民用飛機導線和線纜的電磁防護設計

蔣曉婷

【摘 要】電氣線路互聯系統（EWIS）設計需滿足飛機安全運行所需的電磁防護能力，確保飛機的可靠性和可維護性。本文從適航相關要求出發，闡述了飛機面臨的電磁干擾來源和防護設計原則，介紹民用飛機電磁防護設計的區域策略、屏蔽端接設計、敷設設計等，對民用飛機的EWIS設計有一定的指導意義。

【關鍵詞】電氣線路互聯系統；電磁防護；導線；電纜

中圖分類號： V242 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）01-0189-002

【Abstract】electrical circuit interconnection system （EWIS） is designed to meet the electromagnetic protection capability required by aircraft safety operation to ensure the reliability and maintainability of aircraft.This article embarks from the airworthiness requirements， this paper expounds the plane source of electromagnetic interference and protection design principles， this article introduces the strategy， electromagnetic protection design of civil aircraft shield termination design， installation， etc.， to civil aircraft EWIS design has certain guiding significance.

【Key words】Electrical circuit interconnection system； Electromagnetic protection； Wire； Cable

0 前言

電磁干擾是一個電網絡通過某種形式把自身的信號耦合到另一個電網絡，影響后者信號完好性的現象。通過電介質耦合的形式是傳導干擾，通過空間耦合的形式是輻射干擾。

美國聯邦航空當局FAR頒布的25-123修正案對EWIS電磁干擾防護做出了相關規定，其中25.1707規定：每個EWIS的設計和安裝必須使任何在飛機上可能發生的電氣干擾，不會對飛機或其系統造成危險影響；承載大電流的電線和電纜（及其相關的EWIS部件），其設計和安裝必須確保足夠的物理分離和電氣隔離，使得在故障情況下，對主要功能相關電路的損害最小[1]。

民用飛機EWIS面對的干擾既有來自自然界的天電噪聲，又有來自機外的各種人工裝置產生的電磁能量干擾，以及自身運行時不同回路之間的相互干擾。在對飛機做電磁防護設計時，與其他系統一樣可從降低干擾源、切斷耦合路徑和增加接收器的抗干擾能力三個方面入手，還需結合飛機的結構和系統的特點，采用有針對性的防護措施。

1 電磁防護設計的區域策略

根據機身是否能為設備和EWIS提供屏蔽保護，飛機上的區域可分為兩類：一類是電磁保護區，如客艙、貨倉等飛機增壓區；另一類是電磁暴露區，如翼身整流罩、垂尾、平尾等區域。位于電磁暴露區的EWIS，由于缺少機身的防護，設計時需考慮增加額外的屏蔽。一般來說，在電磁暴露區，重要系統的全部線束和導線都應進行屏蔽，非重要系統至少應進行線束屏蔽。

位于兩類區域交界的處的屏蔽端接要求，對于保持EWIS整體的電磁防護性能非常關鍵。

1.1 單根導線的選取

實現不同功能的導線，在電磁保護區和電磁暴露區，應選取不同構型的導線。如離散信號線，在電磁暴露區應選擇屏蔽線，在電磁保護區則選擇非屏蔽線。又如模擬音頻線，在電磁暴露區和電磁保護區都應選擇屏蔽雙扭絞線。

1.2 電路隔離

位于電磁暴露區或遠端的設備，通過將設備的電源地和信號地與附近結構隔離的方式提供額外的電磁防護。在設備內部的電源地和信號地與機架隔離的前提下，電源線與電源回線一起敷設，在電磁保護區進行接地；信號地和回線與各自對應的信號線一起敷設，端接到位于電磁保護區的負載設備內部或保護區域的機體接地端。在這種情況下，電源饋線與回線需雙扭絞敷設，信號線和回線需雙扭絞敷設。

電源線和信號電路與設備附近結構的隔離的方式，可由電源線和信號電路與設備外殼隔離，或電源線和信號電路與設備外殼未隔離，設備外殼與機體地隔離。

電路隔離如圖1所示。

2 屏蔽端接

單根導線或整根線束的屏蔽，都需通過低阻抗的端接方式進行端接。端接阻抗中影響最大的一個因素是自感系數，因此必須將其降到最小。對于同一種電纜，根據傳輸信號頻率的差異，屏蔽層也應采用不同的端接方式。

