摘要：某型教練機(jī)測試改裝完成后，在做全機(jī)全系統(tǒng)電磁兼容性試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)電磁干擾問題，現(xiàn)針對(duì)這一問題的分析和解決過程進(jìn)行闡述，并結(jié)合實(shí)際測試改裝工作，介紹電磁干擾的來源及其控制與防護(hù)方法。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)測試改裝；電磁干擾；電磁兼容

中圖分類號(hào)：V217；TN03? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號(hào)：1671-0797（2023）11-0074-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.11.020

0? ? 引言

飛機(jī)測試改裝是飛行試驗(yàn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，涉及在試驗(yàn)機(jī)上加裝各型傳感器、信號(hào)采集器、數(shù)據(jù)記錄器等測試改裝設(shè)備，以及按照試飛任務(wù)要求對(duì)試驗(yàn)機(jī)的飛行控制系統(tǒng)、航電系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)等進(jìn)行測試改裝，測試改裝組成示意圖如圖1所示。

隨著我國航空工業(yè)的迅猛發(fā)展，大量電氣設(shè)備取代了原有的機(jī)械儀表，應(yīng)用于機(jī)載設(shè)備的各個(gè)領(lǐng)域。而機(jī)載設(shè)備工作環(huán)境具有狹小空間中電氣設(shè)備安裝密集，線纜敷設(shè)集中，電磁頻譜覆蓋范圍廣，受干擾因素多等特點(diǎn)[1]。各種機(jī)載設(shè)備的電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）對(duì)飛機(jī)的性能有著直接影響，甚至直接關(guān)系到飛機(jī)的試飛安全。

在實(shí)際測試改裝過程中，加裝的線纜或經(jīng)過改裝的原機(jī)線纜與試驗(yàn)機(jī)原機(jī)線纜和機(jī)載設(shè)備之間存在著復(fù)雜的電氣或電磁交聯(lián)，從而使試驗(yàn)機(jī)的原機(jī)線纜和機(jī)載設(shè)備受電磁干擾（Electromagnetic Interference，EMI）影響的問題特別突出[2-3]。此外，測試改裝設(shè)備除了本身應(yīng)達(dá)到各項(xiàng)電磁兼容技術(shù)要求外，還應(yīng)確保其不成為其他設(shè)備的干擾源，亦不被其他設(shè)備所干擾，實(shí)現(xiàn)與全機(jī)全系統(tǒng)的電磁兼容，從而滿足后續(xù)試飛任務(wù)。

1? ? 問題的背景

某型教練機(jī)為執(zhí)行某產(chǎn)品的鑒定試飛任務(wù)，對(duì)機(jī)上相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行測試改裝，主要加裝了姿態(tài)傳感器、大氣總溫傳感器、GPS天線、GPS采編器、信號(hào)采集器、數(shù)據(jù)記錄器等機(jī)載測試改裝設(shè)備，改裝完成后做全機(jī)電磁兼容性試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)各測試改裝設(shè)備均工作正常，但試驗(yàn)機(jī)電臺(tái)與地面指揮塔臺(tái)間的無線電通信受到干擾，機(jī)上其余設(shè)備工作正常，具體故障現(xiàn)象表現(xiàn)為機(jī)上電臺(tái)主頻點(diǎn)持續(xù)或間歇性噪聲。測試改裝設(shè)備連接示意圖如圖2所示。

經(jīng)初步分析，認(rèn)為導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因是在加裝測試改裝設(shè)備后，新增設(shè)備對(duì)試驗(yàn)機(jī)電臺(tái)造成電磁干擾，從而產(chǎn)生噪聲。由于無線電通信系統(tǒng)與飛行安全密切相關(guān)，在該故障排除前，絕不能進(jìn)行后續(xù)飛行試驗(yàn)。

2? ? 問題的解決

為了尋找故障原因，對(duì)該試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了一系列測試，其中包括：

