飞机电磁辐射评估方法

焦毅++马涛

文章编号：2095-6835（2017）10-0015-02

摘 要：随着各种大型、大功率电子电气設备在飞机上的应用，飞机的电磁环境越来越复杂，对人体的健康也会造成一定的影响。简要探讨了评估飞机电磁辐射的方法，从而明确电磁辐射是否在人体的可接受范围内。

关键词：电磁辐射；最大活动包线；功率密度；飞机

中图分类号：V242 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.10.015

1 电磁辐射及其危害

电场与磁场的交互变化产生电磁波，并向外发射，从而形成电磁辐射。电磁辐射有电场和磁场分量的振荡，分别在2个互相垂直的方向传播能量。

人体生命活动包含一系列的生物电活动，这些生物电对环境的电磁波非常敏感。电磁辐射以电磁波的形式传播，虽看不见，摸不着，闻不到，但却无处不在。人体时时处于一定能量电磁波辐射环境中，辐射源的输出功率越大、频率越高、距离越近、接触时间越长，辐射强度和人体受到的伤害就越大。电磁辐射危害人体的机理主要表现为热效应和积累效应。对于长期接触电磁辐射的群体，即使功率很小，也可能会诱发病变，且电磁辐射对人体的伤害在短时间内不易察觉。由于积累效应，长年累月后，电磁辐射的存在会使人的精力和体力减退，导致人体免疫机能下降，从而引起癌症等病变。因此，电磁辐射成为继废气、废水、废渣和噪声后污染环境的又一大公害。

在现代飞机设计中，电子产品的使用数量越来越多，而大功率的辐射源，比如预警雷达等也不断出现在各种类型的飞机（预警机、电子战飞机等）上。随着飞机续航能力的提升和空中加油技术的发展，飞机机组人员每次执行任务的时间也在不断延长，进而导致电磁辐射带来的伤害也随之增大。在1991年第一次波斯湾战争中，美国的A-10“疣猪”攻击机共执行了8 100项作战任务，发射了近31 000发贫铀弹。贫铀弹是由核废料加工制成的，虽然其穿甲效果不同凡响，但是，发射贫铀弹的6管20 mm机关炮安装在机头下部，正好在飞行员座椅的正下方，导致A-10攻击机的男飞行员睾丸癌的病发率大大高于其他飞机的驾驶员。

电磁辐射对人体健康的影响逐渐被发现并受到人们的高度重视。在型号评估中，装备使用方也提出对飞机电磁辐射的考核要求。本文通过建立飞机上机组人员的活动空间，对飞机电磁环境的特点进行分析，研究适用于试飞期间的飞机电磁辐射评估方法。

2 电磁辐射测量模型的建立

要想测量飞机电磁环境对飞行机组的影响，首先要确定飞行机组的空间活动模型。

飞行员在空中飞行时，大部分时间，其姿势都是坐在座椅上，双手握住驾驶盘，双脚掌着力在脚蹬上。然而随着自动飞行功能的不断完善，飞行员双手和双脚的位置不再固定，但身体仍坐在座椅上，以应付突发情况。鉴于此，可以以座椅与飞行员接触的平面、飞行员各个关节为圆心作肢体活动曲面，综合考虑飞行员的生理尺寸，建立飞行员的动态模型，进而实现飞行员执行任务时的最大活动包线，具体过程如下。

根据中国飞行员选拔标准，建立飞行员的静态模型，如图1所示。

（a）飞行员静态侧视图

（b）飞行员静态俯视图

图1 飞行员静态模型

选取飞行员选拔的最大标准作为静态模型的尺寸，根据测量需求和飞行员的姿态，以脚掌为基准线，列举主要尺寸，具体如表1所示。

以733号运-8飞机上型号为TZY-1-F的飞行员座椅（尺寸为：870 mm×550 mm×1 340 mm，长×宽×高）为例，根据座椅和飞机的活动空间对活动范围的影响，参考图1，制订人体关节的最大活动范围，具体如表2所示。

参考图1，依据各视图的关节活动范围和活动肢体的长度，得出飞行员坐在型号为TZY-1-F的座椅上的最大活动包线，如图2所示。

3 电磁辐射的测量

3.1 测量参数

电磁辐射的定量指标主要有功率密度、电场密度和磁场强度。单位时间、单位面积内所接收或发射的高频电磁能量叫做功率密度，常用单位为W/cm2；空间各处电场的强弱和方向的物理量叫做电场密度，常用单位为V/m；空间各处磁场的强弱和方向的物理量叫磁场强度，常用单位为A/m。

