试验机改装的电磁兼容性研究

霍新晨 张寒

中国飞行试验研究院 陕西 西安 710089

引言

试验机改装是在试验机上加装各类被试、测试系统，通过各个系统的工作去测得飞机或任务系统的各项数据。随着现代航空技术的不断发展，各种机载设备层出不穷，不同设备和传感器之间的电磁兼容性能参差不齐。在改装过程中，由于试验机上空间狭小，加装各类设备繁多，电磁环境复杂。由此引发的电磁干扰对测试、被试系统及原机各项系统的干扰较为严重。怎样抑制电磁干扰，提升系统间的电磁兼容性显得尤为重要。

1 什么是电磁干扰和电磁兼容

电磁干扰是指设备工作时，设备本身及支持其工作的电缆产生的降低信号完整性的噪音，常见的电磁干扰有传导干扰和辐射干扰，试验机电气改装过程中两种干扰都会存在。电磁兼容是指设备或系统在复杂电磁环境中可以正常工作，并且不会对周围设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。

2 常见的电磁干扰类型

分析电磁干扰故障时，应从电磁干扰源、电磁波传输过程以及静电干扰等方面去研究，这对于快速定位故障点，找出相应的解决办法有巨大的作用。

2.1 常见产生电磁干扰的源头

在加装的任务系统以及飞机本身系统中，以下几种元器件和设备常常能引起电磁干扰[1]：①变频器等：变频器工作时会向电路内发射谐波电流和射频噪声电流，这会导致供电线路内电压畸变，对设备造成电磁干扰；②功率放大器、遥测发射机等：在测试系统中常见的遥测发射机、功率放大器、信号接收、发射天线等能发射功率较强的设备，提高电磁辐射对同一空间内的电子设备造成电磁干扰，甚至这种电磁干扰可以沿着支持其工作的电缆传播，对链路内的其他设备都造成不同程度的影响。③开关器件：在改装供电线路常出现的如：继电器、接触器、开关等，在工作过程中频繁启动线圈、感性负载时，引发的电磁干扰较为严重。

2.2 电磁波传输中的电磁干扰

试验机改装过程中，由于飞机本身空间以及负载功率的限制，常常采用“单线制”的供电方式，这种供电模式容易受到电磁干扰。从原机配电盒引出一根线通过保护装置来给改装系统供电，负线和屏蔽线常常在设备安装位置附近接地[2]。单根线的电源供电极易受到电磁干扰，而且由于不同用电设备的功率不同会导致电源连接部位电位不同，对用电设备造成影响。另外，大功率用电设备常常容易引起试验机供电线路和信号传输网络的波动，一些对电源和网络品质要求高的设备受到的影响会非常严重。

在改装线缆敷设过程中，由于线缆敷设通道的限制，射频线、信号线以及电源线不能满足分开敷设的要求而成一束捆扎[3]。这样不仅会导致测试线缆之间互相干扰，而且会影响到原机视频、音频等信号线；另外大功率电源设备的启停造成线路中的电压电流阶跃，对供电设备造成影响；遥测发射机，天线等设备的信号发射与接收，都会使得线路中存在着不同程度的电磁干扰，不用类型线缆间的电磁耦合会阻碍系统的正常工作，对飞机上磁性传感器，如：罗盘，磁航向传感器等有着很大的影响。

2.3 改装过程中存在的静电干扰

静电是一种存在于干燥空气和设备上的静止的电荷，易吸附灰尘。由于这种特性，易造成集成电路和半导体元件的污染，另外设备上覆盖灰尘会极大地增大设备的接地电阻，影响设备的正常使用，缩短使用寿命。静电在放电时，电流变化引起的感应磁场会引起磁性导航设备和电子设备的误动作，造成电磁干扰。其放电产生的电流会促使元件老化甚至击穿电子元件，危及设备安全。另外电流产生的热量释放也会对设备有一定的影响。

3 电磁兼容技术在改装过程中的应用

电磁兼容技术主要作用是抑制电磁干扰，良好的电磁兼容性是设备正常运行的前提和保证。在试验机改装过程中，常见的电磁兼容技术主要应用在以下几方面：

3.1 控制电磁干扰源

在改装过程中，首先要注意电源方面引起的电磁干扰。在设计施工过程中，尽量选用带有屏蔽层的，导电性良好的电源导线。在选取设备安装位置时要综合考虑，尽可能缩短电源线的长度，避免因为电源线太长而导致供电线路中压降太大的情况出现。在供电线路中不加或者少加一些对接，减少不必要的电压损耗，使得供电线路的压降符合相关标准。

其次，在安装设备时，要对设备进行电磁兼容试验，其电磁兼容性必须满足相关标准。在设备安装时，应对大功率设备和普通设备进行分类安装，进行“空间分离”[4]。比如：遥测发射机、功率放大器、GPS天线等，要尽可能远离其他设备，避免对其他设备产生干扰。在启动任务系统中的相关设备时，要按照功率由大到小的顺序启动，还应该给大功率设备安装“软启动”程序，避免大功率设备启动时对线路中其他设备及原机设备造成影响。对一些较为落后，品质较差的设备或者对电源敏感的设备，要在电源接口处串入滤波器，尽可能降低链路内电压、电流波动对其的影响。

