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（1.北京航天測控技術(shù)有限公司，北京，100070；2.中國人民解放軍93147部隊）

1 引言

二十世紀(jì)70年代以來，航空器尤其是軍用飛機(jī)在不斷發(fā)展。為了適應(yīng)更為復(fù)雜多變的作戰(zhàn)環(huán)境，機(jī)載軍機(jī)航空電子系統(tǒng)經(jīng)歷了由分立式到聯(lián)合式再到綜合化發(fā)展的過程。高度綜合化航空電子系統(tǒng)集成了大量不同種類傳感器，可在任務(wù)執(zhí)行過程中不斷快速的重構(gòu)各項功能，戰(zhàn)場信息感知能力大大增強。隨著系統(tǒng)集成度以及數(shù)據(jù)處理能力的大幅提升，系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量呈幾何級增長。為了適應(yīng)高度綜合化航空電子系統(tǒng)大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)母邔拵?、高速率、低延遲以及系統(tǒng)減重等要求，光纜傳輸技術(shù)在新一代軍用飛機(jī)上被廣泛應(yīng)用。

目前，裝機(jī)使用的航空光纜主要包括射頻光纜和數(shù)字光纜，其中射頻光纜主要應(yīng)用于航電設(shè)備中的信號傳輸和分配，用于替換傳統(tǒng)的射頻信號傳輸電纜；數(shù)字光纜主要應(yīng)用于航電系統(tǒng)的光纖數(shù)據(jù)總線，替換傳統(tǒng)的1553B等航空總線，在系統(tǒng)內(nèi)各個電子設(shè)備之間進(jìn)行信息交互。

2 航空光纜的特性分析

基于光傳輸和光纖的通用特性，航空光纜具有如下優(yōu)點：

一是依托光通訊，具有較高的可靠性、電磁兼容性、耐腐蝕性和抗干擾能力，不受外界電磁場的干擾，傳輸保密性好，難以竊聽；

二是光纜的體積小、重量輕、彎曲直徑小、很容易布設(shè)，特別適用于對體積、重量及空間要求苛刻的航空機(jī)載平臺傳輸射頻信號；

三是光學(xué)載波頻率高，可以在微波、毫米波頻段很平坦的傳輸信號，幅頻波動很小，帶寬大；

四是相對于同軸電纜，光纜的傳輸損耗低，約為0.2dB／km，非常易于長距離無失真的傳輸信號。

同時，光纜的缺點也較明顯：

一是光纜主要材質(zhì)為玻璃，因此機(jī)械強度差，容易受外力破壞；

二是光纜數(shù)據(jù)傳輸依靠光反射原理進(jìn)行，光纜端面容易受污染影響功能性能。

3 與光纜相關(guān)的幾起典型故障案例

案例1：在某飛機(jī)制造廠總裝集成階段一架飛機(jī)航電系統(tǒng)通電自檢測試時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)上報某功能失效，將與故障相關(guān)的分機(jī)進(jìn)行更換后故障仍未解除，通過光功率計和光源對涉及報故功能的控制總線光纜進(jìn)行測試發(fā)現(xiàn)光纜差損過大，與設(shè)計值不符；進(jìn)一步排查發(fā)現(xiàn)，此光纜較長，在敷設(shè)過程中存在多處固定點，在固定點處通過鋼制卡箍將多根電纜與光纜混合綁扎，由于在某固定處光纜處于電纜束外側(cè)，卡箍過緊，進(jìn)而造成光纜破皮，光纜線芯受損，插損變大，影響數(shù)據(jù)傳輸。隨后，更換故障光纜，飛機(jī)重新通電檢查自檢測試功能恢復(fù)正常。

案例2：在某飛機(jī)制造廠總裝集成階段一架飛機(jī)航電系統(tǒng)首次通電自檢時發(fā)現(xiàn)某子系統(tǒng)上報功能失效，通過對子系統(tǒng)進(jìn)行日志排查時發(fā)現(xiàn)子系統(tǒng)與航電系統(tǒng)連接握手不成功，無法正常通訊，在超過啟動時間后綜合核心處理機(jī)上報該子系統(tǒng)失效故障。隨后，更換相關(guān)分機(jī)和模塊后故障仍未解除，使用激光筆對通訊交互涉及的光纜進(jìn)行通光檢查時發(fā)現(xiàn)該子系統(tǒng)與綜合核心處理機(jī)通訊的FC總線光纜中有多路通光異常，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)由于光纜較長，在光纜敷設(shè)過程中采取盤線彎曲處理時未考慮光纜傳輸所需的彎曲半徑，致使光無法傳輸，差損過大。對盤線光纜重新整理，滿足彎曲半徑綁扎后飛機(jī)重新上電，該子系統(tǒng)恢復(fù)正常。

