试验机改装工作中电磁干扰的有效抑制

2021-11-27谭秀萍白欣鹏张琦石娟

科技与创新 2021年1期

关键词：试验机干扰源电流

谭秀萍，白欣鹏，张琦，石娟

试验机改装工作中电磁干扰的有效抑制

谭秀萍，白欣鹏，张琦，石娟

（中国飞行试验研究院改装部，陕西西安 710089）

试验机改装工作中，根据任务需求加装系统设备和原机设备间一个较为突出的问题是电磁干扰的发生，通过几个较为典型示例，从实践的角度介绍了试验机改装中电磁干扰故障的排除技术，为此类问题的排除和预防提供了参考。

电磁干扰；电磁兼容性；干扰源设备；受扰设备

1 引言

试验机改装是指为了科研试飞数据的采集和传输，或为执行某任务，而在被试飞机上加装测试系统/被试系统，以及为此相关系统进行的局部更改。因试验机的内部空间相对狭小，电气设备多且密集安装，有些型号飞机设备老旧、自身电磁兼容性差，造成电磁环境复杂，导致试验机改装工作中电磁干扰故障一直较为突出。如果能总结一些常见的解决电磁干扰的方法，无疑会对此类故障的快速排除大有帮助。

2 电磁干扰定义

电磁干扰是指电气、电子和电磁设施在工作过程中产生的电磁噪声，在系统或设备内产生不希望有的电流或电压响应，电磁干扰的存在，会影响电子设备或系统的正常工作[1]。电磁干扰形成具备的三个因素：干扰源、传播途径、易受干扰设备。电磁兼容性是指设备或系统在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。

3 试验机改装工作中常见的电磁干扰故障

3.1 改装工作中常见电磁干扰源

在飞机电磁环境中，以下几种设备易引起干扰，在电磁兼容性设计和电磁干扰故障排除时应作为重点考虑：①发射机。通讯、雷达、遥测、视频、导航等无线电设备都能发射很强的电磁波，对于相应的接收机是有用的信号源，但对于其他的电气设备则是电磁干扰源。其发射不仅能经过天线和机箱本身向外辐射，还能沿信号线或电源线传导。②机载计算机设备。机载计算机设备是指主机、显示器以及数据输入/输出等设备。这类设备内部的开关电源与时钟振荡器等会产生较强的电磁干扰。③大功率开关器件。继电器、接触器（指大功率接触器）等开关器件是重要的干扰源，在电路中频繁地接通、断开感性负载时，产生的电磁干扰更严重。 ④旋转电机、电动工具。电机在启动、工作和停止瞬间都会产生电磁干扰，直流电机的整流子换向火花也是常见的干扰源。⑤发动机点火系统。发动机点火系统是一个阻尼振荡瞬变电压干扰源，火花放电器工作时会产生强度高、频谱很宽的电磁干扰。⑥变压器、变流器及类似设备。大功率静止变流机中的可控硅整流和调速系统的电流波动往往很大，其输入和输出端常设有大容量的电容滤波器件，这类设备的起动和停止均会在电网中产生浪涌电流，造成电网电压的瞬间跌落和电源波形畸变，产生严重的电磁干扰。⑦静电。感应静电可引起很高的电压而产生静电放电，形成较强的电磁干扰。

3.2 试验机改装中易受干扰的设备

试验机改装中易受干扰的设备类型较多，归类如下： ①飞机无线电通讯设备及音频信号电缆，如飞机电台等，尤其早期机型的无线电通讯设备及其未使用屏蔽的音频信号电缆等更易受到干扰；②改装施工中，在原机系统直接并线方式抽引电气信号时，涉及原机的所有电气系统；③机载磁性传感器，比如飞机磁罗盘、测试系统的磁性方位角度传感器等；④小信号测试传感器及其调节器，比如流量传感器、流量调节器、环境振动传感器及其低噪声电缆等。

