某型直升機(jī)電磁兼容性試驗(yàn)方法研究

孫恒坤，楊崇剛

（1.中國飛行試驗(yàn)研究院，陜西西安，710089；2.航空工業(yè)第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，陜西西安，710089）

0 引言

對(duì)于獨(dú)立的機(jī)載設(shè)備，一般根據(jù)GJB1389A、GJB151B等標(biāo)準(zhǔn)，但系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品并不是設(shè)備或分系統(tǒng)之間的簡單連接，因此，為了驗(yàn)證全機(jī)的系統(tǒng)電磁兼容性能，必須進(jìn)行全機(jī)電磁兼容性試驗(yàn)[1]。

本文根據(jù)被試對(duì)象特點(diǎn)，完成了全機(jī)電磁兼容性試驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)，分析提出了詳細(xì)的試驗(yàn)方法，并應(yīng)用于該型機(jī)系統(tǒng)電磁兼容性試驗(yàn)中，達(dá)到預(yù)期目的，為后續(xù)直升機(jī)系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性試驗(yàn)提供了參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

由于試驗(yàn)周期較短，系統(tǒng)平臺(tái)電磁環(huán)境中的背景噪聲測試、系統(tǒng)平臺(tái)天線耦合測試項(xiàng)目，可以結(jié)合安全裕度測試和系統(tǒng)對(duì)外部電磁環(huán)境適應(yīng)性測試等開展，所以本次試驗(yàn)的試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)包括6項(xiàng)內(nèi)容：（1）全機(jī)系統(tǒng)相互干擾檢查試驗(yàn)；（2）傳導(dǎo)安全裕度試驗(yàn)；（3）輻射安全裕度試驗(yàn)；（4）外部射頻電磁環(huán)境試驗(yàn)；（5）電源線瞬變?cè)囼?yàn)；（6）電磁兼容性試飛檢查。

2 試驗(yàn)方法分析

2.1 系統(tǒng)相互干擾檢查試驗(yàn)

被試品分別在地面電源供電和發(fā)動(dòng)機(jī)開車情況下開展試驗(yàn)。發(fā)動(dòng)機(jī)開車情況下的相互干擾檢查試驗(yàn)，主要只有在發(fā)動(dòng)機(jī)開車狀態(tài)下才能開展的檢查項(xiàng)目，以及使用應(yīng)急電源才能開展的檢查項(xiàng)目，開始前要確定完整的相互干擾檢查矩陣，并針對(duì)性地驗(yàn)證在地面電源供電情況下相互干擾試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題[2]。

2.2 傳導(dǎo)安全裕度試驗(yàn)

按照?qǐng)D1測試被試品各機(jī)載設(shè)備正常工作時(shí)對(duì)外產(chǎn)生的傳導(dǎo)電流環(huán)境，按照?qǐng)D2測試傳導(dǎo)安全裕度。

圖1 傳導(dǎo)安全裕度測試布置圖（環(huán)境電平測試）

圖2 傳導(dǎo)安全裕度測試布置圖（安全裕度測試）

首先完成環(huán)境電平測試，在被測機(jī)載設(shè)備端口布置電流監(jiān)測探頭，各機(jī)載設(shè)備通電，具備發(fā)射功能的機(jī)載設(shè)備處于最大功率發(fā)射狀態(tài)，發(fā)射頻率根據(jù)其自身調(diào)制頻率確定完成傳導(dǎo)環(huán)境電平測試。

隨后，在被測機(jī)載設(shè)備端口布置電流監(jiān)測探頭、電流注入探頭，調(diào)節(jié)功率放大器/信號(hào)源輸出，逐漸增加電流干擾信號(hào)，直至干擾電平幅度達(dá)到環(huán)境電平加上要求的安全裕度（6dB或16.5dB）；對(duì)于可調(diào)諧發(fā)射設(shè)備工作頻段內(nèi)的傳導(dǎo)安全裕度測試，干擾信號(hào)幅度按照發(fā)射設(shè)備發(fā)射時(shí)采集到的環(huán)境電平的最大值加上安全裕度值施加，并記錄試驗(yàn)結(jié)果，更換測試位置，重復(fù)完成所有規(guī)定位置測試。

2.3 輻射安全裕度試驗(yàn)

按照?qǐng)D3測試被試品正常工作時(shí)對(duì)外產(chǎn)生的電場輻射環(huán)境，按照?qǐng)D4測試被試品的電場輻射安全裕度。本試驗(yàn)優(yōu)先安排外部輻射環(huán)境測試，各機(jī)載設(shè)備通電，具備發(fā)射功能的機(jī)載設(shè)備處于待發(fā)狀態(tài)，完成10kHz～18GHz的垂直極化測試，完成30MHz～18GHz的水平極化測試；各機(jī)載設(shè)備通電，具備發(fā)射功能的機(jī)載設(shè)備處于最大功率發(fā)射狀態(tài)，完成10kHz～18GHz的垂直極化測試，完成30MHz～18GHz的水平極化測試；重復(fù)完成所有規(guī)定位置的測試。

