民用飛機(jī)導(dǎo)線和線纜的電磁防護(hù)設(shè)計(jì)

蔣曉婷

【摘 要】電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)（EWIS）設(shè)計(jì)需滿足飛機(jī)安全運(yùn)行所需的電磁防護(hù)能力，確保飛機(jī)的可靠性和可維護(hù)性。本文從適航相關(guān)要求出發(fā)，闡述了飛機(jī)面臨的電磁干擾來源和防護(hù)設(shè)計(jì)原則，介紹民用飛機(jī)電磁防護(hù)設(shè)計(jì)的區(qū)域策略、屏蔽端接設(shè)計(jì)、敷設(shè)設(shè)計(jì)等，對(duì)民用飛機(jī)的EWIS設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)；電磁防護(hù)；導(dǎo)線；電纜

中圖分類號(hào)： V242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）01-0189-002

【Abstract】electrical circuit interconnection system （EWIS） is designed to meet the electromagnetic protection capability required by aircraft safety operation to ensure the reliability and maintainability of aircraft.This article embarks from the airworthiness requirements， this paper expounds the plane source of electromagnetic interference and protection design principles， this article introduces the strategy， electromagnetic protection design of civil aircraft shield termination design， installation， etc.， to civil aircraft EWIS design has certain guiding significance.

【Key words】Electrical circuit interconnection system； Electromagnetic protection； Wire； Cable

0 前言

電磁干擾是一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)通過某種形式把自身的信號(hào)耦合到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)，影響后者信號(hào)完好性的現(xiàn)象。通過電介質(zhì)耦合的形式是傳導(dǎo)干擾，通過空間耦合的形式是輻射干擾。

美國(guó)聯(lián)邦航空當(dāng)局FAR頒布的25-123修正案對(duì)EWIS電磁干擾防護(hù)做出了相關(guān)規(guī)定，其中25.1707規(guī)定：每個(gè)EWIS的設(shè)計(jì)和安裝必須使任何在飛機(jī)上可能發(fā)生的電氣干擾，不會(huì)對(duì)飛機(jī)或其系統(tǒng)造成危險(xiǎn)影響；承載大電流的電線和電纜（及其相關(guān)的EWIS部件），其設(shè)計(jì)和安裝必須確保足夠的物理分離和電氣隔離，使得在故障情況下，對(duì)主要功能相關(guān)電路的損害最小[1]。

民用飛機(jī)EWIS面對(duì)的干擾既有來自自然界的天電噪聲，又有來自機(jī)外的各種人工裝置產(chǎn)生的電磁能量干擾，以及自身運(yùn)行時(shí)不同回路之間的相互干擾。在對(duì)飛機(jī)做電磁防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，與其他系統(tǒng)一樣可從降低干擾源、切斷耦合路徑和增加接收器的抗干擾能力三個(gè)方面入手，還需結(jié)合飛機(jī)的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用有針對(duì)性的防護(hù)措施。

1 電磁防護(hù)設(shè)計(jì)的區(qū)域策略

根據(jù)機(jī)身是否能為設(shè)備和EWIS提供屏蔽保護(hù)，飛機(jī)上的區(qū)域可分為兩類：一類是電磁保護(hù)區(qū)，如客艙、貨倉(cāng)等飛機(jī)增壓區(qū)；另一類是電磁暴露區(qū)，如翼身整流罩、垂尾、平尾等區(qū)域。位于電磁暴露區(qū)的EWIS，由于缺少機(jī)身的防護(hù)，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮增加額外的屏蔽。一般來說，在電磁暴露區(qū)，重要系統(tǒng)的全部線束和導(dǎo)線都應(yīng)進(jìn)行屏蔽，非重要系統(tǒng)至少應(yīng)進(jìn)行線束屏蔽。

位于兩類區(qū)域交界的處的屏蔽端接要求，對(duì)于保持EWIS整體的電磁防護(hù)性能非常關(guān)鍵。

1.1 單根導(dǎo)線的選取

實(shí)現(xiàn)不同功能的導(dǎo)線，在電磁保護(hù)區(qū)和電磁暴露區(qū)，應(yīng)選取不同構(gòu)型的導(dǎo)線。如離散信號(hào)線，在電磁暴露區(qū)應(yīng)選擇屏蔽線，在電磁保護(hù)區(qū)則選擇非屏蔽線。又如模擬音頻線，在電磁暴露區(qū)和電磁保護(hù)區(qū)都應(yīng)選擇屏蔽雙扭絞線。

1.2 電路隔離

位于電磁暴露區(qū)或遠(yuǎn)端的設(shè)備，通過將設(shè)備的電源地和信號(hào)地與附近結(jié)構(gòu)隔離的方式提供額外的電磁防護(hù)。在設(shè)備內(nèi)部的電源地和信號(hào)地與機(jī)架隔離的前提下，電源線與電源回線一起敷設(shè)，在電磁保護(hù)區(qū)進(jìn)行接地；信號(hào)地和回線與各自對(duì)應(yīng)的信號(hào)線一起敷設(shè)，端接到位于電磁保護(hù)區(qū)的負(fù)載設(shè)備內(nèi)部或保護(hù)區(qū)域的機(jī)體接地端。在這種情況下，電源饋線與回線需雙扭絞敷設(shè)，信號(hào)線和回線需雙扭絞敷設(shè)。

