淺談民用飛機電搭接測量技術的研討

牛智遠

（天津創客方舟科技有限公司，天津，300113）

電搭接設計是民用運輸機設計過程中著重要考慮的重要因素之一，其關系到飛機結構件、設備間的靜電導流、閃電防護、電磁影響等。

CCAR25《運輸類飛機適航標準》和CCAR33《航空發動機適航規定》是民用運輸飛機設計、研制、生產及使用過程中必須滿足的最低安全標準，其對民用飛機電搭接設計同樣提出了相關要求。因此，通過對民用飛機電搭接相關設計研究及相關適航條款要求符合性方法驗證的分析研究，既是對民用飛機設計的實際指導，也是民用飛機及早取得適航證并促進航空工業發展的有利保障。

0 引言

飛機上任何電氣、電子系統都需要利用搭接技術，通過結構連接建立一條穩定的低阻抗電氣通路。通過對搭接分類及加工方法的研究，提出了在飛機上應用搭接技術的各種要求，以確保設備和人身安全，并抑制機載設備的電磁干擾、保證系統性能。首先針對飛機制造中的相關術語簡介如下：

(1)基本結構

指飛機結構骨架以及鉚接或焊接在結構骨架上，與其有低阻抗通路的金屬蒙皮、角片、支架和型材。

(2)基礎結構

承受載荷的構件，如蒙皮，隔框，肋，長桁，腹板等。

(3)主結構

連接兩個或多個隔框的框、肋、腹板和長桁。

(4)次結構

通常為鈑金件，不是永久性結構，至少有兩處不同的部位通過三個或多個鉚釘與結構連接，如附加支架和角材，檢查板，踏板等。

(5)飛機框架

完整飛機結構，包含基礎結構和主結構，但不包含動力裝置和附件。

(6)固有搭接

指機械上相互連接的飛機結構部件之間或結構部件與基本結構之間，本來已有足夠的低阻抗電氣通路，無需再附加任何專門的元件或材料。

(7)搭接線

是導線、金屬編織線或金屬片，用于使原來無充分電接觸的飛機結構部件之間或結構部件、設備、附件與基本結構之間有必要的低阻抗導電性。

(8)接地

指把設備的負載、売體或機架搭接到基本結構，為設備與基本結構之間提供低阻抗通路，為設備提供基準電位。

系統或子系統電路電路的公共連接導電介質（如飛機結構）以使飛機上的電勢形成一個共同的參考平面。

1 電搭接的基本概述

■1.1 搭接

也稱電搭接，搭接是指存在于兩個物體間并由于（兩個）物體間的低阻抗回路產生電導通的固定單元，是使飛機金屬結構部件之間以及結構部件、設備、附件與基本結構之間有低阻抗通路的可靠的電連接。

migntian簡單地講，搭接就是指兩個金屬物體之間通過機械或化學方法實現結構連接，以建立一條穩定的低阻抗電氣通路的工藝過程。換言之，電搭接是指在導電的結構件、設備、附件之間形成一條可靠的低阻抗電連接通路的一種機械連接方法。

飛機上任何電氣、電子系統中，無論是一個小部件或整套設備都需要在金屬體之間進行相互搭接，以便提供電源和信號的回路，因此搭接在飛機上的應用十分普遍。

■1.2 搭接目的

搭接的基本目的在于為飛機各金屬結構件（金屬部件）之間以及結構件（部件）、設備、附件與基本結構之間提供穩定的低阻抗通路，防止涉電設備、電線電纜及金屬結構之間產生電磁干擾電平，抑制產生火花，提供可靠的單線制回路（即電源電流返回通路），也是防電擊、靜電防護、雷電防護以及保證各信號傳輸、天線性能最佳的必要措施。

