民用飛機電磁兼容性試飛技術

陳 寧，袁大天，肖 妮（中國飛行試驗研究所，陜西西安，710089）

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民用飛機電磁兼容性試飛技術

陳 寧，袁大天，肖 妮
（中國飛行試驗研究所，陜西西安，710089）

摘要：對民用飛機電磁兼容性試飛技術進行了綜述，按照設備工作特點將其科學分類，并分別以矩陣和列表的方式全面自主地考核了飛機設備、分系統、系統之間的電磁兼容性，最大程度實現了電磁兼容性試飛方法的系統化和規范化。

關鍵詞：電磁兼容性（EMC）；試飛

0　引言

隨著電子、電氣、計算機、控制技術的飛速發展，飛機上裝備的電子設備種類越來越多、發射功率越來越大，應用的頻譜也越來越廣，使得機載設備工作的電磁環境越來越復雜，加之設備靈敏度的不斷提高，這些因素極大增加了飛機電磁兼容性（EMC）設計難度。可以說，EMC已成為考核現代飛機設計科學性和合理性的重要指標之一，是飛機機載設備能否完成預定功能的突出障礙。電磁干擾影響飛機工程效能的主要范圍有:

a）系統性能降低或失效，造成不能完成預定任務；

b）引起失效模式，降低裝備可靠性；

c）影響裝備或元器件的工作壽命；

d）影響效能/費用的權衡；

e）影響武器裝備和人員的生存性和安全性；

f）延誤生產和使用。

長期以來，民用飛機電磁兼容性測試主要依據的是歐洲和美國執行的DO-160/ED14 系列環保標準，DO-160系列目前已發展到RTCA/DO-160F，代替之前的DO-160E，DO-160F中規定的測試是為了滿足美國聯邦航空管理局（FAA）或者其他國際規定對安裝在商業航空起上設備的要求而進行的典型測試，其測試等級/限值適用于當前使用的典型飛行器。但是，任何測試手段都有其技術制約性，比如測試飛機機體屏蔽性的電流注入法的測試上限頻率依賴于飛機尺寸，而混響室的缺點則是無法運行引擎來測試電子發動機控制系統和相關電氣發電控制，此外，腔室內操作的最低頻率還要受制于腔室尺寸。總的來說，無論是通過模擬計算還是依靠測試手段，都無法完全真實地評估飛機系統的電磁兼容性。歸根結底，驗證飛機EMC的最終和最權威手段是飛行試驗。

本文正是以民用飛機的適航審定試飛為契機，總結出較為全面電磁兼容性試飛方法，僅供同行參考。

1　機載設備分類

本試飛技術的關鍵因素之一是機載設備的分類，即按照工作原理和電磁特點將其分為干擾源和敏感設備兩大類。

大家知道，以往的EMC試飛僅關注到用頻設備之間的信號干擾，比如同頻、近頻或倍頻等，諸如針對裝備復雜的現代化軍機所制定的射頻綜合管理系統，也是通過頻譜管理來規避電磁干擾。但是，飛機的電磁干擾問題不僅僅是來源于用頻設備，它幾乎可能來自機上所有涉電設備。從理論上講，有的機載設備是干擾源，有的是敏感體，有的既是干擾源又是敏感體（如具有收發功能的通信設備），在干擾源和敏感體之間存在多種能量耦合途徑，它們雖然形式各異，但歸納起來大體分為以下幾種：

機載設備電磁干擾常見類型：

a）天線對天線的耦合，如：耦合路徑在發射機天線和接收機天線之間時，發射機對接收機的電磁干擾；

b）導線對導線的耦合，如：導線束內部由于導線間交叉耦合造成的電磁干擾；

c）場對導線的耦合，如：當飛機上導線穿過機上蒙皮介質孔時，由于暴露在機上天線輻射場中，在該導線束負載上感應的電磁干擾電壓；

d）機箱對機箱的耦合，如：由于低頻磁場與設備內部靈敏度變壓器和電子束裝置耦合后所造成的電磁干擾；

e）共阻抗耦合，如：電流經過公共回路產生的感應電壓在信號電纜中引起的共模電流干擾。

當然，上述幾種干擾途徑不可能包羅萬象，但一些實際問題可以通過具體分析變換等同到這幾種類型中，如小孔輻射可等效為天線等。

綜上所述，要全面深入考核飛機電磁兼容性，就必須了解機載設備的電磁特性和可能產生的干擾類型，并在此基礎上將機載設備分別歸屬為干擾源或敏感體，以此來檢查它們相互之間的兼容性。機載設備分類是本成果的難點和重點，它決定了EMC試飛結果的完整性和科學性。

