特種飛機(jī)結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)方法探索

鐘濤++譚一鳴++宋云霞

摘 要：介紹了現(xiàn)代戰(zhàn)爭軍用特種飛機(jī)的作戰(zhàn)電磁環(huán)境。分析了復(fù)雜電磁環(huán)境對軍用特種飛機(jī)的影響機(jī)理和效應(yīng)。研究了機(jī)體結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)的措施和方法。并在最后強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)的重要性和可行性。

關(guān)鍵詞：電磁干擾 電磁脈沖 電磁波 結(jié)構(gòu)電磁防護(hù) 耦合 屏蔽

中圖分類號：V267 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（b）-0046-02

在近幾場高技術(shù)局部戰(zhàn)爭中，電磁對抗已經(jīng)成為非接觸戰(zhàn)爭的標(biāo)志和主要攻擊手段之一，甚至將高能電磁脈沖武器運(yùn)用于戰(zhàn)場，對指揮電子系統(tǒng)、人員和飛行器具有極大的威脅，戰(zhàn)場環(huán)境十分復(fù)雜。隨著新戰(zhàn)場環(huán)境的出現(xiàn)、戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)的要求提高和越來越多大功率電子對抗、偵測、指揮設(shè)備安裝在飛機(jī)上，我方、敵方、環(huán)境方不同頻率和能量級別的電磁波、電磁輻射及電磁脈沖將大規(guī)模充斥在戰(zhàn)場中。

軍用特種飛機(jī)在戰(zhàn)場上主要從事電子偵察、電子干擾、指揮控制等任務(wù)，不僅自身電磁環(huán)境復(fù)雜，且易受其他作戰(zhàn)單位的電磁干擾和攻擊。為保護(hù)機(jī)內(nèi)人員、設(shè)備、軍械和燃油等的安全，一套結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)方法以適應(yīng)這種環(huán)境成為當(dāng)務(wù)之急。

1 復(fù)雜電磁環(huán)境對特種飛機(jī)的影響機(jī)理

飛機(jī)結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)主要針對的是輻射傳輸形式的電磁干擾（EMI）和電磁脈沖（EMP）；

輻射傳輸形式的電磁干擾能量按電磁場的規(guī)律向周圍空間發(fā)射，耦合途徑十分復(fù)雜，多種途徑的耦合同時存在，反復(fù)交叉耦合，共同產(chǎn)生干擾，才使電磁干擾變得難以控制。

電磁脈沖在裸露的導(dǎo)電體（例如裸露的電線、印刷電路板的印制線）上急劇產(chǎn)生數(shù)千伏的瞬變電壓，對大量電子設(shè)備造成無法挽回的損壞。

同時大能量的電磁波可能引起機(jī)內(nèi)燃油爆燃，造成機(jī)毀人亡的嚴(yán)重后果；同時長時間高功率、大能量的電磁波對機(jī)內(nèi)人員存在較大影響，對身體用一定的傷害，可能造成長期的損傷。

所以特種飛機(jī)結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)對于飛機(jī)作戰(zhàn)效能的充分發(fā)揮，飛機(jī)的飛行安全和乘員的身體健康都具有巨大的意義。

2 特種飛機(jī)結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)的基本原理和功能

電磁屏蔽體對電磁波的衰減作用主要取決于對電磁波的反射和吸收作用。反射和吸收作用都應(yīng)基于連續(xù)導(dǎo)電界面上，具體到飛機(jī)結(jié)構(gòu)上就是對機(jī)體上不可避免的縫隙、孔洞和穿過機(jī)身防護(hù)區(qū)域的各種導(dǎo)體等易產(chǎn)生電磁泄漏的重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行專門的結(jié)構(gòu)形式上的電磁防護(hù)設(shè)計優(yōu)化。

飛機(jī)結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)具體可定義為利用連續(xù)導(dǎo)電材料減少電磁場向機(jī)體內(nèi)指定區(qū)域穿透，控制電磁波由輻射源經(jīng)泄漏途徑向飛機(jī)各指定艙室傳導(dǎo)和輻射傳播。

而電磁脈沖本質(zhì)是一種大能量大功率的電磁波，能損傷大部分頻率范圍的電子元器件和人員，機(jī)體結(jié)構(gòu)層面上防護(hù)電磁脈沖的辦法就是電磁屏蔽。通過屏蔽方法使電磁脈沖的磁場和電場都產(chǎn)生衰減；機(jī)內(nèi)安裝電子設(shè)備電搭接在金屬機(jī)體上，在空中飛行的飛行器機(jī)體無法有效接地，只能通過高電磁屏蔽效能來對電磁脈沖進(jìn)行防護(hù)。

3 特種飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)的措施和方法

機(jī)體結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)的方法根據(jù)具體結(jié)構(gòu)形式的不同分為許多種，但基本遵循三個基本原則，分別是：