案例3：在某航電系統(tǒng)承制單位一套航電系統(tǒng)進(jìn)行分機(jī)噴漆處理后，恢復(fù)系統(tǒng)聯(lián)試時，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)上報某功能失效故障，故障定位過程中發(fā)現(xiàn)更換光纜后故障消除。隨后進(jìn)一步定位時發(fā)現(xiàn)，由于在分機(jī)噴漆處理拆卸后，未對現(xiàn)場調(diào)試光纜進(jìn)行保護(hù)，致使光纜連接頭端面暴露在日?？諝庵校辰恿宋⑿☆w粒，污染情況如圖1所示?，F(xiàn)場調(diào)試人員在將分機(jī)與光纜進(jìn)行連接時未對光纜端面進(jìn)行清潔即與分機(jī)進(jìn)行連接，致使光纜端面被遮擋，射頻光信號傳輸異常，隨后使用清潔棉簽將光纜連接頭光纜端面進(jìn)行清潔，清潔后的光纜端面如圖2所示，重新連接后電子戰(zhàn)功能子系統(tǒng)上電自檢正常，故障排除。

圖1 受污染光纖端面

圖2 清潔后光纖端面

案例4：某外場一架日常執(zhí)行任務(wù)飛機(jī)在機(jī)械日地面通電檢查時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)上電自檢后上報某航電系統(tǒng)功能失效，經(jīng)初步檢查定位為連接分機(jī)的光纜連接器端面受損。通過清潔棉簽將光纜連接頭清潔后故障消除，但隨后正常飛行一段時間后故障重復(fù)出現(xiàn)。機(jī)務(wù)排故障過程中發(fā)現(xiàn)光纜連接器端面存在輕微灼燒現(xiàn)象，檢查光纜對接分機(jī)光纜連接頭亦發(fā)現(xiàn)光纜端面存在灼燒現(xiàn)象，最終確定為光纜在使用過程中存在異常的光纜端面會“傳染”現(xiàn)象，即污染的端面和其它端面對接時，原本干凈的端面會受到污染。由于一個接觸面未徹底處置，在使用過程中更換正常光纜后，由于高功率激光在污染面或灼燒損壞面接觸處持續(xù)不停的燃燒，連鎖反應(yīng)導(dǎo)致正常的光纜端面灼燒損壞，從而差損進(jìn)一步變大，信號傳輸性能惡化影響信號傳輸，直至徹底損壞。將分機(jī)光纜連接器端面和光纜端面通過研磨機(jī)均進(jìn)行處置后，故障排除。

4 故障原因分析歸納總結(jié)

通過梳理故障案例的定位過程可以發(fā)現(xiàn)，案例1是由光纜安裝未考慮特殊保護(hù)要求造成光纜破損引起；案例2是由光纜敷設(shè)時未考慮敷設(shè)彎曲半徑要求引起；案例3是由于設(shè)備在周轉(zhuǎn)和使用過程中未對光纜端面進(jìn)行保護(hù)而污染引起；案例4是由光纜端面損壞故障處置不徹底引起。這幾個典型案例反映出航空光纜應(yīng)用過程中所暴露的一些共性特點，即在新一代航電系統(tǒng)裝配使用維護(hù)過程中仍以普通電纜方式對航空光纜進(jìn)行安裝使用和維護(hù)，未與時俱進(jìn)，具體表現(xiàn)為：一是在光纜的敷設(shè)過程中未考慮光纜特性，以普通電纜敷設(shè)方式進(jìn)行；二是在日常使用過程中缺乏對光纜及光纜連接頭的保護(hù)；三是光纜類故障處置時未考慮到光端面灼燒后的連鎖反應(yīng)，故障處置不徹底。