屏蔽端接方式主要分為屏蔽引線端接和360°屏蔽端接。

2.1 屏蔽引線端接

民用飛機的上的屏蔽引線端接主要是針對導線屏蔽。從導線屏蔽層用焊接套管引出一條導線，即屏蔽引線，引線終端連接至尾附件、接地模塊、接地樁等。

屏蔽引線的安裝如圖2所示。

引線可等效為電感，線束導線屏蔽層產生的干擾電流在引線上產生共模電壓，通過屏蔽層與電纜線芯之間的雜散電容而作用在芯線上，另外也會通過芯線與引線之間的耦合，在芯線上產生電磁干擾[2]。

因尾附件除了屏蔽接地，還能起到應力釋放、固定走向的作用，因此優先選用尾附件接地。連接器或設備集中的地方可以用接地模塊接地。其余的可以采用接地樁接地[3]。

2.2 360°屏蔽方式

線束外屏蔽層的接地方法有很多種，比如從外屏蔽層引出屏蔽引線、或外屏蔽層在遠端接地等等。這些方法的屏蔽效果都遠不如360°屏蔽方式。

360°屏蔽方式是將整根線束外的屏蔽層大面積的與EMI尾附件或者金屬穿墻密封件環繞接觸，無電磁泄露的窗口。

在民用飛機上，由多根導線組成的線束的屏蔽只允許使用360°屏蔽方式。增壓區與非增壓區隔框上用金屬穿墻密封件接地，其余的使用尾附件360°屏蔽。

3 線束敷設設計

線束敷設策略對屏蔽效能也有重要影響。

3.1 電磁兼容性隔離代碼

線纜之間因其承載的電流而產生互相的干擾，稱為串擾。串擾隨著線纜平行敷設的長度成比例增加，同時也隨著布線間的距離增大而成比例減小。可能被電磁干擾的敏感電路的線纜，敷設時必須遠離其它布線的干擾，或者為其提供足夠的屏蔽保護，以避免其在正常工作條件下的系統故障。

依據承載電流的電壓、載流量、電路頻率等特性，并考慮電磁敏感性及發射特性，把電纜分類，定義它們的隔離代碼和不同代碼之間的最小間距。設計敷設路徑時，盡可能確保不同隔離代碼的線纜滿足隔離間距要求，如果不能完全滿足，則綁扎在一起的不兼容導線應盡快分離。

由于電磁兼容性問題可能是因已安裝的其它系統或設備的設計特征和該設備本身的安裝物理特性等因素引起。飛機地面電磁干擾測試和飛行中電磁干擾測試是檢測電磁兼容性的唯一標準。

3.2 寄生機身屏蔽

沿著金屬部件敷設線束或者在金屬部件內部敷設線束，可獲得寄生的結構屏蔽效能。EWIS周圍具有越多的金屬結構，其可獲得的結構屏蔽防護越強，尤其對于在電磁暴露區的EWIS來說。

表1定義了不同結構防護和裝用走槽線包括安裝間隔原則。

設計結構屏蔽防護時，應優先考慮關鍵和重要系統的線束。

4 結語

解決民用飛機EWIS的電磁防護問題是一個綜合工程。本文根據飛機各區域的機體提供屏蔽能力的不同提出了相應策略，并介紹屏蔽端接和線束敷設設計。

除了上述幾個方面，還可使用外部瞬變防護、濾波器防護、利用接地技術等方式降低或消除電磁干擾，介于篇幅限制，就不做深入探討。

【參考文獻】

[1]FAA.CFR Part25.Airworthiness Standards： Transport Category Airplanes[S].FAA.2008.

[2]劉洋.民用飛機電纜和連接器的電磁防護設計[J].科技創新導報，2014 No.23：89-91.

[3]范東浩.飛機連接器尾附件屏蔽接地設計介紹[J].民用飛機設計與研究，2010（2）：45-50.