由于飞机的电磁环境比较复杂，电磁波的频率比较高，大部分频率在3～3×105 MHz。现在的仪器在电场和磁场测量方面存在较大的技术困难，且三者之间可以换算或等效换算，所以，一般可通过测量功率密度来评估电磁辐射的强度。

3.2 测量点的确定

本文的第2节中已经确定了飞行员的最大活动包线，且在包线范围内不存在除人体外的其他辐射源（在测量中，不考虑人体自身辐射的影响）。由于距离越短，电磁辐射强度越大，因此，可以根据最大活动包线，参考飞机的设备布局情况，考虑人体重要器官的位置，设置测量点如下：①横轴方向，最大尺寸的2个点（手臂水平位置时），最低位置的左右2个点（小腿左右摆动极限位置时）；②纵轴方向，最大尺寸的1个点（小腿水平位置时），最高位置的1个点（手臂上摆到极限位置时）；③垂直轴方向，最高点1个（头顶位置），最低点1个（小腿在垂直位置时）；④人体重要器官部位取3个点，即眼部、胸部、腹部各1个点。

3.3 测量构型的确定

在飞机执行任务时，几乎所有的电子设备均处于额定功率甚至是最大功率的工作状态。按照从严考核的原则，在地面考核时，应依据安全规定，尽可能让发动机和雷达等电子设备的所有辐射源保持在最大工作状态。对于战斗机和特种飞机，应让所有的外挂物，比如导弹、电子吊舱等保持在战勤位置，并处于通电状态，且战斗机航炮的炮弹应是最大基数。

在测量电磁辐射时，应尽量选在外界干扰最小、与实际应用条件最相近的环境下进行。在测量之前，应关闭除必须使用的仪器等之外的所有辐射源（比如手机、对讲机等设备），尽量使用自带直流电源的测量仪器设备。如果必须使用交流电源线，应使用屏蔽线。

4 电磁辐射的评估

飞机上的电磁辐射大部分由微波（300～3×105 MHz）、超短波（30～300 MHz）、短波（3～30 MHz）组成，且由于电磁环境比较复杂，因此，可根据脉冲波的标准进行评估。在可接受范围内的功率密度和日剂量（1 d接受辐射的总量，按8 h计算）安全限值范围如表3所示。

在实际工作中，可以将飞机上所有的辐射源看成一个拥有多频段的辐射源，利用仪器对第i个测量位置的各个频段范围内的j个频点（可通过示波器测量电磁环境中存在的j个波段）功率密度进行n次测量，结果记为Pijn，然后根据式（1）和式（2）计算，即：

（1）

（2）

式（1）（2）中： 为第i个测量位置的第j个频点的平均功率密度； 为最大活动包线内第j个频点的平均功率密度。

利用式（3）进行评判，即：

（3）

式（3）中：Aj為第j个频点对应的平均功率密度（查表3得出）。

当测量值的计算结果满足式（3）时，表示电磁辐射在人体可接受范围内；当测量值的计算结果不满足式（3）时，应采取相应的措施保护人员的身体健康；当电磁辐射不满足要求时，除了采用被动的措施（比如穿戴防辐射服等）外，应根据试验结果确定造成较大影响的频点和辐射源，并以此为据针对辐射源进行电磁防护的设计更改。

5 结束语

建立试飞期间飞机电磁辐射的评估方法，可以为用户提供使用依据，也可以利用此方法确定辐射影响较大的设备，为设计的更改提供参考。此方法不仅可以运用于飞机电磁辐射对机组人员影响的评估中，也可以评估电磁辐射对布置在有大型地面辐射源附近的工作区和生活区的影响，以减小对人体健康的伤害。

参考文献

[1]邓琼.安全系统工程[M].西安：西北工业大学出版社，2009.

[2]胡海翔.电磁辐射对人体的影响及防护[M].北京：人民军医出版社，2015.

[3]翟明岳.电磁辐射风险沟通[M].北京：海洋出版社，2015.

[4]伊尔曼.飞行员航空知识手册[M].北京：航空工业出版社，2006.

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作者简介：焦毅（1986—），男，高级工程师，主要从事适航、安全性与标准化方面的研究。马涛（1975—），男，高级工程师，主要从事适航、安全性与标准化方面的研究。

〔编辑：白洁〕