飞机的电磁干扰与抑制策略分析

飞机的电磁干扰与抑制策略分析

朱达祥,陈海咏,金磊

上海市质量监督检验技术研究院 上海市  201114

摘要：阐述电磁干扰产生原理和分类，抑制飞机电磁干扰的策略，包含电缆分层、使用双绞屏蔽线、接地，探讨做好飞机电磁干扰抑制，防止发生电磁干扰。

关键词：电磁干扰；干扰抑制；抗干扰策略

引言

飞机液压系统是飞机飞行控制系统的重要组成部分,通常用来实现起落架收放、襟翼、减速板操纵和刹车控制以及操纵舵面偏转等功能,其可靠性直接影响飞行安全。伴随着飞机设计自动化、信息化、精益化控制要求的进一步提升,与液压系统相关的电磁干扰问题日益突出和严重,部分问题已经严重影响到飞机的正常使用,亟需开展深入研究,为下一代飞机的液压系统电磁环境效应设计提供技术支撑。现代飞机液压系统由供压部分、执行部分、控制部分、辅助部分组成,为实现快速响应,液压控制系统中大量采用电磁阀作为通道开关控制元件、分布式液压压力传感器是为系统压力提供实时数据,两类器件大量使用使得液压系统体现典型飞机机电系统电磁干扰与电磁敏感的双重特征。本文结合飞机使用过程中出现的液压系统电磁干扰与受扰问题,研究飞机液压系统防护设计要点,提出系统优化设计建议,提升整机级液压系统的电磁防护设计能力。

1形成电磁干扰的条件及电磁干扰的分类

在电子线路中只要有电场或磁场存在，就会产生电磁干扰，两者是相辅相成的，因为电场会产生位移电流，电流又会产生磁场。形成电磁干扰必须同时具备以下3个因素：①电磁干扰源：指产生电磁干扰元件、器件、设备、分系统、系统或自然现象。②耦合途径或称耦合通道：指把能量从干扰源耦合（或传输）到敏感设备上，并且该设备产生相应的媒介。③敏感设备：指对电磁干扰发生响应的设备。

2飞机的电磁干扰与抑制策略

2.1电搭接管理

管理电搭接技术条件和全机各零部件的搭接电阻，以及实现不同搭接方式的数模图显示和目标设备搭接电阻的搜索功能，主要包括显示飞机电搭接技术条件内容和全机搭接电阻的实测结果。并能够把飞机系统的电搭接分为以下几类，本别是天线及滤波器搭接、电流回路搭接、防射频干扰搭接、防雷电搭接、静电防护搭接及飞机地面接大地。实现搭接设备的搜索、显示功能实现全机电搭接位置的数模图的显示及该搭接方式对应的设计要求和结果的输入、显示、查找及删除等功能。

2.2改变火控机系统时钟晶振频率

实验研究，实际电台受干扰的频点中大多为10MHz倍频点，而火控机的本身的时钟晶振频率为10MHz，这个频率信号经过振荡能量叠加，就形成了以10MHz为倍频点的高频噪声信号，从而通过辐射形式被电台天线接收，从而对电台产生干扰。只要改变火控机的晶振频率，避开飞行员使用的频率，就能有效解决问题。因此，通过对火控机两块CPU电路板上的时钟线路进行搭接处理，将系统的时钟晶振频率由10MHz改为14.7456MHz，再通过软件更改，采用数字滤波的方法，可以消除由于电子电磁干扰造成采样信号不准确。通过对火控机系统进行软硬件更改，基本消除了10MHz为倍频点的高频噪声信号。