5 故障預(yù)防措施及建議

隨著裝備新型航空電子系統(tǒng)的飛機(jī)加速生產(chǎn)和列裝，航空光纜的應(yīng)用會全面鋪開，對于航空光纜的日常維護(hù)及故障定位、處置能力成為各級航空裝備生產(chǎn)和使用、維護(hù)、保養(yǎng)人員所應(yīng)具備的基本能力。但目前光纜仍處于大規(guī)模應(yīng)用初期，各級人員的技術(shù)力量薄弱，尤其是缺乏有光纜維護(hù)實踐經(jīng)驗的一線機(jī)務(wù)人員，同時針對光纜故障的定位及維修，均依靠光纜生產(chǎn)設(shè)備廠家開展，缺乏裝備生產(chǎn)現(xiàn)場及外場維護(hù)保養(yǎng)所需的常用器材及工具。建議從如下方面，提高航空光纜完好率，確保戰(zhàn)斗力生成：

5.1 提高從業(yè)人員航空光纜專業(yè)知識水平

普及航空光纜的特性認(rèn)知。各級航空光纜使用維護(hù)單位需通過光纜生產(chǎn)廠家或?qū)I(yè)途徑了解其特性，掌握光纜基礎(chǔ)知識，知悉航空光纜類型、使用場景及重要性，糾正關(guān)于航空光纜與普通電纜相同使用維護(hù)方法的錯誤理念。

加強人才隊伍建設(shè)。對于涉及航空光纜應(yīng)用、裝配、敷設(shè)的先進(jìn)航電設(shè)備承制單位和飛機(jī)總裝單位，要支持業(yè)務(wù)技術(shù)骨干加強航空光纜業(yè)務(wù)知識學(xué)習(xí)，掌握最新技術(shù)、了解先進(jìn)測試檢測儀器設(shè)備的使用方法，通過理論加實操的方法培訓(xùn)提升各層級技術(shù)人員的技術(shù)水平，提高業(yè)務(wù)能力，防止光纜在生產(chǎn)、裝配流轉(zhuǎn)過程中受損；對于外場使用維護(hù)檢修裝備的機(jī)務(wù)人員，應(yīng)在裝備使用維護(hù)說明書中重點說明航空光纜的使用特性及維護(hù)保養(yǎng)方法，在新裝備交付外場前加強對機(jī)務(wù)人員業(yè)務(wù)培訓(xùn)。裝備交付后，應(yīng)適時不定期舉行模擬航空光纜故障排查定位及修復(fù)演練，對外場維保能力進(jìn)行摸底，針對薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行加強性訓(xùn)練，確保航空光纜在外場的正常使用和維護(hù)檢修。

5.2 加強航空光纜保障條件建設(shè)

光纜的正常使用維護(hù)，離不開維護(hù)保障人員能力，更要有充足的檢修儀器設(shè)備及保障材料。既有“巧婦”，還要有“精米”，才能做到未雨綢繆，預(yù)防為主。雖然光纜與常規(guī)電纜故障的排查定位方式與方法差異不大，但維修儀器設(shè)備及保障材料卻大相徑庭，因此更需要各個環(huán)節(jié)的單位重視并加大航空光纜相關(guān)儀器設(shè)備的配置投入，系統(tǒng)性的加強硬件條件建設(shè)，加大物力資源保障力度。

從航空光纜全生命周期各個階段檢修保障儀器設(shè)備的需求來看，光纜生產(chǎn)交付階段保障條件建設(shè)重點應(yīng)關(guān)注光纜的制造，檢查及修復(fù)，所需保障資源以通用儀器為主；光纜集成敷設(shè)階段保障條件建設(shè)應(yīng)重點關(guān)注敷設(shè)后的光纜檢查，所需儀器資源以便攜式檢查類儀器為主；裝備外場使用維護(hù)階段階段保障條件建設(shè)應(yīng)重點關(guān)注光纜的日常維護(hù)保養(yǎng)，所需儀器資源以一體化綜合光網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工具箱為主。各階段所需的相關(guān)儀器設(shè)備及配置建議如表1所示。