圖3 輻射安全裕度測試布置圖（環(huán)境電平測試）

圖4 輻射安全裕度測試布置圖（安全裕度測試）

隨后，布置輻射發(fā)射天線、場強(qiáng)探頭，各機(jī)載設(shè)備通電，對(duì)于可調(diào)諧發(fā)射設(shè)備工作頻段，干擾信號(hào)幅度按照發(fā)射設(shè)備發(fā)射時(shí)采集到的環(huán)境電平的最大值加上6dB或16.5dB進(jìn)行施加；若敏感設(shè)備出現(xiàn)敏感現(xiàn)象，則首先確定設(shè)備受擾頻點(diǎn)；然后在受擾頻點(diǎn)降低輻射干擾電平直至敏感現(xiàn)象消失，在此基礎(chǔ)上再降低干擾信號(hào)6dB，然后再逐漸增大干擾信號(hào)，直至被測設(shè)備敏感，此時(shí)的干擾電平即為敏感電平，其與基準(zhǔn)環(huán)境電平的差值即為設(shè)備的安全裕度。

2.4 外部射頻電磁環(huán)境試驗(yàn)

參考圖4，在駕駛室、貨艙門、尾梁設(shè)備艙、發(fā)動(dòng)機(jī)安裝位置等進(jìn)行測試，其中，測試天線距離被試機(jī)體為1米，天線中心離地面為1.2米，并對(duì)準(zhǔn)被試系統(tǒng)正常工作時(shí)的發(fā)射強(qiáng)度最大的方向[3]。各機(jī)載設(shè)備通電，相應(yīng)設(shè)備處于最大功率發(fā)射狀態(tài)，調(diào)節(jié)功率放大器/信號(hào)源輸出，直至外部射頻電磁場達(dá)到200V/m，檢查敏感設(shè)備工作狀態(tài)。

由于外部場地都會(huì)存在反射現(xiàn)象，對(duì)施加場強(qiáng)的幅值變化要密切關(guān)注。在試驗(yàn)開始之前，根據(jù)現(xiàn)場特性對(duì)測試系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定，并局部鋪設(shè)吸波材料。

2.5 電源線瞬變?cè)囼?yàn)

試驗(yàn)前首先對(duì)機(jī)上大功率用電設(shè)備進(jìn)行識(shí)別，具體包括旋翼防除冰系統(tǒng)、蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)等，保持發(fā)動(dòng)機(jī)開車狀態(tài)。逐個(gè)打開/關(guān)閉大功率用電設(shè)備，射頻設(shè)備對(duì)外發(fā)射/關(guān)閉，記錄示波器監(jiān)測到的尖峰電壓。重復(fù)試驗(yàn)，直到采集到所有大功率用電設(shè)備通電、斷電、動(dòng)作、發(fā)射瞬間產(chǎn)生的尖峰電壓，并保存尖峰電壓波形圖。

2.6 電磁兼容性試飛檢查

電磁兼容飛行試驗(yàn)是在真實(shí)飛行條件下，對(duì)被試飛機(jī)各設(shè)備電磁兼容情況和電磁環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行檢查，是對(duì)全機(jī)地面電磁兼容性試驗(yàn)的補(bǔ)充驗(yàn)證[4]。由于飛行試驗(yàn)組織難度及資源耗費(fèi)較大等因素，一般針對(duì)地面試驗(yàn)無法進(jìn)行的任務(wù)關(guān)鍵干擾源和敏感設(shè)備組合進(jìn)行驗(yàn)證。飛行時(shí)打開地面雷達(dá)（頻段涵蓋1.2～10GHz）、以及小型輻射源（頻段為80～1000MHz），按照規(guī)劃好的航路點(diǎn)，飛行期間空中機(jī)械師按照事先制定的被試系統(tǒng)電磁兼容飛行試驗(yàn)矩陣，對(duì)機(jī)上用電設(shè)備工作情況進(jìn)行檢查；飛行員進(jìn)行日常地圖加載、飛控模式切換、自衛(wèi)系統(tǒng)投放等操作，并進(jìn)行盤旋、S機(jī)動(dòng)飛行等動(dòng)作，進(jìn)行組合驗(yàn)證。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

分析電磁兼容故障通常從以下幾點(diǎn)入手：尋找潛在的干擾源，確定干擾頻率，測試電磁干擾強(qiáng)度，評(píng)估可能引起的后果；該故障在時(shí)間軸上是否連續(xù)；計(jì)算干擾源和敏感設(shè)備的特性阻抗，兩者之間的傳輸電路阻抗；測量或計(jì)算輻射體幾何尺寸和傳輸線路長度等等。本次試驗(yàn)中暴露出的被試系統(tǒng)問題主要包括備份飛行顯示器、CNI主機(jī)等干擾超短波電臺(tái)等6個(gè)問題。針對(duì)出現(xiàn)的問題，經(jīng)仿真和分析，通過采取分時(shí)處理、增加屏蔽、共同接地、增加內(nèi)部濾波器等措施都得以解決。

4 總結(jié)與展望

根據(jù)本文設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方法，完成了全集電磁兼容性試驗(yàn)，并及時(shí)地處理改進(jìn)了兼容性問題，使該型機(jī)順利通過型號(hào)鑒定，也證明本次試驗(yàn)方法合理可行。另外，試驗(yàn)中積累的工程經(jīng)驗(yàn)，也可為后續(xù)其他直升機(jī)型號(hào)提供借鑒。隨著直升機(jī)系統(tǒng)本身和使用環(huán)境的日趨復(fù)雜，未來電磁兼容性試驗(yàn)的項(xiàng)目也會(huì)越來越多，同時(shí)，復(fù)雜電磁環(huán)境下的專項(xiàng)試飛也會(huì)越來越多，文中所提到的方法也可結(jié)合被試對(duì)象特點(diǎn)進(jìn)一步改進(jìn)。