基于軟件仿真技術(shù)分析電臺干擾油量表故障

■ 于占輝 薛磊 王倩 王鐵成 王慶/石家莊海山實業(yè)發(fā)展總公司 9403部隊

CST微波工作室是系統(tǒng)級電磁兼容及通用高頻無源器件仿真軟件，其應(yīng)用范圍涵蓋電磁兼容、天線/RCS、高速互連SI、手機/MRI、濾波器等，可計算任意結(jié)構(gòu)任意材料間的電磁問題。

EveryCircuit是一款電子電路模擬工具，可以建立任何電路，點擊播放按鈕即可觀看電壓和電流的動畫。

1 故障描述

某型飛機由于設(shè)計時考慮電磁兼容性試驗的等級較低，導(dǎo)致該型飛機普遍存在電臺干擾容量表問題。干擾現(xiàn)象與環(huán)境、電臺頻率有關(guān)。具體表現(xiàn)為：電臺在發(fā)射時，油量表顯示的總油量不同程度地增長50～300kg，個別飛機的增長量高達500～900kg，其中，主油量基本不受干擾。油量系統(tǒng)被干擾的飛參圖如圖1所示。通過飛參判讀，總油量跳變主要由副油量跳變引起。

2 原因分析

該型飛機電臺天線安裝于機身下部。由于地面的反射作用，飛機在地面時電臺發(fā)射的輻射功率得到了增強，使油量表的跳變更加明顯，加之線束的屏蔽等級偏低以及設(shè)計時的電磁兼容性試驗等級低等原因，導(dǎo)致干擾問題多發(fā)。現(xiàn)從電磁兼容三要素入手進行分析。

2.1 電磁騷擾源

電磁騷擾源為電臺天線，電臺天線的輻射信號干擾了油量系統(tǒng)。用CST微波工作室建立如圖2所示的天線模型，其中，W為1～128cm，H為6cm，h為1mm。仿真天線輻射方向圖見圖3、圖4、圖5。從圖中可知，天線地的直徑大于12cm時，輻射方向主要在Z軸方向，天線地的面積越大，效果越明顯。結(jié)合該型飛機的天線，地面積越大輻射方向越向下，在空中對機身產(chǎn)品的干擾就越小。

2.2 耦合途徑

電臺干擾油量表的耦合途徑有兩種：一是空中輻射，即天線發(fā)射的電磁波；一是地電流的磁耦合，即機身蒙皮中電流產(chǎn)生的磁信號。

2.3 敏感設(shè)備

本故障敏感設(shè)備為燃油系統(tǒng)。主要的被干擾設(shè)備為距離天線最近的20Q傳感器和20Q傳感器的電纜。將20Q傳感器插頭斷開，分別用示波器在機身電纜5號、1號、2號線上測量干擾信號，線束上均存在幅度約2V、頻率為電臺載頻的干擾信號（見圖6）。不過，此種情況下油量表顯示器并沒有跳變，說明電氣盒已將此干擾濾除。

圖1 油量系統(tǒng)被電臺干擾飛參圖

圖2 天線模型

圖3 2cm天線地的方向圖

圖4 12cm天線地的方向圖

圖5 128cm天線地的方向圖

將20Q傳感器連接后，再次用示波器在5號線上測量。圖7為油量表不跳變的信號圖，圖8為油量表跳變約700kg的信號圖。圖7為干擾信號為正、負的交流信號，說明油量表不跳變；圖8為干擾信號為負的直流信號，說明油量表跳變。

參照燃油系統(tǒng)原理圖制作20Q傳感器和電纜的模型圖（見圖9）。利用EveryCircuit軟件仿真三根線被干擾后的情況。圖10中1號、2號線干擾信號的相位、幅度不相等，出現(xiàn)類似圖8的跳變圖形。圖11中5號線干擾信號的相位、幅度與1號和2號線不相等，出現(xiàn)類似圖7的不跳變圖形。圖12中當1、2、5號線干擾信號的相位、幅度相等時，干擾信號為零。

圖6 干擾信號

圖7 油量表不跳變的信號圖

圖8 油量表跳變的信號圖

仿真說明，只要1、2、5號線上被干擾的信號同相且幅度相等，則不會跳變。如僅有1、2號線上被干擾的信號同相且幅度相等，也不會跳變。

電臺天線與20Q傳感器的距離約為3m，利用CST微波工作室仿真?zhèn)鞲衅魇艿降碾妶鲚椛鋸姸龋鐖D13所示，從中可以看出，不同頻率對于傳感器的干擾大小是不同的，因此在允許的情況下電臺應(yīng)盡量選擇對傳感器輻射強度低的頻率。由于影響因素眾多，軟件仿真的結(jié)果存在一定的誤差，在實際應(yīng)用中應(yīng)予以考慮。

圖9 傳感器模型圖

圖10 1、2號線干擾信號相位及幅度不等的情況

圖11 5號線干擾信號相位及幅度不相等的情況

3 應(yīng)對措施

1）提高電纜抗干擾等級

圖12 1、2、5號線干擾信號相位及幅度相等的情況

將20Q傳感器的三根線束更改為55A1131-22-3/6/9-9三絞屏蔽線，增強抗干擾性（傳感器改后見圖14）。更改為三絞線，不僅利用了絞線可以產(chǎn)生方向相反的磁場信號和相互抵消干擾信號的優(yōu)點，而且三絞線上的干擾信號同相、同幅，類似圖12狀態(tài)。為了避免線束的屏蔽層形成回路，屏蔽層采取單端下地的方式連接，在傳感器端下地，插頭端絕緣。

2）減少天線后向輻射

認真打磨天線接觸處，保證電臺天線接地良好，完善天線輻射方向圖。

3）優(yōu)化電纜鋪設(shè)

因天線是垂直極化方向，20Q線束敷設(shè)時應(yīng)盡量水平敷設(shè)，盡可能減少垂直線束敷設(shè)的長度。為了減少地電流的影響，20Q線束不能緊貼蒙皮。

圖13 場強頻率圖

圖14 傳感器改后圖

4）等效措施

在允許的情況下，根據(jù)圖13選擇影響小的電臺頻率。

4 結(jié)束語

某型飛機電臺干擾油量表是因為電臺天線發(fā)射的電磁信號進入油量系統(tǒng)，且三根線束上的干擾信號幅度、相位不相等而引起的。采用上述措施后，干擾跳變的影響在3kg內(nèi)，完全符合油量系統(tǒng)正常的跳變誤差。