搭接的良好與否，直接影響飛機的安全與性能。

電搭接的目的是在規定的功能和環境條件下，為電氣能量在主結構、部件和設備間傳導提供一個導電通路，對于飛機來說，就是在兩金屬間建立低阻抗的電流通路，以避免在相互連接的兩金屬間形成電位差。通過搭接，可以降低機箱和系統殼體上的射頻感應電勢，防止靜電電荷的積聚，實現對射頻干擾的抑制，保證系統電氣性能的穩定，同時能夠有效防止雷電放電的危害，從而保護設備和人身安全。

■1.3 電搭接的分類

搭接有著各種不同的分類方法。

1.3.1 按搭接的方法，可分為永久性搭接和半永久性搭接

(1)永久性搭接

永久性搭接是利用兩種結構鉚接、熔焊、錫焊、壓接等工藝方法，將兩種金屬物體保持固定的連接。

它在裝備的全壽命期內應保持固定的安裝位置，不要求拆卸進行檢查、維修。永久性搭接在預定的壽命期內應具有穩定的低阻抗電氣性能。

(2)半永久性搭接

半永久性搭接是利用螺栓、螺釘、銷鍵、緊固裝置等輔助零件使兩種金屬物體連接的方法。

在需要進行檢查、維修和替換部件的情況下，應采用半永久性搭接。

1.3.2 按搭接的形式，可分為直接搭接和間接搭接

(1)直接搭接

直接搭接是在互連的物體之間不使用輔助導體而直接由兩種物體特定部位表面接觸，建立一條導電良好的電氣通路。

直接搭接一般通過焊接工藝在接合處建立起一種熔接的金屬搭接，或者利用螺栓、鉚釘在搭接表面間保持強大的壓力來獲得電氣連續性。

(2)間接搭接

間接搭接是利用中間過渡導體（搭接條或搭接片）把需搭接的兩個金屬構件連接在一起。

在實際工程中，有許多場合需要使兩種互連的物體在空間位置上必須分離或者保持相對的運動，這就妨礙了直接搭接方式的實現，此時就需要采用間接搭接。

1.3.3 按電搭接的應用

可分為七類，分別是天線及濾波器搭接、電流回路搭接、防射頻干擾搭接、防電擊搭接、靜電防護搭接、雷電防護搭接、飛機及地面輔助設施接大地。

1.3.4 按電搭接的處理方式

主要有焊接搭接、鉚接搭接、搭鐵線搭接、表面搭接、螺接搭接、管路搭接、面板搭接等。

2 研究目的

飛機電搭接測量是檢驗搭接是否良好的有效措施，可以有效檢測飛機各結構件之間以及結構件、設備、附件與基本結構之間是否按設計要求進行電搭接處理，并達到搭接阻值的設計。

在HB 8412–2014《民用飛機系統電搭接通用要求》中，“測量搭接電阻時，儀器探頭的觸點應盡量靠近零件、組合件或構件的接合處，一般距接合處應不大于20mm”。但在實際測量時，距離搭接結合處20mm范圍內，基本上有表面防護處理（如噴漆等），如果仍然在該范圍內進行測量，就不可避免的破壞表面防護。測量完后就需要對破損處進行修復。

但一架飛機需要測量的搭接點多達幾百處。如果進行破壞性測量，就會無形中增加工作量和生產成本，也增加了飛機受腐蝕的風險。

因此，對電搭接測量技術進行研究，可以有效降低工作量、生產成本和飛機腐蝕風險，并測量出電搭接的準確阻值。

3 電搭接測量技術研討

本文主要結合搭接工藝、電搭接處理方式、搭接測量要求及實際測量過程中遇到的問題等方面，進行測量技術研討。

■3.1 電搭接測量時機選擇

測量時機選擇是電搭接測量的前提條件，測量時機選擇不當，直接影響測量工作能否順利實施。

電搭接測量工作通常在總裝車間進行，將所有結構件、零部件、成品安裝完成后，對所有的電搭接統一進行測量。但選擇在總裝完成后進行電搭接測量，極容易出現以下問題：

①部分電搭接測量被其他零部件、成品遮擋，總裝后已經無法進行測量； ②部分電搭接測量需要拆卸一些零部件或成品后才能進行測量； ③測量后發現阻值超標或未做搭接，需要返回其他車間重新進行搭接處理。

