浅谈民用飞机电搭接测量技术的研讨

牛智远

（天津创客方舟科技有限公司，天津，300113）

电搭接设计是民用运输机设计过程中着重要考虑的重要因素之一，其关系到飞机结构件、设备间的静电导流、闪电防护、电磁影响等。

CCAR25《运输类飞机适航标准》和CCAR33《航空发动机适航规定》是民用运输飞机设计、研制、生产及使用过程中必须满足的最低安全标准，其对民用飞机电搭接设计同样提出了相关要求。因此，通过对民用飞机电搭接相关设计研究及相关适航条款要求符合性方法验证的分析研究，既是对民用飞机设计的实际指导，也是民用飞机及早取得适航证并促进航空工业发展的有利保障。

0 引言

飞机上任何电气、电子系统都需要利用搭接技术，通过结构连接建立一条稳定的低阻抗电气通路。通过对搭接分类及加工方法的研究，提出了在飞机上应用搭接技术的各种要求，以确保设备和人身安全，并抑制机载设备的电磁干扰、保证系统性能。首先针对飞机制造中的相关术语简介如下：

(1)基本结构

指飞机结构骨架以及铆接或焊接在结构骨架上，与其有低阻抗通路的金属蒙皮、角片、支架和型材。

(2)基础结构

承受载荷的构件，如蒙皮，隔框，肋，长桁，腹板等。

(3)主结构

连接两个或多个隔框的框、肋、腹板和长桁。

(4)次结构

通常为钣金件，不是永久性结构，至少有两处不同的部位通过三个或多个铆钉与结构连接，如附加支架和角材，检查板，踏板等。

(5)飞机框架

完整飞机结构，包含基础结构和主结构，但不包含动力装置和附件。

(6)固有搭接

指机械上相互连接的飞机结构部件之间或结构部件与基本结构之间，本来已有足够的低阻抗电气通路，无需再附加任何专门的元件或材料。

(7)搭接线

是导线、金属编织线或金属片，用于使原来无充分电接触的飞机结构部件之间或结构部件、设备、附件与基本结构之间有必要的低阻抗导电性。

(8)接地

指把设备的负载、売体或机架搭接到基本结构，为设备与基本结构之间提供低阻抗通路，为设备提供基准电位。

系统或子系统电路电路的公共连接导电介质（如飞机结构）以使飞机上的电势形成一个共同的参考平面。

1 电搭接的基本概述

■1.1 搭接

也称电搭接，搭接是指存在于两个物体间并由于（两个）物体间的低阻抗回路产生电导通的固定单元，是使飞机金属结构部件之间以及结构部件、设备、附件与基本结构之间有低阻抗通路的可靠的电连接。

migntian简单地讲，搭接就是指两个金属物体之间通过机械或化学方法实现结构连接，以建立一条稳定的低阻抗电气通路的工艺过程。换言之，电搭接是指在导电的结构件、设备、附件之间形成一条可靠的低阻抗电连接通路的一种机械连接方法。

飞机上任何电气、电子系统中，无论是一个小部件或整套设备都需要在金属体之间进行相互搭接，以便提供电源和信号的回路，因此搭接在飞机上的应用十分普遍。

■1.2 搭接目的

搭接的基本目的在于为飞机各金属结构件（金属部件）之间以及结构件（部件）、设备、附件与基本结构之间提供稳定的低阻抗通路，防止涉电设备、电线电缆及金属结构之间产生电磁干扰电平，抑制产生火花，提供可靠的单线制回路（即电源电流返回通路），也是防电击、静电防护、雷电防护以及保证各信号传输、天线性能最佳的必要措施。

搭接的良好与否，直接影响飞机的安全与性能。

电搭接的目的是在规定的功能和环境条件下，为电气能量在主结构、部件和设备间传导提供一个导电通路，对于飞机来说，就是在两金属间建立低阻抗的电流通路，以避免在相互连接的两金属间形成电位差。通过搭接，可以降低机箱和系统壳体上的射频感应电势，防止静电电荷的积聚，实现对射频干扰的抑制，保证系统电气性能的稳定，同时能够有效防止雷电放电的危害，从而保护设备和人身安全。

