航空光缆典型故障案例分析及预防

邓莉娟，连 可，尹进南，田 礼

（1.北京航天测控技术有限公司，北京，100070；2.中国人民解放军93147部队）

1 引言

二十世纪70年代以来，航空器尤其是军用飞机在不断发展。为了适应更为复杂多变的作战环境，机载军机航空电子系统经历了由分立式到联合式再到综合化发展的过程。高度综合化航空电子系统集成了大量不同种类传感器，可在任务执行过程中不断快速的重构各项功能，战场信息感知能力大大增强。随着系统集成度以及数据处理能力的大幅提升，系统产生的数据量呈几何级增长。为了适应高度综合化航空电子系统大容量数据传输的高宽带、高速率、低延迟以及系统减重等要求，光缆传输技术在新一代军用飞机上被广泛应用。

目前，装机使用的航空光缆主要包括射频光缆和数字光缆，其中射频光缆主要应用于航电设备中的信号传输和分配，用于替换传统的射频信号传输电缆；数字光缆主要应用于航电系统的光纤数据总线，替换传统的1553B等航空总线，在系统内各个电子设备之间进行信息交互。

2 航空光缆的特性分析

基于光传输和光纤的通用特性，航空光缆具有如下优点：

一是依托光通讯，具有较高的可靠性、电磁兼容性、耐腐蚀性和抗干扰能力，不受外界电磁场的干扰，传输保密性好，难以窃听；

二是光缆的体积小、重量轻、弯曲直径小、很容易布设，特别适用于对体积、重量及空间要求苛刻的航空机载平台传输射频信号；

三是光学载波频率高，可以在微波、毫米波频段很平坦的传输信号，幅频波动很小，带宽大；

四是相对于同轴电缆，光缆的传输损耗低，约为0.2dB／km，非常易于长距离无失真的传输信号。

同时，光缆的缺点也较明显：

一是光缆主要材质为玻璃，因此机械强度差，容易受外力破坏；

二是光缆数据传输依靠光反射原理进行，光缆端面容易受污染影响功能性能。

3 与光缆相关的几起典型故障案例

案例1：在某飞机制造厂总装集成阶段一架飞机航电系统通电自检测试时发现系统上报某功能失效，将与故障相关的分机进行更换后故障仍未解除，通过光功率计和光源对涉及报故功能的控制总线光缆进行测试发现光缆差损过大，与设计值不符；进一步排查发现，此光缆较长，在敷设过程中存在多处固定点，在固定点处通过钢制卡箍将多根电缆与光缆混合绑扎，由于在某固定处光缆处于电缆束外侧，卡箍过紧，进而造成光缆破皮，光缆线芯受损，插损变大，影响数据传输。随后，更换故障光缆，飞机重新通电检查自检测试功能恢复正常。

案例2：在某飞机制造厂总装集成阶段一架飞机航电系统首次通电自检时发现某子系统上报功能失效，通过对子系统进行日志排查时发现子系统与航电系统连接握手不成功，无法正常通讯，在超过启动时间后综合核心处理机上报该子系统失效故障。随后，更换相关分机和模块后故障仍未解除，使用激光笔对通讯交互涉及的光缆进行通光检查时发现该子系统与综合核心处理机通讯的FC总线光缆中有多路通光异常，进一步检查发现由于光缆较长，在光缆敷设过程中采取盘线弯曲处理时未考虑光缆传输所需的弯曲半径，致使光无法传输，差损过大。对盘线光缆重新整理，满足弯曲半径绑扎后飞机重新上电，该子系统恢复正常。

案例3：在某航电系统承制单位一套航电系统进行分机喷漆处理后，恢复系统联试时，发现系统上报某功能失效故障，故障定位过程中发现更换光缆后故障消除。随后进一步定位时发现，由于在分机喷漆处理拆卸后，未对现场调试光缆进行保护，致使光缆连接头端面暴露在日常空气中，粘接了微小颗粒，污染情况如图1所示。现场调试人员在将分机与光缆进行连接时未对光缆端面进行清洁即与分机进行连接，致使光缆端面被遮挡，射频光信号传输异常，随后使用清洁棉签将光缆连接头光缆端面进行清洁，清洁后的光缆端面如图2所示，重新连接后电子战功能子系统上电自检正常，故障排除。