表1 航空光纜保障儀器設(shè)備工具清單

5.3 增加航空光纜生命周期過程控制手段

在航空光纜生命周期過程中增加使用維護(hù)操作要求，落實日常維護(hù)檢查制度，降低故障風(fēng)險。

在生產(chǎn)交付階段，通過增加過程檢驗加強質(zhì)量控制，對光纜增加包括盤線情況、光纜端面及防護(hù)蓋的外觀檢查項，確保盤線合理，不超過彎曲半徑，線纜無打結(jié)，纏繞等現(xiàn)象，確保光纜端面光滑、清潔無污染，并有防護(hù)蓋進(jìn)行端面保護(hù)。同時在裝箱貯存時檢查防護(hù)措施，避免線纜擠壓，磕碰。

在集成敷設(shè)階段，通過工藝指導(dǎo)文件嚴(yán)格落實光纜敷設(shè)要求和注意事項，做到：1、敷設(shè)前應(yīng)檢查確保光纜線束理順，有無光纜打結(jié)、扭絞現(xiàn)象；2、敷設(shè)時邊敷設(shè)邊釋放光纜盤繞應(yīng)力，拖放速度要均勻，避免“浪涌”，避免扭轉(zhuǎn)，不強力牽拉，同時盤纖時注意不超過彎曲半徑；3、當(dāng)光纜與其它電纜成束敷設(shè)時，應(yīng)將航空光纜敷設(shè)在線束的內(nèi)側(cè)位置，防止卡箍損傷光纜。嚴(yán)禁將光纜組件敷設(shè)于棱邊尖銳的物體上或布放到容易被踩踏或擠壓的位置；4、敷設(shè)完成后，在光連接器還沒有安裝到設(shè)備上之前，禁止在沒有任何保護(hù)措施的情況下讓光連接器在自然狀態(tài)下垂。

在使用維護(hù)階段，通過維護(hù)使用說明書落實維護(hù)工作周期及事項，積極利用機(jī)械維護(hù)日等契機(jī)，增加光纜日常檢查制度，針對摸索出的光纜故障易發(fā)情形進(jìn)行光纜檢查，檢查應(yīng)不局限于普通的通光測試，包括需通過光功率計等專用設(shè)備對光纜性能及光纜端面進(jìn)行測試，對發(fā)現(xiàn)光纖端面存在污染光纜時及時進(jìn)行清潔處理，清潔前確保清潔工具（如酒精、棉簽、擦鏡紙等）在使用前保持干凈；清潔時先使用無水酒精清潔光纜端面，溶解端面的油脂或者其它粘合物，隨后使用擦鏡紙或無塵紙朝單向?qū)饫|端面進(jìn)行擦拭，用力需適中，避免清潔過程中光纜端面的硬質(zhì)污染物造成劃傷和凹坑；清潔后通過光纖端面檢查儀進(jìn)行檢查，確保光纜性能正常，對存在損壞的光纜及時進(jìn)行更換，避免光纜故障的“傳染”。由于在檢查過程中存在光纜拆裝，拆裝工作需要用手直接操作，而手上存有油脂、灰塵和各種碎屑，因此在拆裝時應(yīng)避免用手與光纜端面直接接觸，同時拆裝過程應(yīng)避免光纜端面與法蘭邊緣或硬度高的物體直接接觸。在光纜拆卸后，需及時對涉及拆卸的光纜及對接接頭通過防塵帽、防塵蓋等工具進(jìn)行保護(hù)，避免空氣中的灰塵沉積到光纜端面，時刻注意細(xì)節(jié)，避免引入新的污染源。

5.4 詳實記錄、總結(jié)經(jīng)驗為光纜改進(jìn)提供支撐

目前，對于航空光纜的認(rèn)知、使用以及維護(hù)保障水平仍處于較低層次，因此各級航空光纜使用維護(hù)單位應(yīng)重點關(guān)注航空光纜故障案例集數(shù)據(jù)的收集整理，對故障排查定位的過程進(jìn)行及時全面詳細(xì)的記錄，通過大數(shù)據(jù)手段定期對記錄開展統(tǒng)計分析，找出故障發(fā)生的共性規(guī)律，同時建立相關(guān)機(jī)制和技術(shù)手段實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。如此，一是可以在故障發(fā)生時，根據(jù)先驗經(jīng)驗，快速準(zhǔn)確的指導(dǎo)故障排查工作；二是可以及時協(xié)調(diào)航空光纜生產(chǎn)、集成廠家，為改進(jìn)工作提供支撐，將部分故障扼殺于萌芽之中，提高光纜使用可靠性，降低維護(hù)保障難度。