航空機載產品磁影響測量分析

毛洪濤（GRGT技術研究院電磁兼容研究所，廣州 51000）

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航空機載產品磁影響測量分析

毛洪濤
（GRGT技術研究院電磁兼容研究所，廣州 51000）

摘要：介紹了航空機載產品磁影響測量標準的技術要求和測量方法，深入剖析了磁影響測量的原理，澄清了標準中容易混淆的磁影響限值的確定原則，詳細解釋了磁強計測量磁影響的方法，經過實踐檢驗，這種磁強計測量航空機載產品磁影響的方法準確可靠。

關鍵詞：航空機載產品；磁影響；電磁兼容；磁場強度

前言

國產大飛機C919于2015年11月的正式下線，標志著中國人在完全自主研制大型民航客機的征途上又邁出了重要一步。作為中國航空工業的一次巨大進步，C919從一開始就達到了50 %的國產化率，而且按照國際采購標準和波音、空客等知名國際企業的供應商同臺競爭，顯示了中國已經成為有相當航空工業基礎的國家，比當年引進汽車、高鐵時國產化率都高。如能打通這一條產業鏈，便有良好的產業前景，民用飛機將與汽車一樣成為拉動國民經濟增長的重要推動力，國產大飛機將成為中國高端制造產業的支柱。RTCA/DO160G是目前國際上通用的航空機載產品質量檢測的標準，該標準名為《機載設備環境條件和試驗程序》，包括大氣環境、電磁兼容、防火安全三方面技術要求，其中的一項磁影響要求在其他產品的技術要求中不多見。本文將重點講解磁影響的測量方法，澄清其中疑點，為普及大飛機的科學知識，為我們國家的大飛機事業奉獻檢測工程師的努力。

1 航空機載產品磁影響測量標準解疑釋惑

飛機上的羅盤系統有兩種形式，磁校正方式（MAG）和陀螺半羅盤方式（DG），羅盤系統在飛機上應用很廣泛，能滿足飛機在不同地區、不同氣象條件和不同飛行狀態下準確可靠地測量飛機航向的要求，同時還能向自動駕駛儀、飛行指引系統、甚高頻全向信標系統、飛行管理計算機系統、飛機狀態監控系統等提供航向信號。對磁場變化敏感的是磁校正系統的磁傳感器，磁影響對飛機安全關系重大，因此國際航空標準專門規定了相應的技術要求和測試方法，RTCA/Do160G等同于歐盟標準ED-14G，是目前對機載設備環境要求及測試方法的規定，本標準第十五章規定機載設備在磁影響方面的要求及試驗方法。本試驗項目確定機載設備的磁影響，主要用于測定或驗證設備允許的安裝位置離羅盤或磁通門傳感器的最近距離。本項目適用于所有安裝在飛機上羅盤和磁通門傳感器附近的設備，這些設備基本上集中在駕駛艙和貨倉，羅盤傳感器安裝在翼尖等受飛機磁場影響較小的地方，重要的是保持與其他設備磁影響安全距離。磁影響安全距離分類如表1所示。

EUT的磁影響（見圖1）通過一個自由磁體在水平磁場強度為14.4 A/m±10 %的均勻磁場中的等效偏轉來確定，但是實際測量環境中，中國大陸的地球磁場強度水平分量在30 A/m左右，不同地點、時間地球磁場水平分量的數值大大的超出標準允許的范圍，偏轉角限值須適時修正。

既然確定當地磁場水平分量的時候要用到磁強計，就用磁強計來模擬電子羅盤，既可以精確實地測量測試場地地球磁場水平分量，還可以數字化地顯示標準允許的磁場偏轉角，測量EUT安全距離的精確度、一致性大大提高，遺憾的是本標準沒給出具體的測量方法。

表1　設備分類和偏轉角為Dc的距離對應表

圖1　磁影響測試流程圖

2 深度地解析磁影響測試原理驅散迷霧

指南針指引方向的原理不再贅述，我們通過圖2所示的一個小實驗來演示其他設備對指南針方向的影響。用一個板貼的小磁鐵作為其他設備磁性質點的模型，按標準的試驗布置，EUT的電源線之類的被省略了，假設EUT產生的磁場等效于這個小磁鐵，EUT靠近指南針時，指南針的方向偏離了原來的南北方向，偏角的大小和EUT距離指南針的大小成反比，距離越遠偏角越小，距離越近偏角越大。為了保證指南針類導航設備指示方向的能力就要控制其他設備產生的磁場對它的影響，RTCA/Do160第十五章磁影響這個檢測項目就是為了規范其他設備在飛機上安裝的位置，和導航設備保持安全的距離，限制這個偏轉角度對導航設備的影響在可接受的范圍。