因此，測量時機的選擇應結合零部件制造、鉚裝、部裝、總裝等生產工序，將電搭接測量融入到各個生產工序中，在某一個或某幾個電搭接處理工序完成后，進行該電搭接阻值的測量。例如通過焊接搭接、鉚接搭接進行的搭接處理，可以在焊接搭接、鉚接搭接完成后進行電搭接阻值的測量，而不需要總裝完成后再測量。

■3.2 電搭接測量點選擇

測量點可分為基準點和被測量點。每一處電搭接測量，都需要選擇基準點和被測量點，基準點在飛機基本結構或被搭接的結構件上選擇，被測量點在進行搭接處理的結構件、設備、附件等零部件上選擇。

測量點選擇是電搭接測量的關鍵步驟，一旦測量點選擇錯誤，直接影響其測量結果，引起電搭接阻值超標誤判。

某架飛機電搭接阻值第一次測量時，多處搭接阻值超出文件要求。經查發現需要測量的搭接處均已進行的搭接處理，結合搭接方法分析，如果按工藝要求進行了電搭接處理，其阻值可以滿足設計文件的要求。因此對超標的搭接點重新選擇測量點后進行測量，搭接阻值滿足要求。

在實際操作中，一般不進行破壞性測量操作，將增加測量點的選取難度，因此，合適的測量點選擇尤為重要，如果無法確定合適的測量點時，應多選幾個點進行測量，以測量的最小阻值為準。現將部分測量點選擇歸納如下：

(1)基準點選擇

①可以選擇電源的負端；②可以選擇飛機基本結構或被搭接的結構件上未涂漆的鉚釘、螺釘；③可以選擇飛機基本結構或被搭接的結構件上非本次測量搭接點的裸露金屬（搭鐵線等）；④可以選擇預留的搭接測量點。

(2)被測量點選擇

①結構件的搭接：選擇該結構件上未涂漆的鉚釘或螺釘；②設備的搭接：選擇設備外殼上裸露的金屬（螺釘頭、鉚釘等）或設備上預留的搭接測量點；③天線的搭接：當天線安裝完成后，天線外部已經沒有裸露的金屬，或者無法通過同軸電纜過線孔測量天線金屬安裝面時，如果安裝孔處有與天線搭接面連通的金屬，可以在安裝時留出一處非搭接點的安裝孔，選擇該安裝孔處的金屬作為被測量點。

■3.3 電搭接測量方法選擇

測量方法選擇是電搭接測量的重要途徑。電搭接測量方法有直接測量法、間接測量法和分段測量法三種。

(1)直接測量法

直接測量法是指直接用儀器測量電搭接處測量點的阻值，也是最簡單的測量方法。

(2)間接測量法

當電搭接不能進行直接測量時，選擇包含該電搭接通路的其他通路上的測量點進行測量，即擴大電搭接測量阻值通路。這樣測量的阻值是電搭接處的阻值和該通路上除電搭接通路外其他通路的阻值之和。

采用該方法進行測量時，應確保該通路上到電搭接處的通路是唯一的。

當測量的阻值滿足設計要求時，該電搭接阻值一定滿足要求。

當測量的阻值不滿足設計要求時，應測量該通路上其他通路的阻值是否超標，或者選擇另一條通路重新測量。

(3)分段測量法

主要用于查找阻值超標原因的測量方法。

采用搭鐵線搭接，直接測量發現搭鐵線搭接超標，可以分段測量搭鐵線本身阻值、搭鐵線兩端端子搭接處的阻值，查找阻值超標原因。

■3.4 電搭接測量要求

電搭接測量要求是電搭接測量技術的根本。合理完整準確的電搭接測量要求，可以起到事半功倍的效果。

電搭接測量要求應包括：①提出合理的電搭接的處理方式，考慮電搭接測量的可行性；②機上預留電搭接測量點；③成品預留電搭接測量點；④電搭接測量的具體操作文件，應盡可能詳細的給出測量點位置，并配以圖示說明；⑤結合生產實際，不斷完善測量文件。

