民用飛機(jī)線束屏蔽環(huán)路判據(jù)電阻研究

王浙波+寧敏

【摘 要】線束屏蔽是保護(hù)飛機(jī)重要系統(tǒng)免受外部電磁環(huán)境干擾的重要手段之一。完整的線束屏蔽環(huán)路對(duì)于線束保護(hù)的有效性至關(guān)重要。一般情況下，通過測(cè)量屏蔽環(huán)路電阻可以判斷線束屏蔽的完整性。判斷的前提是明確判據(jù)電阻值。當(dāng)測(cè)量阻值在判據(jù)電阻范圍內(nèi)，認(rèn)為線束的屏蔽環(huán)路完整；如果測(cè)量阻值超出判據(jù)電阻的范圍，則認(rèn)為屏蔽環(huán)路出現(xiàn)故障。本文基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，提出了一種工程可實(shí)現(xiàn)的獲取線束屏蔽環(huán)路判據(jù)電阻的方法。

【關(guān)鍵詞】環(huán)路電阻；線束屏蔽；閃電；高強(qiáng)度輻射場(chǎng)；保證大綱

0 引言

民用飛機(jī)在運(yùn)營過程中，難免會(huì)遭遇惡劣的外部電磁環(huán)境，比如閃電、高強(qiáng)度輻射場(chǎng)等。為了保證民用飛機(jī)在遇到這類電磁環(huán)境時(shí)，關(guān)鍵和重要電子電氣系統(tǒng)不受到不良影響，飛機(jī)在設(shè)計(jì)過程中必須考慮必要的防護(hù)措施[1]。其中，對(duì)關(guān)鍵電纜和線束采取線束屏蔽是目前被廣泛采用的防護(hù)措施之一。

線束屏蔽層要達(dá)到良好的屏蔽保護(hù)效果，需要在屏蔽層的兩端與連接器進(jìn)行良好的搭接（這里主要針對(duì)閃電和高強(qiáng)度輻射場(chǎng)產(chǎn)生的高頻電磁場(chǎng)，對(duì)于低于400Hz的低頻干擾，一般采用單端搭接），連接器本身又與飛機(jī)主結(jié)構(gòu)搭接，從而，線束屏蔽層與主結(jié)構(gòu)之間形成了一個(gè)低阻抗環(huán)路，如圖1所示。理想情況下，由閃電或者高強(qiáng)度輻射場(chǎng)帶來的電磁場(chǎng)變化，只會(huì)在該低阻抗環(huán)路上感應(yīng)出有害電流，不會(huì)影響屏蔽層內(nèi)部芯線。

圖1 線束屏蔽環(huán)路示意圖

線束屏蔽環(huán)路保持低電阻狀態(tài)對(duì)于維持其對(duì)芯線的保護(hù)效果十分關(guān)鍵，因此，國際上通用的做法是，定期對(duì)關(guān)鍵系統(tǒng)的相關(guān)線纜進(jìn)行環(huán)路電阻測(cè)量，確保其電阻值保持在合理范圍內(nèi)[2]。比如，波音公司就在其具體機(jī)型的維修手冊(cè)中對(duì)不同電纜的環(huán)路電阻值設(shè)定了判據(jù)區(qū)間，以便維修人員發(fā)現(xiàn)問題[3-5]。對(duì)于新研機(jī)型，確定線束屏蔽環(huán)路的判據(jù)電阻對(duì)維修工作意義重大，是持續(xù)適航不可或缺的內(nèi)容。

1 線束屏蔽環(huán)路判據(jù)電阻

在飛機(jī)的維修保養(yǎng)過程中，定期測(cè)量線束屏蔽環(huán)路電阻已經(jīng)是國際主要民機(jī)制造商的通用做法，空客公司和波音公司在其飛機(jī)的維修手冊(cè)中都有具體的要求。由于國內(nèi)民機(jī)制造起步比較晚，這方面還是空白，亟需填補(bǔ)。針對(duì)如何確定線束屏蔽環(huán)路判據(jù)電阻，本文從兩個(gè)方面進(jìn)行了探討，即：1）哪些線束需要定期進(jìn)行屏蔽環(huán)路電阻測(cè)量；2）如何確定這些線束的判據(jù)電阻值。

1.1 線束選取

飛機(jī)上的電纜和線束數(shù)量龐大，且并非所有電纜和線束都進(jìn)行了屏蔽保護(hù)。對(duì)所有電纜和線束進(jìn)行屏蔽環(huán)路電阻測(cè)量不但沒有必要，而且會(huì)大大增加維修成本，影響經(jīng)濟(jì)性。在選擇測(cè)量范圍的時(shí)候，應(yīng)該考慮：1）線束所在系統(tǒng)執(zhí)行的功能等級(jí)。一般選擇對(duì)執(zhí)行關(guān)鍵功能的系統(tǒng)的相關(guān)屏蔽線束進(jìn)行測(cè)量；2）線束安裝位置。主要考慮安裝在電磁暴露區(qū)域的屏蔽線束，往往這些區(qū)域也是振動(dòng)相對(duì)劇烈，溫度、濕度變化明顯的區(qū)域，對(duì)線束屏蔽層和連接器的影響較大。基于這兩個(gè)原則，可以將測(cè)量范圍主要集中在飛機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)、高升力系統(tǒng)、主飛控系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)等。