图1 受污染光纤端面

图2 清洁后光纤端面

案例4：某外场一架日常执行任务飞机在机械日地面通电检查时发现系统上电自检后上报某航电系统功能失效，经初步检查定位为连接分机的光缆连接器端面受损。通过清洁棉签将光缆连接头清洁后故障消除，但随后正常飞行一段时间后故障重复出现。机务排故障过程中发现光缆连接器端面存在轻微灼烧现象，检查光缆对接分机光缆连接头亦发现光缆端面存在灼烧现象，最终确定为光缆在使用过程中存在异常的光缆端面会“传染”现象，即污染的端面和其它端面对接时，原本干净的端面会受到污染。由于一个接触面未彻底处置，在使用过程中更换正常光缆后，由于高功率激光在污染面或灼烧损坏面接触处持续不停的燃烧，连锁反应导致正常的光缆端面灼烧损坏，从而差损进一步变大，信号传输性能恶化影响信号传输，直至彻底损坏。将分机光缆连接器端面和光缆端面通过研磨机均进行处置后，故障排除。

4 故障原因分析归纳总结

通过梳理故障案例的定位过程可以发现，案例1是由光缆安装未考虑特殊保护要求造成光缆破损引起；案例2是由光缆敷设时未考虑敷设弯曲半径要求引起；案例3是由于设备在周转和使用过程中未对光缆端面进行保护而污染引起；案例4是由光缆端面损坏故障处置不彻底引起。这几个典型案例反映出航空光缆应用过程中所暴露的一些共性特点，即在新一代航电系统装配使用维护过程中仍以普通电缆方式对航空光缆进行安装使用和维护，未与时俱进，具体表现为：一是在光缆的敷设过程中未考虑光缆特性，以普通电缆敷设方式进行；二是在日常使用过程中缺乏对光缆及光缆连接头的保护；三是光缆类故障处置时未考虑到光端面灼烧后的连锁反应，故障处置不彻底。

5 故障预防措施及建议

随着装备新型航空电子系统的飞机加速生产和列装，航空光缆的应用会全面铺开，对于航空光缆的日常维护及故障定位、处置能力成为各级航空装备生产和使用、维护、保养人员所应具备的基本能力。但目前光缆仍处于大规模应用初期，各级人员的技术力量薄弱，尤其是缺乏有光缆维护实践经验的一线机务人员，同时针对光缆故障的定位及维修，均依靠光缆生产设备厂家开展，缺乏装备生产现场及外场维护保养所需的常用器材及工具。建议从如下方面，提高航空光缆完好率，确保战斗力生成：

5.1 提高从业人员航空光缆专业知识水平

普及航空光缆的特性认知。各级航空光缆使用维护单位需通过光缆生产厂家或专业途径了解其特性，掌握光缆基础知识，知悉航空光缆类型、使用场景及重要性，纠正关于航空光缆与普通电缆相同使用维护方法的错误理念。

加强人才队伍建设。对于涉及航空光缆应用、装配、敷设的先进航电设备承制单位和飞机总装单位，要支持业务技术骨干加强航空光缆业务知识学习，掌握最新技术、了解先进测试检测仪器设备的使用方法，通过理论加实操的方法培训提升各层级技术人员的技术水平，提高业务能力，防止光缆在生产、装配流转过程中受损；对于外场使用维护检修装备的机务人员，应在装备使用维护说明书中重点说明航空光缆的使用特性及维护保养方法，在新装备交付外场前加强对机务人员业务培训。装备交付后，应适时不定期举行模拟航空光缆故障排查定位及修复演练，对外场维保能力进行摸底，针对薄弱环节进行加强性训练，确保航空光缆在外场的正常使用和维护检修。

5.2 加强航空光缆保障条件建设

光缆的正常使用维护，离不开维护保障人员能力，更要有充足的检修仪器设备及保障材料。既有“巧妇”，还要有“精米”，才能做到未雨绸缪，预防为主。虽然光缆与常规电缆故障的排查定位方式与方法差异不大，但维修仪器设备及保障材料却大相径庭，因此更需要各个环节的单位重视并加大航空光缆相关仪器设备的配置投入，系统性的加强硬件条件建设，加大物力资源保障力度。