（1）斷開所有測試改裝設(shè)備電源，僅對(duì)試驗(yàn)機(jī)全機(jī)通電，試驗(yàn)機(jī)電臺(tái)與指揮塔臺(tái)間的無線電通信恢復(fù)正常。因此，可判斷試驗(yàn)機(jī)電臺(tái)未出現(xiàn)故障。

（2）斷開所有測試改裝設(shè)備電源，采用地面電源方式供電，試驗(yàn)機(jī)電臺(tái)與指揮塔臺(tái)間的無線電通信依然有干擾。因此，可初步判定加裝的測試改裝設(shè)備與試驗(yàn)機(jī)存在電磁干擾。

（3）將各個(gè)測試改裝設(shè)備逐一關(guān)閉，發(fā)現(xiàn)只有在信號(hào)采集器關(guān)閉的情況下試驗(yàn)機(jī)電臺(tái)通信正常；再將各個(gè)測試改裝設(shè)備逐一打開，發(fā)現(xiàn)只有在信號(hào)采集器打開的情況下試驗(yàn)機(jī)電臺(tái)通信受到干擾。故可進(jìn)一步判定信號(hào)采集器是造成電磁干擾的主要原因。

（4）用頻譜分析儀探頭多次探測信號(hào)采集器及連接線纜處的信號(hào)強(qiáng)度，如表1所示，發(fā)現(xiàn)在信號(hào)采集器供電線纜捆扎處的信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)。

（5）在制作線纜時(shí)預(yù)留長度比理論需要線纜長度長，這就造成敷設(shè)完成后有多余線纜，但此時(shí)線纜兩端已連接設(shè)備，只能進(jìn)行集束捆扎處理。隨后重新制作供電線纜，去除預(yù)留長度，并根據(jù)信號(hào)類型對(duì)線纜進(jìn)行重新敷設(shè)捆扎處理。

（6）重復(fù)（2）（3）的測試，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)機(jī)電臺(tái)與指揮塔臺(tái)間的無線電通信恢復(fù)正常。再次通過頻譜分析儀探頭多次探測信號(hào)采集器及連接線纜處的信號(hào)強(qiáng)度，如表2所示。

對(duì)上述一系列測試的分析表明，故障是由于測試改裝設(shè)備的供電線纜產(chǎn)生的電磁輻射對(duì)機(jī)載設(shè)備產(chǎn)生了干擾。因此，查找干擾源，判斷干擾傳播途徑，減少被干擾的設(shè)備，提高抗干擾能力，保證試驗(yàn)機(jī)各系統(tǒng)工作正常，是必須研究的重要課題之一。

3? ? 測試改裝中的電磁兼容控制與防護(hù)

電磁兼容是研究電磁干擾的問題，通常把復(fù)雜的電磁環(huán)境分解成電磁干擾的三要素[4]，即產(chǎn)生電磁干擾的干擾源、對(duì)干擾敏感的接收單元、將電磁能量由干擾源傳遞至接收單元的傳遞通道，如圖3所示。

飛機(jī)測試改裝中的干擾源主要由機(jī)械改裝和電氣改裝兩方面組成，接收單元主要是由數(shù)字電路和放大電路等組成的電氣設(shè)備，傳遞通道有供電線纜耦合、接地線纜耦合、空間電磁波等方式，電磁兼容的控制與防護(hù)也主要集中在這些方面。

3.1? ? 機(jī)械改裝

機(jī)械改裝中電磁兼容的控制與防護(hù)主要涉及的是測試改裝設(shè)備安裝位置的選擇。在現(xiàn)代化的飛機(jī)上，機(jī)身各處都存在電氣設(shè)備，在安裝測試改裝設(shè)備之前進(jìn)行科學(xué)布局，可以很大程度上解決飛機(jī)改裝中電氣設(shè)備的電磁干擾問題[5]。