■1.3 电搭接的分类

搭接有着各种不同的分类方法。

1.3.1 按搭接的方法，可分为永久性搭接和半永久性搭接

(1)永久性搭接

永久性搭接是利用两种结构铆接、熔焊、锡焊、压接等工艺方法，将两种金属物体保持固定的连接。

它在装备的全寿命期内应保持固定的安装位置，不要求拆卸进行检查、维修。永久性搭接在预定的寿命期内应具有稳定的低阻抗电气性能。

(2)半永久性搭接

半永久性搭接是利用螺栓、螺钉、销键、紧固装置等辅助零件使两种金属物体连接的方法。

在需要进行检查、维修和替换部件的情况下，应采用半永久性搭接。

1.3.2 按搭接的形式，可分为直接搭接和间接搭接

(1)直接搭接

直接搭接是在互连的物体之间不使用辅助导体而直接由两种物体特定部位表面接触，建立一条导电良好的电气通路。

直接搭接一般通过焊接工艺在接合处建立起一种熔接的金属搭接，或者利用螺栓、铆钉在搭接表面间保持强大的压力来获得电气连续性。

(2)间接搭接

间接搭接是利用中间过渡导体（搭接条或搭接片）把需搭接的两个金属构件连接在一起。

在实际工程中，有许多场合需要使两种互连的物体在空间位置上必须分离或者保持相对的运动，这就妨碍了直接搭接方式的实现，此时就需要采用间接搭接。

1.3.3 按电搭接的应用

可分为七类，分别是天线及滤波器搭接、电流回路搭接、防射频干扰搭接、防电击搭接、静电防护搭接、雷电防护搭接、飞机及地面辅助设施接大地。

1.3.4 按电搭接的处理方式

主要有焊接搭接、铆接搭接、搭铁线搭接、表面搭接、螺接搭接、管路搭接、面板搭接等。

2 研究目的

飞机电搭接测量是检验搭接是否良好的有效措施，可以有效检测飞机各结构件之间以及结构件、设备、附件与基本结构之间是否按设计要求进行电搭接处理，并达到搭接阻值的设计。

在HB 8412–2014《民用飞机系统电搭接通用要求》中，“测量搭接电阻时，仪器探头的触点应尽量靠近零件、组合件或构件的接合处，一般距接合处应不大于20mm”。但在实际测量时，距离搭接结合处20mm范围内，基本上有表面防护处理（如喷漆等），如果仍然在该范围内进行测量，就不可避免的破坏表面防护。测量完后就需要对破损处进行修复。

但一架飞机需要测量的搭接点多达几百处。如果进行破坏性测量，就会无形中增加工作量和生产成本，也增加了飞机受腐蚀的风险。

因此，对电搭接测量技术进行研究，可以有效降低工作量、生产成本和飞机腐蚀风险，并测量出电搭接的准确阻值。

3 电搭接测量技术研讨

本文主要结合搭接工艺、电搭接处理方式、搭接测量要求及实际测量过程中遇到的问题等方面，进行测量技术研讨。

■3.1 电搭接测量时机选择

测量时机选择是电搭接测量的前提条件，测量时机选择不当，直接影响测量工作能否顺利实施。

电搭接测量工作通常在总装车间进行，将所有结构件、零部件、成品安装完成后，对所有的电搭接统一进行测量。但选择在总装完成后进行电搭接测量，极容易出现以下问题：

①部分电搭接测量被其他零部件、成品遮挡，总装后已经无法进行测量； ②部分电搭接测量需要拆卸一些零部件或成品后才能进行测量； ③测量后发现阻值超标或未做搭接，需要返回其他车间重新进行搭接处理。

因此，测量时机的选择应结合零部件制造、铆装、部装、总装等生产工序，将电搭接测量融入到各个生产工序中，在某一个或某几个电搭接处理工序完成后，进行该电搭接阻值的测量。例如通过焊接搭接、铆接搭接进行的搭接处理，可以在焊接搭接、铆接搭接完成后进行电搭接阻值的测量，而不需要总装完成后再测量。

■3.2 电搭接测量点选择

测量点可分为基准点和被测量点。每一处电搭接测量，都需要选择基准点和被测量点，基准点在飞机基本结构或被搭接的结构件上选择，被测量点在进行搭接处理的结构件、设备、附件等零部件上选择。