保持屏蔽界面上結(jié)構(gòu)體的導(dǎo)電連續(xù)性；

不允許有直接穿過屏蔽區(qū)域結(jié)構(gòu)體的無屏蔽導(dǎo)體；

不影響結(jié)構(gòu)完整性和結(jié)構(gòu)功能的實(shí)現(xiàn)。

特種飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)中電磁防護(hù)區(qū)域中主要電磁波泄漏部分為各種口蓋搭接處、間隙搭接、電介質(zhì)結(jié)構(gòu)部件、通風(fēng)口和均壓孔等。

（1）非承力口蓋包括無間隙和口蓋2類；

其中一類無間隙搭接口蓋主要使用在機(jī)體無水密和氣密要求的區(qū)域，口蓋和機(jī)體之間是直接的金屬接觸，依靠口蓋和機(jī)體搭接金屬部分接觸，接觸寬度大于25 mm，保證完整的電搭接要求；

實(shí)際工程實(shí)踐中往往是口蓋和機(jī)體剛性不一致，使用中變形不均勻，導(dǎo)致口蓋和機(jī)體不能完全接觸，就需要控制口蓋和機(jī)體連接件的數(shù)量和間距，在保證口蓋使用要求的前提下，盡量多的使用緊固件，緊固件間距不大于30 mm；

同時機(jī)體抗腐蝕要求零件表面需陽極化處理并涂覆聚氨酯底漆；經(jīng)過對模擬結(jié)構(gòu)件的褪漆和涂漆對比表明單層聚氨酯底漆對屏蔽效能影響不大，褪漆比涂漆的情況屏蔽效能大5～6 dB，所以多數(shù)情況下可以不褪漆使用；

另一類有間隙搭接口蓋主要用于水密要求的機(jī)體部位；這類口蓋結(jié)構(gòu)需要在口蓋和機(jī)體之間增加密封材料，達(dá)到電磁防護(hù)的效果，這層密封材料必須是導(dǎo)電的，增加導(dǎo)電密封橡膠或?qū)щ娨r墊是常用的方法；由于口蓋不承力，所以導(dǎo)電密封材料只要求將口蓋縫隙填實(shí)即可，主要考慮的不是導(dǎo)電密封材料物理性能，而是考慮材料的導(dǎo)電性能。

（2）承力口蓋是在機(jī)體結(jié)構(gòu)中氣密線處設(shè)置的功能性口蓋；此類口蓋主要是承受氣密載荷的作用，要達(dá)到密封和電磁防護(hù)一體化設(shè)計，必須考慮導(dǎo)電密封材料的物理性能；增加導(dǎo)電密封橡膠或?qū)щ娒芊庖r墊也是常用的方法；

承力口蓋處使用的導(dǎo)電橡膠或?qū)щ娒芊庖r墊都是需要一定的壓縮量才能起到密封和導(dǎo)電的雙重效果；壓縮量的確定是實(shí)現(xiàn)電磁防護(hù)與結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計的關(guān)鍵。壓縮量過大會導(dǎo)致橡膠感覺“軟”，雖然屏蔽效能較好，但是密封效果太差，結(jié)構(gòu)功能性不好；壓縮量過小導(dǎo)致橡膠感覺“硬”，這樣屏蔽效能較差，同時口蓋開關(guān)費(fèi)時費(fèi)力，功能性和可靠性差，容易剝落。

要達(dá)到密封效果和結(jié)構(gòu)功能性都較好的目的，壓縮量應(yīng)控制在一個合適的范圍內(nèi)。根據(jù)工程實(shí)踐，以一般使用的硅橡膠為例，導(dǎo)電橡膠襯墊（平板）的高度壓縮量控制在10%～15%之間為宜；成型橡膠型材的高度壓縮量控制在25%～45%之間為宜；具體應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)廠商橡膠材料和生產(chǎn)工藝通過實(shí)驗(yàn)找到最佳壓縮量。

（3）間隙搭接部位，以搭接縫的間隙大小分為2種電磁防護(hù)設(shè)計。

搭接縫隙寬度0-2 mm可定義為小搭縫搭接；這類搭接部位一般面積比較大，使用涂導(dǎo)電膠或?qū)щ娔佔(zhàn)拥姆椒▽?shí)現(xiàn)電磁防護(hù)，導(dǎo)電膠或?qū)щ娔佔(zhàn)右笸扛苍诒淮罱颖砻妫乐乖谘b配過程中出現(xiàn)脫落的情況，影響電磁防護(hù)性能。endprint

導(dǎo)電膠適用于填充小于1 mm的搭縫，導(dǎo)電膩?zhàn)舆m用于填充1～2 mm的搭縫；由于大面積使用導(dǎo)電膩?zhàn)踊驅(qū)щ娔z對接觸表面要求高，所以在填充導(dǎo)電物之前應(yīng)對粘接面和接觸面進(jìn)行處理，具體應(yīng)完全褪除漆層并使用240#以上的砂紙打磨光滑，用丙酮等溶劑清洗表面后自然干燥，干燥過程需進(jìn)行保護(hù)，防止二次污染；這樣使導(dǎo)電物與搭接面金屬層充分完全接觸，形成完整的電連續(xù)通路，可靠防止危害電磁波的進(jìn)入。

