数值的合理性必须得到保证。但是，工程实际中，有许多因素可以影响到最后的环路电阻值。比如，线束屏蔽层的材质、线束的长度、屏蔽层与飞机主结构形成低阻抗环路中的各部分搭接情况、环路电阻测试仪的测量精度等等。所以，针对每一个新研的机型，线束屏蔽环路判据电阻都需要重新确定，不能以其他机型的经验值代替。

通过以上分析，可以知道在工程实际中，即使对同一架机的同一根线束进行多次的屏蔽环路电阻测量，也会得到不同的电阻值。如果是同一型号不同架次的飞机，其测量值更不会一样。因此，线束屏蔽环路判据电阻是一个电阻区间，而非固定值。至于该区间的上下限如何界定，则可以借助统计学原理，即通过大量样本数据采集，对采集数据进行统计处理后得到判据电阻。

在具体介绍如何确定判据电阻的上下限之前，我们需要明确一些条件和假设。首先，数据采集需要在总装下线的新飞机上进行；其次，需要进行屏蔽环路电阻测量的线束的EWIS构型在其后的所有架次中保持不变，线束构型的变化将导致判据电阻无效；最后，采集的数据样本符合高斯正态分布。

基于以上条件和假设，我们令采集到的环路电阻数据为数组X，X=[x1，x2，…，xN]。其中N为样本数量。根据样本数据，可以得到样本的均值x和方差σ2如下：

根据高斯正态分布的3σ原则可知，样本落入区间[x-σ，x+σ]的概率为68.3%，落入区间[x-2σ，x+2σ]为95.4%，落入区间[x-3σ，x+3σ]的概率为99.7%。由于我们假设环路电阻测量值服从高斯正态分布，在线束屏蔽环路完整且测量正确的情况下，测量值应该有99.7%概率在区间[x-3σ，x+3σ]内。换言之，如果测量值没有在区间[x-3σ，x+3σ]内，则可以认为屏蔽环路中某个环节出现了问题。

图2 高斯正态分布的概率密度函数

由上面的分析可知，线束屏蔽环路判据电阻的上限值可确定为x+3σ，下限值可以确定为x-3σ。

接下来需要明确样本数据的组成，即X=[x1，x2，…，xN]，因为它直接决定了判据电阻中的关键参数值x和σ。理论上，样本数据的数量N越大越好，不过实际工程中不可能对每架飞机进行测量后再形成维修判据。所以，可行的方案是，先对部分总装下线的飞机进行测量形成判据。其后下线的飞机也进行同样的测量，数据累计到一定程度再更新判据。此外，在采集样本时，同一线束的测量可采取不同部位多次测量的方式。

2 结语

飞机线束屏蔽环路的完整性对飞机持续适航具有重要意义，而测量线束屏蔽环路电阻是检查屏蔽环路完整性最便捷的方法。检查过程中，明确屏蔽环路电阻的判据值是整个过程的关键。本文结合工程实际，以统计学原理为基础，介绍了一种切实可行的判据电阻确定方法，为线束屏蔽环路维修工作的推进提供了一种思路。

【参考文献】

[1]宁敏，陈洁.关于民用飞机闪电/高强度辐射场防护保证大纲的研究[J].科技信息，2012（5）.

[2]Godo E L， Van Deventer B. Loop resistance tester： A non-intrusive method to measure connector and shield resistance[C]//Digital Avionics Systems Conference， 1998. Proceedings.， 17th DASC. The AIAA/IEEE/SAE. IEEE， 1998， 1： A25-1-6 vol. 1.

[3]苏文波.BOEING飞机线路屏蔽环路分析及维护[J]中国新技术新产品，2013（16）.

[4]陈庆丰.浅谈屏蔽线回路电阻的测量[J].航空维修与工程，2010（01）.

[5]范同春，王兰普，闫京原.环路电阻测试仪及其应用[A].探索创新交流——中国航空学会青年科技论坛文集[C].2004.

[责任编辑：汤静]