3.3 试验机改装中常见的电磁干扰故障类型

改装施工中抽引飞机电气信号时，机载测试系统中的信号接收设备影响飞机系统正常工作。此类干扰多由机载测试系统中信号接收设备与所采集信号的电气阻抗特性不匹配，或加装线路/设备硬件故障等引起。

改装加装系统中大功率设备及其电缆在工作时干扰原机敏感设备，干扰多发生在狭小的空间，以电磁辐射的方式进行传播。此类干扰源多为机载测试系统中的采集器、发射机、功率放大器、测试电源线或射频电缆等，发生在上述设备工作的全过程，被干扰设备多为试验机通讯电台、罗盘等敏感设备。

大型用电设备或具有大起动冲击的用电设备，在起动过程中干扰部分敏感机载设备。此类干扰源多为大功率电机、加温器件、变压器和静止变流机等，多发生在此类设备的起动和停止阶段，干扰多通过飞机电源网络以浪涌的形式传播。

具有大起动冲击的用电设备起动过程中损坏部分控制器件。此类干扰源多为具有电磁线圈的控制器件，比如大功率接触器等，多发生在此类设备的起动过程，干扰表现为浪涌的形式。

4 试验机改装中电磁干扰故障的排除方法

综合分析，试验机改装中出现电磁干扰故障的原因和现象多种多样，通常采用以通电实验为主，结合理论分析的排查方法，突出直观、准确、快速。

4.1 查找干扰源，隔离故障

重点关注3.1中所提到的常见干扰源设备，将此类设备排在通电检查的前列：通电时，必须在飞机系统和受干扰设备通电正常工作的情况下，逐一开启改装加装设备，或逐一关闭飞机系统设备；遵循“先易后难、先外后内”的原则进行故障排查；确定干扰发生的具体时刻。

4.2 采取相应措施，排除干扰

根据干扰的形式和传输通道选择相应的措施，同样应遵循“先易后难、先外后内”的原则，最优的解决方案应兼顾经济性和可操作性等。

5 试验机改装中的电磁干扰排故示例

5.1 示例一

现象：某架机改装完成后，进行加装系统与飞机系统地面通电联试时，出现飞机武器系统指示灯异常燃亮的现象。

原因：经排查发现改装时，在武器系统并线抽引某开关量信号，将该抽引信号的改装电缆与飞机系统断开后，再进行检查指示灯恢复正常；对改装电缆重新导通和绝缘性能检查，导线状态良好；再次将该信号线接入飞机系统，只断开测试信号接收设备，对飞机系统进行通电检查，发现指示灯恢复正常，因此判断干扰产生于飞机系统直接连接的测试信号接收设备（一台开关量调理器）。进一步分析，发现该开关量调理器输入接口的阻抗与抽引的原机信号端口的阻抗不匹配，导致测试系统接入后改变了飞机原控制信号的电气特性。

排除：更改开关量调理器信号输入端口的调理模式，再次通电检查，故障排除。

5.2 示例二

现象：某架机改装中，发现改装加装系统干扰飞机罗盘的现象。

原因：检查发现只要加装系统通电，飞机罗盘的指针就会偏转，因驾驶舱空间狭小，一根改装电源线从磁罗盘附近经过，致使磁罗盘受到该电源线的干扰导致指针发生偏转。

排除：重新选择电缆敷设路径，远离飞机磁罗盘进行敷设，干扰排除。

5.3 示例三

现象：某型机螺旋桨试飞改装中，为了解决螺旋桨的加温除冰问题，加装了一套加温系统，地面通电过程中发现，在螺旋桨加温功能起动时，飞机系统及加装的测试系统均可正常工作，但加温控制器“反复起动”的现象。

原因：加温系统中专用逆变电源和被试螺旋桨加温功能的同时起动会对飞机直流电网产生巨大的浪涌冲击，短时造成飞机直流电网电压剧烈下降，虽然系统中加温控制器的抗电源扰动指标能满足装机产品研制要求，但相对较弱，当地面电源供电时，由于地面电源容量小，使得此时电网电压的扰动更大，造成加温控制器内部可编程控制器件发生误触发，导致加温控制器陷入“反复起动”的往复循环。

