飛機電磁輻射評估方法

焦毅++馬濤

文章編號：2095-6835（2017）10-0015-02

摘 要：隨著各種大型、大功率電子電氣設備在飛機上的應用，飛機的電磁環境越來越復雜，對人體的健康也會造成一定的影響。簡要探討了評估飛機電磁輻射的方法，從而明確電磁輻射是否在人體的可接受范圍內。

關鍵詞：電磁輻射；最大活動包線；功率密度；飛機

中圖分類號：V242 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.10.015

1 電磁輻射及其危害

電場與磁場的交互變化產生電磁波，并向外發射，從而形成電磁輻射。電磁輻射有電場和磁場分量的振蕩，分別在2個互相垂直的方向傳播能量。

人體生命活動包含一系列的生物電活動，這些生物電對環境的電磁波非常敏感。電磁輻射以電磁波的形式傳播，雖看不見，摸不著，聞不到，但卻無處不在。人體時時處于一定能量電磁波輻射環境中，輻射源的輸出功率越大、頻率越高、距離越近、接觸時間越長，輻射強度和人體受到的傷害就越大。電磁輻射危害人體的機理主要表現為熱效應和積累效應。對于長期接觸電磁輻射的群體，即使功率很小，也可能會誘發病變，且電磁輻射對人體的傷害在短時間內不易察覺。由于積累效應，長年累月后，電磁輻射的存在會使人的精力和體力減退，導致人體免疫機能下降，從而引起癌癥等病變。因此，電磁輻射成為繼廢氣、廢水、廢渣和噪聲后污染環境的又一大公害。

在現代飛機設計中，電子產品的使用數量越來越多，而大功率的輻射源，比如預警雷達等也不斷出現在各種類型的飛機（預警機、電子戰飛機等）上。隨著飛機續航能力的提升和空中加油技術的發展，飛機機組人員每次執行任務的時間也在不斷延長，進而導致電磁輻射帶來的傷害也隨之增大。在1991年第一次波斯灣戰爭中，美國的A-10“疣豬”攻擊機共執行了8 100項作戰任務，發射了近31 000發貧鈾彈。貧鈾彈是由核廢料加工制成的，雖然其穿甲效果不同凡響，但是，發射貧鈾彈的6管20 mm機關炮安裝在機頭下部，正好在飛行員座椅的正下方，導致A-10攻擊機的男飛行員睪丸癌的病發率大大高于其他飛機的駕駛員。

電磁輻射對人體健康的影響逐漸被發現并受到人們的高度重視。在型號評估中，裝備使用方也提出對飛機電磁輻射的考核要求。本文通過建立飛機上機組人員的活動空間，對飛機電磁環境的特點進行分析，研究適用于試飛期間的飛機電磁輻射評估方法。

2 電磁輻射測量模型的建立

要想測量飛機電磁環境對飛行機組的影響，首先要確定飛行機組的空間活動模型。

飛行員在空中飛行時，大部分時間，其姿勢都是坐在座椅上，雙手握住駕駛盤，雙腳掌著力在腳蹬上。然而隨著自動飛行功能的不斷完善，飛行員雙手和雙腳的位置不再固定，但身體仍坐在座椅上，以應付突發情況。鑒于此，可以以座椅與飛行員接觸的平面、飛行員各個關節為圓心作肢體活動曲面，綜合考慮飛行員的生理尺寸，建立飛行員的動態模型，進而實現飛行員執行任務時的最大活動包線，具體過程如下。

根據中國飛行員選拔標準，建立飛行員的靜態模型，如圖1所示。

（a）飛行員靜態側視圖

（b）飛行員靜態俯視圖

圖1 飛行員靜態模型

選取飛行員選拔的最大標準作為靜態模型的尺寸，根據測量需求和飛行員的姿態，以腳掌為基準線，列舉主要尺寸，具體如表1所示。

以733號運-8飛機上型號為TZY-1-F的飛行員座椅（尺寸為：870 mm×550 mm×1 340 mm，長×寬×高）為例，根據座椅和飛機的活動空間對活動范圍的影響，參考圖1，制訂人體關節的最大活動范圍，具體如表2所示。

