基于软件仿真技术分析电台干扰油量表故障

2020-04-11于占辉薛磊王倩王铁成王庆石家庄海山实业发展总公司9403部队

航空维修与工程 2020年2期

■ 于占辉薛磊王倩王铁成王庆/石家庄海山实业发展总公司 9403部队

CST微波工作室是系统级电磁兼容及通用高频无源器件仿真软件，其应用范围涵盖电磁兼容、天线/RCS、高速互连SI、手机/MRI、滤波器等，可计算任意结构任意材料间的电磁问题。

EveryCircuit是一款电子电路模拟工具，可以建立任何电路，点击播放按钮即可观看电压和电流的动画。

1 故障描述

某型飞机由于设计时考虑电磁兼容性试验的等级较低，导致该型飞机普遍存在电台干扰容量表问题。干扰现象与环境、电台频率有关。具体表现为：电台在发射时，油量表显示的总油量不同程度地增长50～300kg，个别飞机的增长量高达500～900kg，其中，主油量基本不受干扰。油量系统被干扰的飞参图如图1所示。通过飞参判读，总油量跳变主要由副油量跳变引起。

2 原因分析

该型飞机电台天线安装于机身下部。由于地面的反射作用，飞机在地面时电台发射的辐射功率得到了增强，使油量表的跳变更加明显，加之线束的屏蔽等级偏低以及设计时的电磁兼容性试验等级低等原因，导致干扰问题多发。现从电磁兼容三要素入手进行分析。

2.1 电磁骚扰源

电磁骚扰源为电台天线，电台天线的辐射信号干扰了油量系统。用CST微波工作室建立如图2所示的天线模型，其中，W为1～128cm，H为6cm，h为1mm。仿真天线辐射方向图见图3、图4、图5。从图中可知，天线地的直径大于12cm时，辐射方向主要在Z轴方向，天线地的面积越大，效果越明显。结合该型飞机的天线，地面积越大辐射方向越向下，在空中对机身产品的干扰就越小。

2.2 耦合途径

电台干扰油量表的耦合途径有两种：一是空中辐射，即天线发射的电磁波；一是地电流的磁耦合，即机身蒙皮中电流产生的磁信号。

2.3 敏感设备

本故障敏感设备为燃油系统。主要的被干扰设备为距离天线最近的20Q传感器和20Q传感器的电缆。将20Q传感器插头断开，分别用示波器在机身电缆5号、1号、2号线上测量干扰信号，线束上均存在幅度约2V、频率为电台载频的干扰信号（见图6）。不过，此种情况下油量表显示器并没有跳变，说明电气盒已将此干扰滤除。

图1 油量系统被电台干扰飞参图

图2 天线模型

图3 2cm天线地的方向图

图4 12cm天线地的方向图

图5 128cm天线地的方向图

将20Q传感器连接后，再次用示波器在5号线上测量。图7为油量表不跳变的信号图，图8为油量表跳变约700kg的信号图。图7为干扰信号为正、负的交流信号，说明油量表不跳变；图8为干扰信号为负的直流信号，说明油量表跳变。

参照燃油系统原理图制作20Q传感器和电缆的模型图（见图9）。利用EveryCircuit软件仿真三根线被干扰后的情况。图10中1号、2号线干扰信号的相位、幅度不相等，出现类似图8的跳变图形。图11中5号线干扰信号的相位、幅度与1号和2号线不相等，出现类似图7的不跳变图形。图12中当1、2、5号线干扰信号的相位、幅度相等时，干扰信号为零。

图6 干扰信号

图7 油量表不跳变的信号图

图8 油量表跳变的信号图

仿真说明，只要1、2、5号线上被干扰的信号同相且幅度相等，则不会跳变。如仅有1、2号线上被干扰的信号同相且幅度相等，也不会跳变。

电台天线与20Q传感器的距离约为3m，利用CST微波工作室仿真传感器受到的电场辐射强度，如图13所示，从中可以看出，不同频率对于传感器的干扰大小是不同的，因此在允许的情况下电台应尽量选择对传感器辐射强度低的频率。由于影响因素众多，软件仿真的结果存在一定的误差，在实际应用中应予以考虑。

图9 传感器模型图

图10 1、2号线干扰信号相位及幅度不等的情况

图11 5号线干扰信号相位及幅度不相等的情况

3 应对措施

1）提高电缆抗干扰等级

图12 1、2、5号线干扰信号相位及幅度相等的情况

将20Q传感器的三根线束更改为55A1131-22-3/6/9-9三绞屏蔽线，增强抗干扰性（传感器改后见图14）。更改为三绞线，不仅利用了绞线可以产生方向相反的磁场信号和相互抵消干扰信号的优点，而且三绞线上的干扰信号同相、同幅，类似图12状态。为了避免线束的屏蔽层形成回路，屏蔽层采取单端下地的方式连接，在传感器端下地，插头端绝缘。

2）减少天线后向辐射

认真打磨天线接触处，保证电台天线接地良好，完善天线辐射方向图。

3）优化电缆铺设

因天线是垂直极化方向，20Q线束敷设时应尽量水平敷设，尽可能减少垂直线束敷设的长度。为了减少地电流的影响，20Q线束不能紧贴蒙皮。