测量点选择是电搭接测量的关键步骤，一旦测量点选择错误，直接影响其测量结果，引起电搭接阻值超标误判。

某架飞机电搭接阻值第一次测量时，多处搭接阻值超出文件要求。经查发现需要测量的搭接处均已进行的搭接处理，结合搭接方法分析，如果按工艺要求进行了电搭接处理，其阻值可以满足设计文件的要求。因此对超标的搭接点重新选择测量点后进行测量，搭接阻值满足要求。

在实际操作中，一般不进行破坏性测量操作，将增加测量点的选取难度，因此，合适的测量点选择尤为重要，如果无法确定合适的测量点时，应多选几个点进行测量，以测量的最小阻值为准。现将部分测量点选择归纳如下：

(1)基准点选择

①可以选择电源的负端；②可以选择飞机基本结构或被搭接的结构件上未涂漆的铆钉、螺钉；③可以选择飞机基本结构或被搭接的结构件上非本次测量搭接点的裸露金属（搭铁线等）；④可以选择预留的搭接测量点。

(2)被测量点选择

①结构件的搭接：选择该结构件上未涂漆的铆钉或螺钉；②设备的搭接：选择设备外壳上裸露的金属（螺钉头、铆钉等）或设备上预留的搭接测量点；③天线的搭接：当天线安装完成后，天线外部已经没有裸露的金属，或者无法通过同轴电缆过线孔测量天线金属安装面时，如果安装孔处有与天线搭接面连通的金属，可以在安装时留出一处非搭接点的安装孔，选择该安装孔处的金属作为被测量点。

■3.3 电搭接测量方法选择

测量方法选择是电搭接测量的重要途径。电搭接测量方法有直接测量法、间接测量法和分段测量法三种。

(1)直接测量法

直接测量法是指直接用仪器测量电搭接处测量点的阻值，也是最简单的测量方法。

(2)间接测量法

当电搭接不能进行直接测量时，选择包含该电搭接通路的其他通路上的测量点进行测量，即扩大电搭接测量阻值通路。这样测量的阻值是电搭接处的阻值和该通路上除电搭接通路外其他通路的阻值之和。

采用该方法进行测量时，应确保该通路上到电搭接处的通路是唯一的。

当测量的阻值满足设计要求时，该电搭接阻值一定满足要求。

当测量的阻值不满足设计要求时，应测量该通路上其他通路的阻值是否超标，或者选择另一条通路重新测量。

(3)分段测量法

主要用于查找阻值超标原因的测量方法。

采用搭铁线搭接，直接测量发现搭铁线搭接超标，可以分段测量搭铁线本身阻值、搭铁线两端端子搭接处的阻值，查找阻值超标原因。

■3.4 电搭接测量要求

电搭接测量要求是电搭接测量技术的根本。合理完整准确的电搭接测量要求，可以起到事半功倍的效果。

电搭接测量要求应包括：①提出合理的电搭接的处理方式，考虑电搭接测量的可行性；②机上预留电搭接测量点；③成品预留电搭接测量点；④电搭接测量的具体操作文件，应尽可能详细的给出测量点位置，并配以图示说明；⑤结合生产实际，不断完善测量文件。

■3.5 搭接工艺

形成必要连接以使单元和单元间，单元和接地结构间形成良好的电导通的工艺。

■3.6 电搭接的验证

验证前应确保所有的搭接金属表面间和搭接跨接线连接点处无非导电涂层，如面漆、底漆、油脂、金属屑、防腐蚀层、缠绕带等材料。导电材料无需去掉。可以对要安装的带有一些涂层的元件进行搭接检查以确保涂层是否导电。具体的操作根据测量位置的表面处理状态不同而有所不同。

3.6.1 测量表面无非导电涂层

若测量区域没有非导电涂层，按工艺要求清洗后可直接测量；如果测量区域的已经涂有化学转化膜层，并能满足电搭接的验证，也可直接测量，若不能满足电搭接的验证，则需要将涂层去除掉后可重新涂化学转化膜层以实现搭接。

3.6.2 测量表面有非导电涂层

如果测量区域有非导电涂层，按工艺规定的工具清理非导电涂层，直至露出基材，打磨区域要满足下面要求：如果清理区域用于电搭接，清理区域不能超过接触区域的直径，不能小于接触区域的直径；如果清理区域用于连接搭接跨接线，清理区域应是搭接跨接线端子直径的1.5倍。搭接区域清理完毕后，按工艺要求进行清洗，然后重新涂化学转化膜层。在化学转换膜层形成后即可进行电搭接验证。使用规定微欧计等仪器测量搭接区域的阻值并记录在制造文件上。