電源線和信號(hào)電路與設(shè)備附近結(jié)構(gòu)的隔離的方式，可由電源線和信號(hào)電路與設(shè)備外殼隔離，或電源線和信號(hào)電路與設(shè)備外殼未隔離，設(shè)備外殼與機(jī)體地隔離。

電路隔離如圖1所示。

2 屏蔽端接

單根導(dǎo)線或整根線束的屏蔽，都需通過低阻抗的端接方式進(jìn)行端接。端接阻抗中影響最大的一個(gè)因素是自感系數(shù)，因此必須將其降到最小。對(duì)于同一種電纜，根據(jù)傳輸信號(hào)頻率的差異，屏蔽層也應(yīng)采用不同的端接方式。

屏蔽端接方式主要分為屏蔽引線端接和360°屏蔽端接。

2.1 屏蔽引線端接

民用飛機(jī)的上的屏蔽引線端接主要是針對(duì)導(dǎo)線屏蔽。從導(dǎo)線屏蔽層用焊接套管引出一條導(dǎo)線，即屏蔽引線，引線終端連接至尾附件、接地模塊、接地樁等。

屏蔽引線的安裝如圖2所示。

引線可等效為電感，線束導(dǎo)線屏蔽層產(chǎn)生的干擾電流在引線上產(chǎn)生共模電壓，通過屏蔽層與電纜線芯之間的雜散電容而作用在芯線上，另外也會(huì)通過芯線與引線之間的耦合，在芯線上產(chǎn)生電磁干擾[2]。

因尾附件除了屏蔽接地，還能起到應(yīng)力釋放、固定走向的作用，因此優(yōu)先選用尾附件接地。連接器或設(shè)備集中的地方可以用接地模塊接地。其余的可以采用接地樁接地[3]。

2.2 360°屏蔽方式

線束外屏蔽層的接地方法有很多種，比如從外屏蔽層引出屏蔽引線、或外屏蔽層在遠(yuǎn)端接地等等。這些方法的屏蔽效果都遠(yuǎn)不如360°屏蔽方式。

360°屏蔽方式是將整根線束外的屏蔽層大面積的與EMI尾附件或者金屬穿墻密封件環(huán)繞接觸，無電磁泄露的窗口。

在民用飛機(jī)上，由多根導(dǎo)線組成的線束的屏蔽只允許使用360°屏蔽方式。增壓區(qū)與非增壓區(qū)隔框上用金屬穿墻密封件接地，其余的使用尾附件360°屏蔽。

3 線束敷設(shè)設(shè)計(jì)

線束敷設(shè)策略對(duì)屏蔽效能也有重要影響。

3.1 電磁兼容性隔離代碼

線纜之間因其承載的電流而產(chǎn)生互相的干擾，稱為串?dāng)_。串?dāng)_隨著線纜平行敷設(shè)的長(zhǎng)度成比例增加，同時(shí)也隨著布線間的距離增大而成比例減小?？赡鼙浑姶鸥蓴_的敏感電路的線纜，敷設(shè)時(shí)必須遠(yuǎn)離其它布線的干擾，或者為其提供足夠的屏蔽保護(hù)，以避免其在正常工作條件下的系統(tǒng)故障。

依據(jù)承載電流的電壓、載流量、電路頻率等特性，并考慮電磁敏感性及發(fā)射特性，把電纜分類，定義它們的隔離代碼和不同代碼之間的最小間距。設(shè)計(jì)敷設(shè)路徑時(shí)，盡可能確保不同隔離代碼的線纜滿足隔離間距要求，如果不能完全滿足，則綁扎在一起的不兼容導(dǎo)線應(yīng)盡快分離。

由于電磁兼容性問題可能是因已安裝的其它系統(tǒng)或設(shè)備的設(shè)計(jì)特征和該設(shè)備本身的安裝物理特性等因素引起。飛機(jī)地面電磁干擾測(cè)試和飛行中電磁干擾測(cè)試是檢測(cè)電磁兼容性的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 寄生機(jī)身屏蔽

沿著金屬部件敷設(shè)線束或者在金屬部件內(nèi)部敷設(shè)線束，可獲得寄生的結(jié)構(gòu)屏蔽效能。EWIS周圍具有越多的金屬結(jié)構(gòu)，其可獲得的結(jié)構(gòu)屏蔽防護(hù)越強(qiáng)，尤其對(duì)于在電磁暴露區(qū)的EWIS來說。

表1定義了不同結(jié)構(gòu)防護(hù)和裝用走槽線包括安裝間隔原則。

設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)屏蔽防護(hù)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮關(guān)鍵和重要系統(tǒng)的線束。

4 結(jié)語(yǔ)

解決民用飛機(jī)EWIS的電磁防護(hù)問題是一個(gè)綜合工程。本文根據(jù)飛機(jī)各區(qū)域的機(jī)體提供屏蔽能力的不同提出了相應(yīng)策略，并介紹屏蔽端接和線束敷設(shè)設(shè)計(jì)。

除了上述幾個(gè)方面，還可使用外部瞬變防護(hù)、濾波器防護(hù)、利用接地技術(shù)等方式降低或消除電磁干擾，介于篇幅限制，就不做深入探討。

【參考文獻(xiàn)】

[1]FAA.CFR Part25.Airworthiness Standards： Transport Category Airplanes[S].FAA.2008.

[2]劉洋.民用飛機(jī)電纜和連接器的電磁防護(hù)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014 No.23：89-91.

[3]范東浩.飛機(jī)連接器尾附件屏蔽接地設(shè)計(jì)介紹[J].民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究，2010（2）：45-50.