參考圖1，依據各視圖的關節活動范圍和活動肢體的長度，得出飛行員坐在型號為TZY-1-F的座椅上的最大活動包線，如圖2所示。

3 電磁輻射的測量

3.1 測量參數

電磁輻射的定量指標主要有功率密度、電場密度和磁場強度。單位時間、單位面積內所接收或發射的高頻電磁能量叫做功率密度，常用單位為W/cm2；空間各處電場的強弱和方向的物理量叫做電場密度，常用單位為V/m；空間各處磁場的強弱和方向的物理量叫磁場強度，常用單位為A/m。

由于飛機的電磁環境比較復雜，電磁波的頻率比較高，大部分頻率在3～3×105 MHz。現在的儀器在電場和磁場測量方面存在較大的技術困難，且三者之間可以換算或等效換算，所以，一般可通過測量功率密度來評估電磁輻射的強度。

3.2 測量點的確定

本文的第2節中已經確定了飛行員的最大活動包線，且在包線范圍內不存在除人體外的其他輻射源（在測量中，不考慮人體自身輻射的影響）。由于距離越短，電磁輻射強度越大，因此，可以根據最大活動包線，參考飛機的設備布局情況，考慮人體重要器官的位置，設置測量點如下：①橫軸方向，最大尺寸的2個點（手臂水平位置時），最低位置的左右2個點（小腿左右擺動極限位置時）；②縱軸方向，最大尺寸的1個點（小腿水平位置時），最高位置的1個點（手臂上擺到極限位置時）；③垂直軸方向，最高點1個（頭頂位置），最低點1個（小腿在垂直位置時）；④人體重要器官部位取3個點，即眼部、胸部、腹部各1個點。

3.3 測量構型的確定

在飛機執行任務時，幾乎所有的電子設備均處于額定功率甚至是最大功率的工作狀態。按照從嚴考核的原則，在地面考核時，應依據安全規定，盡可能讓發動機和雷達等電子設備的所有輻射源保持在最大工作狀態。對于戰斗機和特種飛機，應讓所有的外掛物，比如導彈、電子吊艙等保持在戰勤位置，并處于通電狀態，且戰斗機航炮的炮彈應是最大基數。

在測量電磁輻射時，應盡量選在外界干擾最小、與實際應用條件最相近的環境下進行。在測量之前，應關閉除必須使用的儀器等之外的所有輻射源（比如手機、對講機等設備），盡量使用自帶直流電源的測量儀器設備。如果必須使用交流電源線，應使用屏蔽線。

4 電磁輻射的評估

飛機上的電磁輻射大部分由微波（300～3×105 MHz）、超短波（30～300 MHz）、短波（3～30 MHz）組成，且由于電磁環境比較復雜，因此，可根據脈沖波的標準進行評估。在可接受范圍內的功率密度和日劑量（1 d接受輻射的總量，按8 h計算）安全限值范圍如表3所示。

在實際工作中，可以將飛機上所有的輻射源看成一個擁有多頻段的輻射源，利用儀器對第i個測量位置的各個頻段范圍內的j個頻點（可通過示波器測量電磁環境中存在的j個波段）功率密度進行n次測量，結果記為Pijn，然后根據式（1）和式（2）計算，即：

（1）

（2）

式（1）（2）中： 為第i個測量位置的第j個頻點的平均功率密度； 為最大活動包線內第j個頻點的平均功率密度。

利用式（3）進行評判，即：

（3）

式（3）中：Aj為第j個頻點對應的平均功率密度（查表3得出）。

當測量值的計算結果滿足式（3）時，表示電磁輻射在人體可接受范圍內；當測量值的計算結果不滿足式（3）時，應采取相應的措施保護人員的身體健康；當電磁輻射不滿足要求時，除了采用被動的措施（比如穿戴防輻射服等）外，應根據試驗結果確定造成較大影響的頻點和輻射源，并以此為據針對輻射源進行電磁防護的設計更改。

5 結束語

建立試飛期間飛機電磁輻射的評估方法，可以為用戶提供使用依據，也可以利用此方法確定輻射影響較大的設備，為設計的更改提供參考。此方法不僅可以運用于飛機電磁輻射對機組人員影響的評估中，也可以評估電磁輻射對布置在有大型地面輻射源附近的工作區和生活區的影響，以減小對人體健康的傷害。

參考文獻

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作者簡介：焦毅（1986—），男，高級工程師，主要從事適航、安全性與標準化方面的研究。馬濤（1975—），男，高級工程師，主要從事適航、安全性與標準化方面的研究。

〔編輯：白潔〕