1.2 基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理確定判據(jù)電阻

線束屏蔽環(huán)路判據(jù)電阻作為維修工作的輸入項(xiàng)，其自身數(shù)值的合理性必須得到保證。但是，工程實(shí)際中，有許多因素可以影響到最后的環(huán)路電阻值。比如，線束屏蔽層的材質(zhì)、線束的長度、屏蔽層與飛機(jī)主結(jié)構(gòu)形成低阻抗環(huán)路中的各部分搭接情況、環(huán)路電阻測(cè)試儀的測(cè)量精度等等。所以，針對(duì)每一個(gè)新研的機(jī)型，線束屏蔽環(huán)路判據(jù)電阻都需要重新確定，不能以其他機(jī)型的經(jīng)驗(yàn)值代替。

通過以上分析，可以知道在工程實(shí)際中，即使對(duì)同一架機(jī)的同一根線束進(jìn)行多次的屏蔽環(huán)路電阻測(cè)量，也會(huì)得到不同的電阻值。如果是同一型號(hào)不同架次的飛機(jī)，其測(cè)量值更不會(huì)一樣。因此，線束屏蔽環(huán)路判據(jù)電阻是一個(gè)電阻區(qū)間，而非固定值。至于該區(qū)間的上下限如何界定，則可以借助統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，即通過大量樣本數(shù)據(jù)采集，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理后得到判據(jù)電阻。

在具體介紹如何確定判據(jù)電阻的上下限之前，我們需要明確一些條件和假設(shè)。首先，數(shù)據(jù)采集需要在總裝下線的新飛機(jī)上進(jìn)行；其次，需要進(jìn)行屏蔽環(huán)路電阻測(cè)量的線束的EWIS構(gòu)型在其后的所有架次中保持不變，線束構(gòu)型的變化將導(dǎo)致判據(jù)電阻無效；最后，采集的數(shù)據(jù)樣本符合高斯正態(tài)分布。

基于以上條件和假設(shè)，我們令采集到的環(huán)路電阻數(shù)據(jù)為數(shù)組X，X=[x1，x2，…，xN]。其中N為樣本數(shù)量。根據(jù)樣本數(shù)據(jù)，可以得到樣本的均值x和方差σ2如下：

根據(jù)高斯正態(tài)分布的3σ原則可知，樣本落入?yún)^(qū)間[x-σ，x+σ]的概率為68.3%，落入?yún)^(qū)間[x-2σ，x+2σ]為95.4%，落入?yún)^(qū)間[x-3σ，x+3σ]的概率為99.7%。由于我們假設(shè)環(huán)路電阻測(cè)量值服從高斯正態(tài)分布，在線束屏蔽環(huán)路完整且測(cè)量正確的情況下，測(cè)量值應(yīng)該有99.7%概率在區(qū)間[x-3σ，x+3σ]內(nèi)。換言之，如果測(cè)量值沒有在區(qū)間[x-3σ，x+3σ]內(nèi)，則可以認(rèn)為屏蔽環(huán)路中某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題。

圖2 高斯正態(tài)分布的概率密度函數(shù)

由上面的分析可知，線束屏蔽環(huán)路判據(jù)電阻的上限值可確定為x+3σ，下限值可以確定為x-3σ。

接下來需要明確樣本數(shù)據(jù)的組成，即X=[x1，x2，…，xN]，因?yàn)樗苯記Q定了判據(jù)電阻中的關(guān)鍵參數(shù)值x和σ。理論上，樣本數(shù)據(jù)的數(shù)量N越大越好，不過實(shí)際工程中不可能對(duì)每架飛機(jī)進(jìn)行測(cè)量后再形成維修判據(jù)。所以，可行的方案是，先對(duì)部分總裝下線的飛機(jī)進(jìn)行測(cè)量形成判據(jù)。其后下線的飛機(jī)也進(jìn)行同樣的測(cè)量，數(shù)據(jù)累計(jì)到一定程度再更新判據(jù)。此外，在采集樣本時(shí)，同一線束的測(cè)量可采取不同部位多次測(cè)量的方式。

2 結(jié)語

飛機(jī)線束屏蔽環(huán)路的完整性對(duì)飛機(jī)持續(xù)適航具有重要意義，而測(cè)量線束屏蔽環(huán)路電阻是檢查屏蔽環(huán)路完整性最便捷的方法。檢查過程中，明確屏蔽環(huán)路電阻的判據(jù)值是整個(gè)過程的關(guān)鍵。本文結(jié)合工程實(shí)際，以統(tǒng)計(jì)學(xué)原理為基礎(chǔ)，介紹了一種切實(shí)可行的判據(jù)電阻確定方法，為線束屏蔽環(huán)路維修工作的推進(jìn)提供了一種思路。

【參考文獻(xiàn)】

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