3.2 优化传输线路

试验机改装过程中，任务系统的电缆基本都依附于原机线缆进行敷设。当传输线路中线缆电流变化时会产生感应磁场，其对感应磁场内的其他线缆会造成电磁干扰。所以，在改装线缆选材时，应选择带有屏蔽层的导线，避免出现耦合。在线缆敷设过程中，应对线缆进行分类，测试设备的线缆应和原机音、视频等其他通讯电缆分开敷设，与磁性导航设备如：罗盘等设备要保持足够的距离，避免电磁干扰[5]。高电压、大电流电源线应与配电控制线、信号传输线分开敷设，且要遵循“不平行”走向的原则，多个种类的线缆不应绑扎组合在一起。任务系统的线缆尽量与原机同类型电缆一同敷设，将同类型线缆通道合并。

改装新增的线缆应保持良好的接地，电连接器外壳、设备金属外壳和接地点连接完好。对于像发电机等会产生较严重电磁干扰部位的线缆，应在供电线缆外加套金属屏蔽网，实现“全屏蔽”。在接地点的选取过程中，电源回路、信号地以及结构电搭接要分开接到不同螺栓上，避免因为接在同一点引发接地阻抗，产生干扰。且接地点处的表面平整度等的处理要符合改装标准。

3.3 消除静电干扰

为了减小试验机上任务系统和原机设备上的静电，应对设备进行接地处理。对于改装过程中的设备和线缆要做好接地处理，避免静电产生进行静电屏蔽，如图1所示。对于一些敏感的磁性导航设备，如：罗盘、磁性方位角传感器等设备做好接地处理。在设备接口等进行金属隔离或加入滤波器，增强防静电能力。

4 试验机改装过程中典型的电磁干扰故障及解决办法

4.1 典例1

故障现象：某型试验机改装期间，由于平台较为老旧，汇流条上负载功率难以支撑任务系统的功率需求，需要直接从发动机上交流发电机引电到系统上。结果出现了脱离地面电源车后，飞机发动机无法开车的故障，且电源线发热严重。

故障原因：经过排查，发现是由于任务系统电源线选材时未选用屏蔽类型的导线，非屏蔽线在发电机启动时产生的瞬时电压触发了电机本身的自保功能，且电流变化产生的磁场使得发动机上磁感类元件受到影响，电流变化使得处于感应磁场内的线缆发热，产生的电磁干扰影响了飞机发动机的正常启动。

解决办法：为了减弱非屏蔽线的电磁干扰，将原线缆拆除，选用了新的带有屏蔽的导线将其替代，并且在导线外套上金属屏蔽网，减弱电磁干扰的影响。任务系统再次上电时，发动机可以正常启动，故障排除。

4.2 典例2

故障现象：某架机改装完成后，在地面开车过程中，出现了飞行员耳机内声音嘈杂，与塔台和地面指挥员无法沟通的故障。

故障原因：经排查线缆和数次试验后发现，由于测试系统某遥测发射机的同轴线缆在敷设时依附于原机音频传输线缆。这种大功率同轴线缆产生的电磁干扰使得原机音频线路受到了干扰。

解决办法：将原线缆拆除，重新选择新的线缆路径，避开原机音、视频传输线缆，与原机同类型电缆进行通道合并。后经试验，原机音频信号良好，故障排除。

4.3 典例3

故障现象：在某大型它机航电试验机平台改装时，需要270V直流以及220V交流等电源。在任务系统上电时，出现了“一上电就跳电报警”，保险丝烧毁的现象，且两套电源系统不能同时启动。

故障原因：任务系统中，交流逆变器和直流逆变器同时启动会对飞机的交、直流电网产生强烈的冲击，会造成逆变电源和飞机的短时电流过大。虽然系统中逆变电源的抗干扰指数能够达标，但在大功率启动时较弱，其启动时产生的干扰会使得飞机掉电和地面电源发生短路故障。

解决办法：经排故证明，故障发生在270V逆变电源工作时，三相115V电源通过相序保护器时产生了故障导致瞬间电流过大，引发飞机和地面电源车跳电。经协调决定厂家加装一套过流保护设备，增加设备抗扰能力。再次启动时，故障排除。

4.4 典例4

故障现象：某型机改装时，将部分设备安装到机上时，设备无法正常工作。设备在装机前都进行过上电联试，状态完好。

故障原因：经检查，发现设备内部电路板上元器件被击穿。查询发现并非上电导致元器件被击穿，而是在设备搬运和安装过程中，摩擦产生了静电。在静电放电过程中，击穿了元器件。

解决办法：设备搬运安装时，要注意除去设备上的静电，用接地线将设备与大地相连，解除静电危险。

5 结束语

电磁干扰是试验机改装和试飞阶段常见的电气故障之一。本文从电磁干扰源头，电磁波传输过程中以及静电干扰方面分析了常出现的电磁干扰问题。针对这3个方面提出了相应提高电磁兼容性的方法。对试验机改装过程中常出现的电磁干扰故障现象和解决办法进行了举例。

电磁干扰具有复杂性高，表现形式多样等的特点。有效抑制电磁干扰，提升电磁兼容性没有固定的方法，而是在面对不同情况时做针对性处理。不断积累经验，加强理论知识学习，随着技术手段的不断进步，快速发现、定位电磁干扰故障，有效提升电磁兼容性的方法会越来越多。