3.6.3 测量表面的恢复

电搭接验证完成后，需把打磨过零件表面恢复原状。若零件表面的原来状态是无表面处理或是涂有化学转化膜层，则无需对零件表面做进一步的处理。若零件表面原来是底漆状态，则要在24小时内重新涂底漆，恢复零件表面状态，并在制造文件上记录底漆的相关信息。

4 电搭接的技术要求

■4.1 电流回路搭接

作为电源回路组成部分的结构部件之间，应有能够传输电源回路电流的低阻抗通路，其搭接电阻应不大于1mΩ。

■4.2 防射频干扰搭接

4.2.1 电气、电子设备

安装所有产生电磁能或对电磁场敏感的电气、电子设备或部件时，均应使设备外壳到基本结构有连续的低阻抗通路，其搭接电阻应小于2500 μΩ。对干有安装底板的设备或设备安装底板上有减震器而采用跨接线时,其设备的外壳到基本结构的电阻也应满足上述要求。

4.2.2 飞机蒙皮

飞机蒙皮应设计成装配后就固有防射频干扰搭接，使蒙皮成为均匀的低阻抗通路，构成蒙皮的所有构件（如机翼、机身等）之间，均应实现射频搭接。作为蒙皮组成部分的口盖、舱盖、检修门等以及水密铆接的蒙皮，均应搭接到基本结构，其搭接电阻应不大于1000μΩ。

■4.3 防电击搭接

4.3.1 金属导线管

用于安装导线、电缆的金展导线管，其各端均应搭接到基本结构，搭接电阻应不大于0.1Ω。

4.3.2 电气、电子设备

电气、电子设备裸露的金属机架或部件，均应搭接到基本结构进行接地，搭接电阻应不大于0.1Ω。如果设备的接地端或插头座的接地插针已在内部与上述裸露件相连接，则该裸露件可通过设备地线搭接到基本结构，不必再采用专门的搭接线。

5 电搭接测量技术的实例

本文将以空中客车AIRBUS A320系列飞机的机翼为例，现以接地和搭接接地点的测量进行具体电搭接测量实例的阐述。

(1)测试设备：APC–BTSS–150 直流测试装置

(2)测试方法

在每个接地螺栓上进行两次测试的设计要求，以证明主要和次级结构将安全地传送全面的设计额定电流，并且所有接地电缆至结构在要求的电阻限制内。

①地线离开线束之前，全螺栓电流容量使用测试引线。150A 用于主接地（详见图1a：主接地使用测试引线）。

②地线离开线束之前，全螺栓电流容量使用测试引线。30A 用于所有其他接地（次级接地）（详见图1b：次级接地使用测试引线）。

③电缆移去后的工作电流，在线束额定电流用于次级接地（详见图1c：主接地线使用机翼布线）。

④电缆移去后的工作电流，150A 用于主接地螺栓（详见图1d：主接地使用机翼布线）。

注意：测试必须以图1a，1b，1c，1d顺序进行测量。

图1

(3)测量标准

①分地线耳片和邻近的金属螺栓孔之间的直流电阻不得超过：如果在耳片和金属之间使用钢垫圈，阻值限定为1.0毫欧；如果耳片直接接触金属并且不使用钢垫圈，阻值限定为0.1毫欧；

②在耳片和主体结构之间，重负载交流发电机不得超过0.05毫欧（7.5mV在150A）。

③一旦证明主发电机地线可以被用作与次级接地相关的测试电流的共同回路。它也将作为参考点的次级接地螺栓测试部分，以证明次级结构正确地搭接至主结构。

④参考接地使起落架前枢轴接头与其它主要机翼结构之间最大的搭接电阻为1毫欧姆。

⑤使用测试引线证明150A的机翼布线接地螺栓至局部主结构在150A的完整性（参考图1a）。

确保测试设备上的电流控制设置为OFF。

连接测试设备正极电源至结构，在4049VN（L/Hand）& 4050VN（R/Hand），使用现有的螺母与螺栓（不得使用鳄鱼夹），通过8mm环端接延长引线和螺栓至结构。