2.3电缆分层

电缆分层是一种很好的抑制飞机电磁干扰的方法，在邻近的线路中，存在着分布电容和对地电容。交变信号通过耦合途径进行信号传播，交变信号传播到相邻线路，同时飞机机载电子设备的线缆也是最有效的干扰接收和发射天线，电缆能够充分发挥出信号接收、天线辐射效果。在消除飞机座舱红光照明干扰电台及机通故障时，将红光照明电源线与电台调制信号线并排紧靠，耳机内部的交流干扰声音比较明显。分开红光照明电源线与电台调制信号线，耳机内部的交流干扰声音呈现出逐渐降低趋势。红光照明电源线与电台调制信号线分开间距距离值越大，耳机内部的交流干扰声音越小。为此，在飞机上，将无线电调制信号线路与其他机载设备之间的电源线保持一定的间距距离，可以很好地消除电磁干扰。在安装座舱缆索过程中，飞机通信系统的电缆要和其他电缆保持一定的间距距离，如果受到不可抗力因素影响，无法确保飞机通信系统的电缆和其他电缆之间的间距距离，则必须将飞机通信系统的电缆和其他电缆保持彼此垂直、斜交、曲线走线等状态，以防止出现彼此平行状态。如果无法实现电缆分层，将干扰电源线或扰动导线分开涂覆，同样可以得到抑制飞机电磁干扰的效果。

2.4飞机液压系统电磁防护需求分析

为了实现对于飞机舵面控制、起落架收放、减速板收放、刹车等有效精确控制功能,液压系统中采用了大功率电磁阀,其断开过程产生的负向尖峰可达几百伏特,对电源系统产生较大冲击,可能导致同一电源系统下其他成品遭受严重的传导干扰。尖峰传递过程中对邻近线路造成的容性耦合干扰可能导致其他系统的弱信号受到干扰,破坏飞机控制监测系统的稳定,对飞机安全造成影响。液压系统的电磁阀表现出的强电磁干扰特征对系统安全性造成很大的挑战。为保证全机液压压力参数的准确性,飞机液压系统采用分布式压力参数采集方式,在各分支处将液压压力采集后经放大传递给远端数据处理单元,但由于飞机系统结构紧凑、设备布局紧凑、线缆布局密集,加上大功率无线设备的装备,使得处于开敞区的液压压力传感器的电磁兼容问题显得格外突出。液压压力传感器在使用过程中频繁受到外界干扰产生不稳定输出,无法满足使用要求。从飞机实际使用情况来看,液压系统既是机上的强干扰源,也是典型电磁敏感源,需要开展系统顶层设计,从源头化解风险,提升系统的测试性和可靠性。

2.5加强对放电刷的维护管理

利用尖端放电原理，释放飞机机翼和操纵面上的静电荷，从而避免静电进入无线电接收天线，防止对飞机通信系统、导航系统设备或其他电子设备产生干扰。对放电刷进行全面检查，确认所有放电刷均牢固地固定在底座上，重点对放电刷脱落、遗失情况进行全面排查，对雷击造成的灼伤现象进行全面检查，确保放电刷没有出现脱落、遗失问题，确保放电刷没有出现雷击造成的灼伤现象，其次，观察黑色导电层、金属底座是否有腐蚀的凹坑，注意放电刷前端的腐蚀程度最多不能超过放电宽度的三分之一。在更换放电刷基座时，严格按维修说明书进行绝缘电阻的测定，并定期进行绝缘电阻测定检查。如果检测结果不合格，必须及时更换，特别注意翼尖、垂尾、平尾顶端部位的使用与维护。

结语

飞机系统中的机载电子设备电磁干扰趋向于复杂化趋势发展，无法彻底消除，但可以通过多种技术手段控制电磁干扰，将飞机电磁干扰控制在一个限度之内，以确保机载电子设备的兼容性。飞机电磁干扰抑制研究继续向前推进，不断加强对飞机电磁干扰抑制技术的创新研究和推广应用，减少甚至避免发生电磁干扰，能够有效解决飞机电磁干扰问题，有效提升飞机电子系统安全稳定性能。

参考文献

[1]陈晋吉.飞机电磁兼容预测仿真研究[D].陕西：西安电子科技大学,2013.

[2]杨剑,张鹏.飞机电磁兼容性试验与试飞研究[J].电子科技,2011,24(02):66-69.

[3]时吉，雷虹，张涛.电子设备电缆布线方法[J].飞机设计》2019,39(2)：63-65.

[4]陈跃平，王洪军，李德志，陈万强，波连接器在机载电气互联系统中的应用[J].飞机设计，2018,38（6）：58-61.

[5]吕秋宁,王小凌，于忠毅.机场复杂电磁环境下装备应用的研究与分析[C].第六届中国航空学会青年科技论坛,2014,1487-1491.