機載設備分類的工作量相當大，因篇幅有限，本文僅以幾種典型機載設備為例來說明分類依據和方法，詳見表1。

2　試飛方法

民用飛機電磁兼容性試飛的主要內容有：設備級電磁兼容性檢查、全機電磁兼容性檢查、地面疑似干擾問題的空中復查。

2.1設備級矩陣式EMC檢查

首先，在設備級檢查試飛中，提出矩陣式檢查的方法。矩陣式檢查方法集總了可能產生干擾的輻射源和可能受到干擾的敏感設備，并逐一進行電磁兼容性對應檢驗，該方法突破了以往EMC試飛的局限性，將檢查對象擴展到整機所有涉電設備，涵蓋了航電、電傳、機電及動力等系統。

具體試飛方法是：將機載涉電設備按照工作特點及工作模式將其分為干擾源和敏感設備兩大類后，以矩陣的方式對這兩類設備之間的電磁兼容性進行詳細檢查。當然，具體的電磁兼容性檢查任務就落實到每個機載設備的性能和功能試飛中，并將其貫穿到每個設備的試飛全過程中，它不僅包括試飛過程中用感官檢查矩陣中所列的對應設備之間有無出現干擾現象，還包括在后期的數據處理分析中，查找有無因為干擾問題而出現的數據異常等現象。

通常，檢查歸類為干擾源的機載設備的電磁兼容性時，主要側重檢查于它對機上其他設備的電磁干擾，即在該設備的整個性能和功能試飛中，檢查飛機機電系統、動力系統和電傳系統是否正常工作，有無出現電磁干擾現象；檢查航電系統，尤其是導航系統、通信系統、告警系統、控制顯示器、數據鏈、著陸設備、氣象雷達、自動定向儀、無線電高度表等設備是否工作正常，檢查有無畫面顯示不穩定、數據鏈斷續、話音質量變差、儀表指示不正確、誤告警等現象。檢查歸類為敏感設備的電磁兼容性時，主要側重檢查于機上其他設備工作時對該設備的電磁干擾，即在該設備的整個性能和功能試飛中，檢查飛機機電系統、動力系統、電傳系統和航電系統工作時對其的性能或功能發揮有無影響，并判斷是否造成電磁干擾。

因為電磁兼容性檢查矩陣所羅列的設備很多，因此這里就不一一做詳解，僅以最容易產生干擾的電臺通信為例來說明具體的檢查方法，具體見表2。

在VHF通信試飛過程中，結合以下試飛內容檢查VHF通信與其它機載設備之間的電磁兼容性：a）遠距離通信時；b）大角度通信時；c）進場形態通信時；d）應急通信時

在HF通信試飛過程中，結合以下試飛內容檢查HF通信與其它機載設備之間的電磁兼容性：a）遠距離通信時；b）近距離通信時篇；c）非正常供電情況下通信時；d）沉積靜電情況下的通信時。

通信系統的合格判據為通信正常、話音清晰，與其它設備無明顯電磁干擾。結合整個通信系統的試飛過程，按照表2的所列的矩陣，檢查了HF通信、VHF通信與音頻綜合、通信管理、無線電高度表、GPS、空中交通管制、空中交通告警和防撞、氣象雷達、EFIS、ADS、EICAS、AHRS、全權數字式發動機控制、DME、LG、地形防撞警告系統、TDR、PA、AMS、FCS、自動飛行、失速保護、飛行管理、燃油計量、飛行控制、防火系統、液壓系統、電源系統、備用儀表、反推系統、防雨除冰、電源系統、照明系統等設備之間的電磁兼容性。

表1　機載設備分類說明

表2　電磁兼容性檢查矩陣

表2　（續）

另外，一些設備的特殊操作需要特別關注其電磁兼容性問題，比如電源系統試飛中，當進行電源轉換時，很容易在電源線中形成尖峰信號和浪涌，這些尖峰信號和浪涌可能會對機上用電設備造成影響，比如會使機載設備出現誤告警、誤動作、損耗增加、顯示畫面抖動、儀表指示不正確、話音質量變差等異常現象。但是，因為電源轉換的時間很短，有時候這種影響或者干擾稍縱即逝，因此不僅需要機上人員在此刻密切關注機上設備的工作情況，必要時，還可以把對電源敏感的機載設備的飛行數據采集下來進行分析，查找在電源轉換的時間段內是否出現工作狀態異常。