例如，某些類型的傳感器含有電磁線圈，在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，影響試驗(yàn)機(jī)內(nèi)部原有電磁環(huán)境，導(dǎo)致機(jī)載設(shè)備性能下降，甚至失靈。為防止類似情況的發(fā)生，就需要根據(jù)實(shí)際工作情況來選擇測試改裝設(shè)備，并對(duì)所有加裝設(shè)備與擬安裝艙位的試驗(yàn)機(jī)原機(jī)設(shè)備統(tǒng)籌安排，主要考慮電磁信號(hào)的遮擋，即加裝測試改裝設(shè)備與原機(jī)設(shè)備的隔離情況，以加裝測試設(shè)備與原機(jī)設(shè)備不在同一艙位為最佳。

此外，如果測試改裝中需要加裝天線，那么在確定天線的安裝位置時(shí)，需要做好以下兩點(diǎn)：

第一，在確定天線的安裝位置，尤其是具有較大輸出功率的天線的安裝位置時(shí)，應(yīng)確保發(fā)射天線在最大程度上遠(yuǎn)離接收天線，從而提高空間隔離度，避免電磁干擾。

第二，應(yīng)盡可能將機(jī)上工作頻率相同或相近的天線相互遠(yuǎn)離，以保持足夠的距離，防止相互之間產(chǎn)生干擾。

實(shí)踐證明，通過科學(xué)合理的布局，能夠解決大部分飛機(jī)測試改裝中電氣設(shè)備電磁兼容的問題。

3.2? ? 電氣改裝

電氣改裝中的電磁干擾主要分供電線纜干擾和靜電干擾兩部分。

3.2.1? ? 供電線纜干擾

飛機(jī)上的電源系統(tǒng)普遍采用的是“單線制”供電方式，“單線制”就是電流從飛機(jī)發(fā)電機(jī)或二次電源的正端輸出，再經(jīng)過配電樞紐分流至不同的電氣設(shè)備，而各個(gè)電氣設(shè)備和飛機(jī)發(fā)電機(jī)或二次電源的負(fù)端都與飛機(jī)就近一端的金屬外殼相連，形成一個(gè)公共的“大地”，從而構(gòu)成完整的電源系統(tǒng)[6]。

這種供電模式的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在不需要多次重復(fù)敷設(shè)供電線纜，但是也存在由供電線纜產(chǎn)生的電磁輻射影響其他電氣設(shè)備的缺陷。

為了避免這種供電方式所引發(fā)的電磁干擾問題，需要做好以下五點(diǎn)：

第一，要在測試改裝設(shè)備供電線纜敷設(shè)前選擇合適的敷設(shè)路徑，并將與不同供電線纜連接的設(shè)備分別做好屏蔽與接地設(shè)計(jì)，設(shè)備與電源負(fù)端之間的阻抗也應(yīng)嚴(yán)格控制。

第二，測試改裝設(shè)備應(yīng)選用橫截面積寬且長度短的線纜作為供電線纜，以降低供電線纜的阻抗，減少設(shè)備供電線纜的壓降損失，同時(shí)減少供電線纜的搭接，避免因接觸不良而產(chǎn)生電磁干擾。

第三，測試改裝設(shè)備如選用了大功率設(shè)備，則應(yīng)與其他設(shè)備進(jìn)行分開供電，避免大功率設(shè)備在啟動(dòng)時(shí)引起試驗(yàn)機(jī)電源系統(tǒng)電壓不穩(wěn)，進(jìn)而影響其他設(shè)備。另外，還應(yīng)在大功率設(shè)備上加裝繼電器等“緩啟動(dòng)”裝置，將試驗(yàn)機(jī)電源系統(tǒng)受到的電涌效應(yīng)沖擊降到最低。