排除：实验证明，干扰仅发生于专用逆变电源和被试螺旋桨加温功能同时起动的过程中，而其他时间段内加温控制器均能正常工作，经考虑最终选择设计制作一套延时控制装置，使专用逆变电源起动过程完全结束后，再起动被试螺旋桨加温功能，干扰排除。

5.4 示例四

现象：某航电系统试飞改装中，驾驶舱“总开关”出现无法正常切断加装系统电源的故障。

原因：经检查相关线路及设备状态良好。进一步分析发现，该“总开关”并联控制三个大功率接触器线圈，每个接触器控制线圈的额定电流均为0.5 A，正常工作时电流约 1.5 A。但因三个接触器均具有约5 A的起动电流，使得加装系统启动时将对“总开关”产生约15 A的冲击电流。而在实际系统中，“总开关”为ZKC-2型直流自动保险开关，其额定容量为2 A，虽能够满足正常工作需求，但远小于系统的起动电流。因此，判断故障原因为“总开关”的选型不当，导致其反复受到大电流冲击，造成开关硬件损坏。

排除：因系统的起动电流为冲击电流，作用时间不超过10 ms，所以将该“总开关”更换为ZKC-10型直流自动保险开关，其额定容量为10 A，具有2倍过载时正常工作约25 ms的能力。更换后系统恢复正常。

6 试验机改装中电磁干扰的防范措施

6.1 改装中的电磁兼容设计

电磁兼容性设计是保证加装系统电磁兼容性的前提和基础，包括：控制干扰源的电磁发射、抑制电磁干扰的传播、增强敏感设备的抗干扰能力。为此必须研究干扰源的电气特性、电磁干扰的传播途径及敏感设备的感受特性[2]，主要有：①传输通道抑制。此方法在改装中和随后的电磁干扰故障处理过程中经常使用，包括滤波、屏蔽、搭接、接地和综合布线等。②空间分离。电磁干扰在传播中其近区电磁感应场强度与距离的关系为1/3，其远区电磁辐射场强度与距离的关系为1/，因此，在改装中增大干扰源设备和易受干扰设备间的距离可有效提高改装加装系统的电磁兼容性能。③时间分离。针对因部分干扰源设备起动或停止时产生的浪涌干扰，采用将易受干扰设备的工作时间控制于干扰源设备起动或停止过程之外的方式。而对有部分干扰源设备产生的周期性干扰（比如雷达），采用在干扰源设备中设置闭锁信号，使易受干扰设备在接受闭锁信号后产生可靠延时的方式。④电气隔离。此方法在改装加装的系统中经常使用，用于需要实现可靠与飞机系统分离的设备中（比如采集器、隔离盒等），主要有继电器隔离、光电隔离、变压器隔离、二极管隔离和DC/DC电源变换器隔离等。

6.2 改装施工中的电磁兼容性要求

规范施工不仅是实现改装加装系统电磁兼容性的保障，而且还能有效防止电磁干扰的发生和传播，增强加装系统的抗干扰能力，具体包括：①电缆敷设。施工中应根据电线、电缆的电压高低、电流强弱和干扰特性对电线、电缆进行分类组合，将电压、电流在同一量级和干扰类型相似的电线成束，使各种电缆分开一定距离或扒开成环形。布线应按设计规范要求，尽可能降低耦合，使敏感线远离干扰源，尽量利用现有结构进行隔离。②屏蔽。屏蔽是控制电磁干扰的主要手段，用屏蔽体将干扰源包围起来，既可有效抑制干扰电磁场通过空间向外传播，又可阻止或减少外界电磁场对易受干扰设备的影响[3]，为此设备、电连接器及导线的屏蔽体必须严格按规范施工，并可靠接地。③接地。接地是抑制电磁噪声和防止干扰的重要措施之一。施工中，必须将电源回路、信号电路、屏蔽和结构搭接的接地引线分开在不同点接地，严格将低电平信号地线与大电流地线分接在不同的螺栓上，避免通过搭接引线共地阻抗产生干扰。