准备结构接地回路铜板通过夹紧至前枢轴接头在Carriage bay下面未经处理的webbs（参见图3）。

图3

注意：必须小心，确保本连接是正确的，进行连接之前卡箍板和webb的表面被彻底地清洗。进行测试之前，检查初始20A测试是良好的连接。

连接重负载负电源引线至接地参考组件（如Plate ‘A’）。此操作可以在夹紧前进行，如果这样做是有利的。第二个Plate ‘B’将用于电压测量。

用Tywraps固定电缆至局部结构使它释放卡箍上的张力。

准备DVM 测量测试导线，用在主要接地螺栓区域使毫伏下降的读数，记录在指令表格中。

确认测试设备上的电流控制为零。

接通主电源至150A 测试设备，并且检查主电源指示灯显示电源打开。

测试设备电压表可显示重负载的输出端子小的读数。设置输出电流至20A和按绿色“Output On”按钮。输出电流将直线上升大约4秒钟。

如果电流表未响应，返回电流控制到零，关闭测试设备电源并检查测试回路是否断路。

测试电流设置在大约20A，并且测试设备电压表电压稳定（典型小于1V），保持–ve DVM测试探针在邻近主接地螺栓的清洁的金属上，+ve DVM测试探针在主接地螺栓的清洁的金属上，例如前梁、底部蒙皮等。

预期的DVM读数不应超过1.0mV。如果读数高于1.0mV，应检查安装程序和接合处的赃面。

保持20A的测试电流，使用DVM和探针以测量总电压降在150A测试接线片和Plate ‘A’和接地参考组件与Plate ‘B’之间。按压“Output Oあ”按钮，终止20A测试。

如果Plate ‘A’的读数超过22mV，关掉测试电流并检查ref.板和150A螺栓是否接触不良。

如果测试结果合格，则离开测试150A螺栓之间的DVM测试片和Plate ‘A’的参考。

设置输出电流至150A，且按压绿色“Output On”按钮。输出电流将直线上升大约8秒钟。观察DVM的读数并保持1分钟。如果电流稳定DVM的读数波动，或趋向快速增加超越限制，降低电流至零，并检查连接。

严禁带电流进行调整卡箍和螺栓松紧。

保持150A测试电流1分钟，并监控在局部结构至150A测试螺栓和参考板‘A’与‘B’过高的温度上升（>40℃）。

分钟后在150A电压降的测量如下：

测试连接片至Plate ‘A’；测试连接片至Plate ‘B’；邻近主接地螺栓至主结构（如前梁、底部蒙皮等）

测量的温度选择在最热点位置。任何温度上升超过40℃则需要断开电流。测量时远离试验区的机翼金属的环境温度。

除非进一步的测试迫在眉睫，否则按压红色“Output Oあ”按钮结束测试。关闭试验装置的电源，并断开连接到150A主接地的负测试引线。断开ref. plates ‘A’ & ‘B’。

为了证明次接地螺栓至局部结构的完整性使用测试引线全螺栓电流。

支架和参考‘B’之间的高压降将显示次级接地安装结构和主结构之间的不良搭接。通过保持测试电流和使用DVM至回路结构的测试部分，可以查明不良搭接的接合处。

确保测试设备的电源供应关闭，并且电流设置控制为零。连接测试设备如下：

负极电源引线至枢轴接头plates ‘A’或主150A接地螺栓；正极电源引线至选择的次级接地，使用测试引线通过4mm插口。使用30A额定鳄鱼夹进行连接。参考电压测试电缆至plates ‘B’和最终提供DVM位置。

图2

设置输出电流至30A，且按压绿色“Output On”按钮。输出电流将直线上升大约4秒钟。

使用DVM测试引线和探针测量支架和邻近结构之间的电压降。测量的值必须等于或小于测试结果表中给出的电压。

通过使用参考电压电缆自由端，从plates ‘B’测量支架和参考板 ‘B’之间的电压降。

只有在每个支架结构件或共同选定接地螺栓需要进行测试。

6 结束语

本文讨论了民用飞机电搭接的测量技术，结合电搭接的处理方式、搭接测量要求及实际测量实例，针对电搭接的测量时机选择、测量点选择、测量方法、测量要求等方面进行研究归纳，望能够对民用飞机电搭接测量有所指导与帮助，从而解决实际问题。