2.2全機列表式EMC檢查

在電磁兼容性試飛完成設備級的檢查試飛后，就進入了全機電磁兼容性試飛階段。全機檢查存在一個比較特殊的情況，即全機電磁兼容性試飛是在機載測試設備拆除后進行的。因此，該試飛的檢查結果就完全依賴于飛行員和試飛工程師的感官評價。因為沒有了測試基準，出現干擾問題時就不容易排查，另一方面，全機電磁兼容性專項試飛的時間遠遠小于設備級試飛。鑒于此，在全機電磁兼容性檢查試飛中，提出了列表式的檢查方法，既可以保證試飛進度，又可以盡量全面地檢查到每個機載電子設備。

列表式檢查的具體方法：將機載設備按干擾源和敏感設備分類并規劃好設備的工作狀態，使干擾源以最大的干擾形式出現，并將敏感設備設定為最易受干擾的狀態（篇幅所限，本文略去該項表格）。在試飛過程中，飛行員按預定內容設置機載設備的工作狀態，并在干擾設備發射時，密切注意敏感設備的工作情況，觀察有無不正常現象出現，以此來判定敏感設備是否受到發射設備的電磁干擾。

列表式檢查方法有三點需要說明：一是繼承了設備級電磁兼容性試飛的成果，將機載涉電設備按照工作特點及工作模式將其分為干擾源和敏感設備兩大類；二是以列表的方式對這兩類設備之間的電磁兼容性進行詳細檢查；三是檢查內容涵蓋整個試飛過程，從發動機開車、起飛、巡航、通信，一直到飛機著陸、關機。

2.3地面電磁干擾的空中復查

在飛機進行地面電磁兼容性試驗過程中發現的電磁干擾問題，即使干擾問題在地面得到了解決，但解決措施是否有效，不僅需要在地面進行驗證，還需要在空中驗證，因為空中和地面的外界電磁環境是不一樣的，飛機自身艙內的電磁環境在空中和地面也是不一樣。因此，結合飛機地面EMC測試結果，針對飛機EMC薄弱環節進行空中檢查是非常必要的，可以以此考核其干擾抑制措施的有效性，從而徹底消除地面干擾故障在空中復現的隱患。

總而言之，地面電磁干擾的空中復查是基于全面保障試飛安全的考慮，在各個型號的試飛中，我們都需要重視這一點。

3　試飛結果分析

該試飛技術的應用效果良好，具有科學、高效、全面的優點，能夠系統全方位的評價全機機載設備、分系統、系統之間的電磁兼容性，并使電磁兼容性考核貫穿到飛機的整個試飛過程中，最大限度地排查了飛機的電磁兼容性隱患。

4　結束語

對于現代飛機而言，其面臨的電磁兼容性問題愈來愈嚴峻，一是飛機自身系統之間的電磁兼容性；二是飛機與外界日益惡化的電磁環境之間的兼容性。因此，我們要在該方面不斷地學習和積累，以適應未來飛行試驗的新需求。

參考文獻

［1］ 陳窮等編著.電測兼容性工程設計手冊，北京：國防工業出版社。

［2］ 劉鵬程，邱揚編著.電測兼容原理及技術，高等教育出版社：1993年。

［3］ 陳寧.機載電子設備電磁干擾故障實例分析，《測控技術》第34卷。

Electromagnetic compatibility test technology for civil aircraft

Chen Ning，Yuan Datian，Xiao Ni
（Chinese Flight Test Establishment，Xi’an Shaanxi，710089）

Abstract：The EMC test technology of civil aircraft are reviewed. According to the working characteristics of the equipment will be the scientific classification，and by way of matrix and list of comprehensive independent assessment of the aircraft equipment，system，electromagnetic compatibility between systems，to the greatest extent realized the systematization and standardization of test methods for electromagnetic compatibility.

Keywords：electromagnetic compatibility （EMC）； test flight

作者簡介

陳寧（1969—），女，陜西大荔人，高級工程師，現主要從事飛機航電系統試飛技術研究。