从航空光缆全生命周期各个阶段检修保障仪器设备的需求来看，光缆生产交付阶段保障条件建设重点应关注光缆的制造，检查及修复，所需保障资源以通用仪器为主；光缆集成敷设阶段保障条件建设应重点关注敷设后的光缆检查，所需仪器资源以便携式检查类仪器为主；装备外场使用维护阶段阶段保障条件建设应重点关注光缆的日常维护保养，所需仪器资源以一体化综合光网络维护工具箱为主。各阶段所需的相关仪器设备及配置建议如表1所示。

表1 航空光缆保障仪器设备工具清单

5.3 增加航空光缆生命周期过程控制手段

在航空光缆生命周期过程中增加使用维护操作要求，落实日常维护检查制度，降低故障风险。

在生产交付阶段，通过增加过程检验加强质量控制，对光缆增加包括盘线情况、光缆端面及防护盖的外观检查项，确保盘线合理，不超过弯曲半径，线缆无打结，缠绕等现象，确保光缆端面光滑、清洁无污染，并有防护盖进行端面保护。同时在装箱贮存时检查防护措施，避免线缆挤压，磕碰。

在集成敷设阶段，通过工艺指导文件严格落实光缆敷设要求和注意事项，做到：1、敷设前应检查确保光缆线束理顺，有无光缆打结、扭绞现象；2、敷设时边敷设边释放光缆盘绕应力，拖放速度要均匀，避免“浪涌”，避免扭转，不强力牵拉，同时盘纤时注意不超过弯曲半径；3、当光缆与其它电缆成束敷设时，应将航空光缆敷设在线束的内侧位置，防止卡箍损伤光缆。严禁将光缆组件敷设于棱边尖锐的物体上或布放到容易被踩踏或挤压的位置；4、敷设完成后，在光连接器还没有安装到设备上之前，禁止在没有任何保护措施的情况下让光连接器在自然状态下垂。

在使用维护阶段，通过维护使用说明书落实维护工作周期及事项，积极利用机械维护日等契机，增加光缆日常检查制度，针对摸索出的光缆故障易发情形进行光缆检查，检查应不局限于普通的通光测试，包括需通过光功率计等专用设备对光缆性能及光缆端面进行测试，对发现光纤端面存在污染光缆时及时进行清洁处理，清洁前确保清洁工具（如酒精、棉签、擦镜纸等）在使用前保持干净；清洁时先使用无水酒精清洁光缆端面，溶解端面的油脂或者其它粘合物，随后使用擦镜纸或无尘纸朝单向对光缆端面进行擦拭，用力需适中，避免清洁过程中光缆端面的硬质污染物造成划伤和凹坑；清洁后通过光纤端面检查仪进行检查，确保光缆性能正常，对存在损坏的光缆及时进行更换，避免光缆故障的“传染”。由于在检查过程中存在光缆拆装，拆装工作需要用手直接操作，而手上存有油脂、灰尘和各种碎屑，因此在拆装时应避免用手与光缆端面直接接触，同时拆装过程应避免光缆端面与法兰边缘或硬度高的物体直接接触。在光缆拆卸后，需及时对涉及拆卸的光缆及对接接头通过防尘帽、防尘盖等工具进行保护，避免空气中的灰尘沉积到光缆端面，时刻注意细节，避免引入新的污染源。

5.4 详实记录、总结经验为光缆改进提供支撑

目前，对于航空光缆的认知、使用以及维护保障水平仍处于较低层次，因此各级航空光缆使用维护单位应重点关注航空光缆故障案例集数据的收集整理，对故障排查定位的过程进行及时全面详细的记录，通过大数据手段定期对记录开展统计分析，找出故障发生的共性规律，同时建立相关机制和技术手段实现数据共享。如此，一是可以在故障发生时，根据先验经验，快速准确的指导故障排查工作；二是可以及时协调航空光缆生产、集成厂家，为改进工作提供支撑，将部分故障扼杀于萌芽之中，提高光缆使用可靠性，降低维护保障难度。