第四，供電線纜與信號(hào)線纜都應(yīng)選用帶屏蔽功能的線纜，并將供電線纜與信號(hào)線纜分開敷設(shè)。此外，還應(yīng)盡可能使用防波套將屏蔽線纜套住，使外防波套與屏蔽線纜兩端的屏蔽層相連接，保證與大地良好接觸；若加裝測試改裝設(shè)備的工作功率較小，也可選用帶屏蔽的雙絞線作為供電線纜進(jìn)行供電，從而確保供電線纜對(duì)信號(hào)線纜產(chǎn)生的電磁干擾降到最低。

第五，在敏感度高的測試改裝設(shè)備的電源輸入端口前增加濾波器，提高其電源品質(zhì)，從而減少供電線纜對(duì)設(shè)備的干擾，確保設(shè)備正常運(yùn)行。此外，在測試改裝安裝空間位置允許的情況下，可采用多電源模塊分組供電，避免大功率設(shè)備與敏感度高的測試改裝設(shè)備共用同一電源而造成電磁干擾。

3.2.2? ? 靜電干擾

避免靜電干擾所引發(fā)的電磁兼容問題，主要需做好以下兩點(diǎn)：

第一，在測試改裝中使用合理的接地設(shè)計(jì)可以釋放飛機(jī)在靜電感應(yīng)中產(chǎn)生的靜電，這樣既能夠有效防止積累的靜電形成高壓而干擾設(shè)備的正常運(yùn)行，又能夠提升設(shè)備的工作穩(wěn)定性。在理想狀態(tài)下，飛機(jī)機(jī)體各個(gè)部位的電阻都應(yīng)為零。但是在實(shí)際工作中，飛機(jī)機(jī)體各個(gè)部位的電阻是不可能為零的，這就導(dǎo)致了電勢差，各個(gè)部位電阻值的差值越大就會(huì)導(dǎo)致電勢差越大，相互之間的影響也就越大。因此，良好的接地設(shè)計(jì)可以有效減小電阻，從而減小電勢差，避免積累的靜電對(duì)機(jī)載設(shè)備造成損害。

第二，飛機(jī)構(gòu)造原理特殊，導(dǎo)致在飛行時(shí)金屬機(jī)體與空氣的高速摩擦?xí)a(chǎn)生大量的靜電積累。雖然在飛機(jī)機(jī)體的不同部位均設(shè)計(jì)有靜電釋放裝置，但飛機(jī)機(jī)體的部分區(qū)域仍然會(huì)有不能及時(shí)釋放的靜電電壓，這些電壓通過傳導(dǎo)和放電的方式最終產(chǎn)生電磁干擾。因此，測試改裝中的各條線纜和測試改裝設(shè)備都要做好絕緣處理。另外，在選擇加裝的測試改裝設(shè)備時(shí)，應(yīng)盡可能選用靜電防護(hù)能力強(qiáng)的電氣設(shè)備。

4? ? 結(jié)語

隨著我國航空工業(yè)的迅猛發(fā)展，在飛機(jī)測試改裝中應(yīng)用的新技術(shù)、新設(shè)備也越來越多。如果加裝的測試改裝設(shè)備與試驗(yàn)機(jī)內(nèi)部原有的電磁環(huán)境不兼容，就會(huì)造成設(shè)備故障甚至損壞，嚴(yán)重影響試飛安全。所以在飛機(jī)的測試改裝中，尤其是在測試改裝方案設(shè)計(jì)前就要充分考慮到測試改裝設(shè)備與試驗(yàn)機(jī)原有機(jī)載設(shè)備的電磁兼容性。

在完成測試改裝后，還需進(jìn)行全機(jī)全系統(tǒng)的電磁兼容性試驗(yàn)，確保后續(xù)飛行試驗(yàn)的安全進(jìn)行。

[參考文獻(xiàn)]

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收稿日期：2023-02-01

作者簡介：葉錫濤（1990—），男，江西南昌人，工程師，研究方向：飛行試驗(yàn)測試改裝與遙測監(jiān)控。