某型直升機電磁兼容性試驗方法研究

孫恒坤，楊崇剛

（1.中國飛行試驗研究院，陜西西安，710089；2.航空工業(yè)第一飛機設計研究院，陜西西安，710089）

0 引言

對于獨立的機載設備，一般根據(jù)GJB1389A、GJB151B等標準，但系統(tǒng)級產(chǎn)品并不是設備或分系統(tǒng)之間的簡單連接，因此，為了驗證全機的系統(tǒng)電磁兼容性能，必須進行全機電磁兼容性試驗[1]。

本文根據(jù)被試對象特點，完成了全機電磁兼容性試驗的方案設計，分析提出了詳細的試驗方法，并應用于該型機系統(tǒng)電磁兼容性試驗中，達到預期目的，為后續(xù)直升機系統(tǒng)級電磁兼容性試驗提供了參考依據(jù)。

1 試驗項目設計

由于試驗周期較短，系統(tǒng)平臺電磁環(huán)境中的背景噪聲測試、系統(tǒng)平臺天線耦合測試項目，可以結(jié)合安全裕度測試和系統(tǒng)對外部電磁環(huán)境適應性測試等開展，所以本次試驗的試驗項目設計包括6項內(nèi)容：（1）全機系統(tǒng)相互干擾檢查試驗；（2）傳導安全裕度試驗；（3）輻射安全裕度試驗；（4）外部射頻電磁環(huán)境試驗；（5）電源線瞬變試驗；（6）電磁兼容性試飛檢查。

2 試驗方法分析

2.1 系統(tǒng)相互干擾檢查試驗

被試品分別在地面電源供電和發(fā)動機開車情況下開展試驗。發(fā)動機開車情況下的相互干擾檢查試驗，主要只有在發(fā)動機開車狀態(tài)下才能開展的檢查項目，以及使用應急電源才能開展的檢查項目，開始前要確定完整的相互干擾檢查矩陣，并針對性地驗證在地面電源供電情況下相互干擾試驗中出現(xiàn)的問題[2]。

2.2 傳導安全裕度試驗

按照圖1測試被試品各機載設備正常工作時對外產(chǎn)生的傳導電流環(huán)境，按照圖2測試傳導安全裕度。

圖1 傳導安全裕度測試布置圖（環(huán)境電平測試）

圖2 傳導安全裕度測試布置圖（安全裕度測試）

首先完成環(huán)境電平測試，在被測機載設備端口布置電流監(jiān)測探頭，各機載設備通電，具備發(fā)射功能的機載設備處于最大功率發(fā)射狀態(tài)，發(fā)射頻率根據(jù)其自身調(diào)制頻率確定完成傳導環(huán)境電平測試。

隨后，在被測機載設備端口布置電流監(jiān)測探頭、電流注入探頭，調(diào)節(jié)功率放大器/信號源輸出，逐漸增加電流干擾信號，直至干擾電平幅度達到環(huán)境電平加上要求的安全裕度（6dB或16.5dB）；對于可調(diào)諧發(fā)射設備工作頻段內(nèi)的傳導安全裕度測試，干擾信號幅度按照發(fā)射設備發(fā)射時采集到的環(huán)境電平的最大值加上安全裕度值施加，并記錄試驗結(jié)果，更換測試位置，重復完成所有規(guī)定位置測試。

2.3 輻射安全裕度試驗

按照圖3測試被試品正常工作時對外產(chǎn)生的電場輻射環(huán)境，按照圖4測試被試品的電場輻射安全裕度。本試驗優(yōu)先安排外部輻射環(huán)境測試，各機載設備通電，具備發(fā)射功能的機載設備處于待發(fā)狀態(tài)，完成10kHz～18GHz的垂直極化測試，完成30MHz～18GHz的水平極化測試；各機載設備通電，具備發(fā)射功能的機載設備處于最大功率發(fā)射狀態(tài)，完成10kHz～18GHz的垂直極化測試，完成30MHz～18GHz的水平極化測試；重復完成所有規(guī)定位置的測試。