搭接縫隙寬度大于2 mm可定義為大搭縫搭接部位；但搭接縫尺寸不允許過大，過大的縫隙進(jìn)行電磁防護(hù)設(shè)計效果很差，是沒有意義的；

大搭縫搭接一般設(shè)置專門的屏蔽輔助結(jié)構(gòu)（如壓條、搭接型材）用于安裝屏蔽材料；由于縫隙尺寸相對較大，一般選用空心導(dǎo)電橡膠管或空心填充導(dǎo)電襯墊作為屏蔽搭接材料，截面形狀一般采用“P”型或“B”型，需要采用機(jī)械連接方式固定在屏蔽輔助結(jié)構(gòu)上；搭接表面需要進(jìn)行一定的處理，處理方法與小搭縫搭接相同。

（4）電介質(zhì)結(jié)構(gòu)部件一般是指電阻率超過10 Ω/cm的絕緣材料；機(jī)體結(jié)構(gòu)中通常的電介質(zhì)是玻璃、玻璃鋼面層復(fù)合材料板。

機(jī)體結(jié)構(gòu)中玻璃運(yùn)用于各種表面部位，要求破損安全設(shè)計，通常為雙層結(jié)構(gòu)，電磁防護(hù)一般在雙層玻璃之間，既外層玻璃內(nèi)層和內(nèi)層玻璃外層復(fù)合導(dǎo)電材料，并外伸與固定金屬結(jié)構(gòu)充分搭接，搭接寬度要求大于15 mm。

機(jī)體結(jié)構(gòu)運(yùn)用的玻璃包括硅酸鹽玻璃和有機(jī)玻璃。對于硅酸鹽玻璃由于軟化溫度很高，一般選用噴鍍IT0導(dǎo)電屏蔽膜作為防護(hù)界面；航空有機(jī)玻璃由于耐用溫度較低，不能高溫噴鍍導(dǎo)電膜，一般選用在雙層玻璃之間膠合一定厚度的屏蔽金屬絲網(wǎng)，形成屏蔽界面。

玻璃鋼面層復(fù)合材料板一般使用在機(jī)體內(nèi)部，作為隔框時用作電磁防護(hù)界面時；主要采用在面板的電磁波入射面安裝金屬屏蔽板或粘接屏蔽導(dǎo)電紙，通過和金屬骨架的充分連接與機(jī)身形成電連續(xù)；金屬骨架和屏蔽物連接面應(yīng)褪除氧化層，不允許涂縫內(nèi)膠。

（5）由于飛機(jī)中設(shè)備通風(fēng)和氣壓平衡的要求，機(jī)體結(jié)構(gòu)中存在通風(fēng)口和均壓孔；這2種孔縫對于電磁防護(hù)是非常不利的，需要進(jìn)行封堵，同時又不能影響它的功能，一般是在孔口安裝金屬絲網(wǎng)或金屬蜂窩波導(dǎo)通風(fēng)板：其中金屬絲網(wǎng)只適用于入射電磁波頻率小于1GHz的環(huán)境中，超過范圍頻率越高屏蔽效能越差；金屬蜂窩波導(dǎo)通風(fēng)板對高頻率電磁波具有可靠的屏蔽效能，但對小于1GHz的電磁波屏蔽能力較差。

4 特種飛機(jī)結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)的重要性和可行性

特種飛機(jī)結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)，是針對電子戰(zhàn)飛機(jī)或未來的作戰(zhàn)飛機(jī)在復(fù)雜電磁環(huán)境下甚至電磁脈沖武器攻擊下保護(hù)人員安全、設(shè)備安全、燃油安全、電子設(shè)備的兼容性而采取的一系列措施；為特種飛機(jī)提供安全的電磁環(huán)境，為人員、設(shè)備、燃油提供安全保障。

隨著電子戰(zhàn)技術(shù)和高能電磁武器的快速發(fā)展的今天，結(jié)構(gòu)電磁防護(hù)設(shè)計技術(shù)已顯現(xiàn)出異常重要的地位，是重要的安全保障，是飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計和新機(jī)研制最重要的組成部分之一，具有廣泛的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。

特種飛機(jī)電磁防護(hù)技術(shù)在機(jī)體結(jié)構(gòu)本身想辦法、找措施，將結(jié)構(gòu)設(shè)計和功能實(shí)現(xiàn)與電磁防護(hù)設(shè)計一體化，相對于單純在電子方法在工程運(yùn)用上成本低廉，應(yīng)用范圍廣泛，使用方法簡單；可大規(guī)模運(yùn)用在現(xiàn)役飛機(jī)的改裝，提高軍用特種飛機(jī)整體性能。

參考文獻(xiàn)

[1] 路宏敏，余志勇，李萬玉.工程電磁兼容第[M].2版.西安電子科技大學(xué)出版社，2010-09.endprint