圖2顯示，理想情況下磁羅經的指針總是順著磁力線的方向，當有磁場干擾的EUT接近的時候，干擾磁場和地球磁場合成，磁力線的方向會偏轉，磁羅經指針的偏轉角度就是合成磁力線和地球磁力線的夾角，地球磁場確定的情況下，這個夾角就是EUT磁場強度/地球磁場強度的正切函數（示意圖中磁場矢量三角形的對邊比鄰邊），因此對偏轉角度的限值就變成了對EUT干擾磁場強度的限值，EUT對導航設備磁影響的限制實質上就是EUT產生磁場強度的限制，在指南針的位置上用磁強計測量東西方向上的磁場強度值和指南針指示偏轉角度是等效的而且容易讀數。

圖2　磁強計測量磁影響示意圖

圖3　磁強計測量磁影響操作界面示意圖

3 磁強計測量磁影響的操作方案

按標準RTCA/Do160第十五章磁影響給出的試驗布局和方法讀羅盤的角度難以辨別，1 °太小，0.48 °更是無法掌握，因此利用數字磁力計，把角度Dc轉換成磁場強度的數值，數字屏幕顯示才容易操作。根據公式tan(Dc)=EUT磁場強度/地球磁場強度水平分量，將對角度的測量轉化為對磁場強度的測量。

具體的測試步驟如下：

1）測量試驗場地地球磁場水平分量H，磁強計在南北方向上水平微調，記錄最大值，假定H=37.7 uT（30 A/ m）。

2）確定羅盤偏轉角度限值，上述地球磁場水平分量H與14.4 A/m±10 %比較，完全符合這個標準磁場的實驗場地畢竟是少數，常常需要計算修正的偏轉角度，Dc=14.4/H=14.4/30=0.48 °。

3）計算EUT磁場強度限值，EUT干擾磁場強度的限值=H* tan(Dc)，帶入上述測量值，EUT磁場強度限值=37.7* tan(0.48)=0.3158 uT，磁強計可以分辨納特級別，數字屏幕顯示315.8 nT。

4）測量安全距離，磁強計探頭方向調整到東西水平方向，微調探頭方向與地區磁場方向正交，數字屏幕顯示0±50 nT，EUT沿東西軸線布置，調整距離使磁強計讀數在315.8 nT附近，改變EUT工作狀態和面對磁強計探頭的方向使磁強計的讀數最大，再調整距離使磁強計讀數在315.8+50 nT范圍，用木尺測量EUT到磁強計探頭的距離。

5）根據表1設備分類，對比所測安全距離判定EUT類別是否符合標識，或者給EUT確定一個設備類別。

磁強計探頭南北方向、東西方向正交兩次測量，實際就是測量了EUT影響到地球合成磁場的x和y分量，x/y就是合成磁場偏轉角的正切值。上述用磁力計替代羅盤的方案解決了磁偏轉角限值問題，使用磁力計也可以很方便地評估測試場地的磁場均勻性，穩定性，選擇最佳的測試場地，配合我們開發的虛擬儀器界面非常容易操作（見圖3）。

4 結語

經過實踐檢驗這種磁強計測量航空機載產品磁影響的方法比標準中磁羅盤方法準確可靠，我們再應用計算機虛擬儀器技術開發了這一實用的操作方法，科學、精準，徹底擺脫了眼睛盯著磁羅盤艱難辨認偏轉角的困窘。本文補充完善了DO160G中磁傳感器測量偏轉角的方法，在今后的標準修訂中，這種磁強計測量磁影響的方法一定會取代目前不是很精確的自由磁體式指南針的測量方法。

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中圖分類號：TH70

文獻標識碼：A

文章編號：1004-7204（2016）02-0009-04

作者簡介:

毛洪濤（1963.5），資深電磁兼容工程師，全國無線電干擾標準化技術委員會通訊委員，現任職GRGT技術研究院電磁兼容研究所研究員，從事電磁兼容檢測產品和測試智能化研發。

Measure Analysis on Magnetic Effect of Airborne Products

MAO Hong-tao
(GRGT Institute of Technology Institute of Electromagnetic Compatibility, Guangzhou 51000)

Abstract：This paper introduces the technical requirements and the measuring method of magnetic influence measuring standard for the airborne products. And it deeply analyzes the principle of magnetic effect measurement, clarifies the confusing certainty principles for magnetic effect'limit value in the standard, and detailedly explains the method for magnetometer to measure magnetic effect. It shows that only converting the deflection angle limit into the magnetic field intensity limit, can the operation for digital magnetometer be convenient.

Key words：airborne products; magnetic effect; electromagnetic compatibility; field strength