圖3 輻射安全裕度測試布置圖（環(huán)境電平測試）

圖4 輻射安全裕度測試布置圖（安全裕度測試）

隨后，布置輻射發(fā)射天線、場強探頭，各機載設備通電，對于可調(diào)諧發(fā)射設備工作頻段，干擾信號幅度按照發(fā)射設備發(fā)射時采集到的環(huán)境電平的最大值加上6dB或16.5dB進行施加；若敏感設備出現(xiàn)敏感現(xiàn)象，則首先確定設備受擾頻點；然后在受擾頻點降低輻射干擾電平直至敏感現(xiàn)象消失，在此基礎(chǔ)上再降低干擾信號6dB，然后再逐漸增大干擾信號，直至被測設備敏感，此時的干擾電平即為敏感電平，其與基準環(huán)境電平的差值即為設備的安全裕度。

2.4 外部射頻電磁環(huán)境試驗

參考圖4，在駕駛室、貨艙門、尾梁設備艙、發(fā)動機安裝位置等進行測試，其中，測試天線距離被試機體為1米，天線中心離地面為1.2米，并對準被試系統(tǒng)正常工作時的發(fā)射強度最大的方向[3]。各機載設備通電，相應設備處于最大功率發(fā)射狀態(tài)，調(diào)節(jié)功率放大器/信號源輸出，直至外部射頻電磁場達到200V/m，檢查敏感設備工作狀態(tài)。

由于外部場地都會存在反射現(xiàn)象，對施加場強的幅值變化要密切關(guān)注。在試驗開始之前，根據(jù)現(xiàn)場特性對測試系統(tǒng)進行校準和標定，并局部鋪設吸波材料。

2.5 電源線瞬變試驗

試驗前首先對機上大功率用電設備進行識別，具體包括旋翼防除冰系統(tǒng)、蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)等，保持發(fā)動機開車狀態(tài)。逐個打開/關(guān)閉大功率用電設備，射頻設備對外發(fā)射/關(guān)閉，記錄示波器監(jiān)測到的尖峰電壓。重復試驗，直到采集到所有大功率用電設備通電、斷電、動作、發(fā)射瞬間產(chǎn)生的尖峰電壓，并保存尖峰電壓波形圖。

2.6 電磁兼容性試飛檢查

電磁兼容飛行試驗是在真實飛行條件下，對被試飛機各設備電磁兼容情況和電磁環(huán)境適應性進行檢查，是對全機地面電磁兼容性試驗的補充驗證[4]。由于飛行試驗組織難度及資源耗費較大等因素，一般針對地面試驗無法進行的任務關(guān)鍵干擾源和敏感設備組合進行驗證。飛行時打開地面雷達（頻段涵蓋1.2～10GHz）、以及小型輻射源（頻段為80～1000MHz），按照規(guī)劃好的航路點，飛行期間空中機械師按照事先制定的被試系統(tǒng)電磁兼容飛行試驗矩陣，對機上用電設備工作情況進行檢查；飛行員進行日常地圖加載、飛控模式切換、自衛(wèi)系統(tǒng)投放等操作，并進行盤旋、S機動飛行等動作，進行組合驗證。

3 試驗結(jié)果分析

分析電磁兼容故障通常從以下幾點入手：尋找潛在的干擾源，確定干擾頻率，測試電磁干擾強度，評估可能引起的后果；該故障在時間軸上是否連續(xù)；計算干擾源和敏感設備的特性阻抗，兩者之間的傳輸電路阻抗；測量或計算輻射體幾何尺寸和傳輸線路長度等等。本次試驗中暴露出的被試系統(tǒng)問題主要包括備份飛行顯示器、CNI主機等干擾超短波電臺等6個問題。針對出現(xiàn)的問題，經(jīng)仿真和分析，通過采取分時處理、增加屏蔽、共同接地、增加內(nèi)部濾波器等措施都得以解決。

4 總結(jié)與展望

根據(jù)本文設計的試驗方法，完成了全集電磁兼容性試驗，并及時地處理改進了兼容性問題，使該型機順利通過型號鑒定，也證明本次試驗方法合理可行。另外，試驗中積累的工程經(jīng)驗，也可為后續(xù)其他直升機型號提供借鑒。隨著直升機系統(tǒng)本身和使用環(huán)境的日趨復雜，未來電磁兼容性試驗的項目也會越來越多，同時，復雜電磁環(huán)境下的專項試飛也會越來越多，文中所提到的方法也可結(jié)合被試對象特點進一步改進。