■3.5 搭接工藝

形成必要連接以使單元和單元間，單元和接地結構間形成良好的電導通的工藝。

■3.6 電搭接的驗證

驗證前應確保所有的搭接金屬表面間和搭接跨接線連接點處無非導電涂層，如面漆、底漆、油脂、金屬屑、防腐蝕層、纏繞帶等材料。導電材料無需去掉。可以對要安裝的帶有一些涂層的元件進行搭接檢查以確保涂層是否導電。具體的操作根據測量位置的表面處理狀態不同而有所不同。

3.6.1 測量表面無非導電涂層

若測量區域沒有非導電涂層，按工藝要求清洗后可直接測量；如果測量區域的已經涂有化學轉化膜層，并能滿足電搭接的驗證，也可直接測量，若不能滿足電搭接的驗證，則需要將涂層去除掉后可重新涂化學轉化膜層以實現搭接。

3.6.2 測量表面有非導電涂層

如果測量區域有非導電涂層，按工藝規定的工具清理非導電涂層，直至露出基材，打磨區域要滿足下面要求：如果清理區域用于電搭接，清理區域不能超過接觸區域的直徑，不能小于接觸區域的直徑；如果清理區域用于連接搭接跨接線，清理區域應是搭接跨接線端子直徑的1.5倍。搭接區域清理完畢后，按工藝要求進行清洗，然后重新涂化學轉化膜層。在化學轉換膜層形成后即可進行電搭接驗證。使用規定微歐計等儀器測量搭接區域的阻值并記錄在制造文件上。

3.6.3 測量表面的恢復

電搭接驗證完成后，需把打磨過零件表面恢復原狀。若零件表面的原來狀態是無表面處理或是涂有化學轉化膜層，則無需對零件表面做進一步的處理。若零件表面原來是底漆狀態，則要在24小時內重新涂底漆，恢復零件表面狀態，并在制造文件上記錄底漆的相關信息。

4 電搭接的技術要求

■4.1 電流回路搭接

作為電源回路組成部分的結構部件之間，應有能夠傳輸電源回路電流的低阻抗通路，其搭接電阻應不大于1mΩ。

■4.2 防射頻干擾搭接

4.2.1 電氣、電子設備

安裝所有產生電磁能或對電磁場敏感的電氣、電子設備或部件時，均應使設備外殼到基本結構有連續的低阻抗通路，其搭接電阻應小于2500 μΩ。對干有安裝底板的設備或設備安裝底板上有減震器而采用跨接線時,其設備的外殼到基本結構的電阻也應滿足上述要求。

4.2.2 飛機蒙皮

飛機蒙皮應設計成裝配后就固有防射頻干擾搭接，使蒙皮成為均勻的低阻抗通路，構成蒙皮的所有構件（如機翼、機身等）之間，均應實現射頻搭接。作為蒙皮組成部分的口蓋、艙蓋、檢修門等以及水密鉚接的蒙皮，均應搭接到基本結構，其搭接電阻應不大于1000μΩ。

■4.3 防電擊搭接

4.3.1 金屬導線管

用于安裝導線、電纜的金展導線管，其各端均應搭接到基本結構，搭接電阻應不大于0.1Ω。

4.3.2 電氣、電子設備

電氣、電子設備裸露的金屬機架或部件，均應搭接到基本結構進行接地，搭接電阻應不大于0.1Ω。如果設備的接地端或插頭座的接地插針已在內部與上述裸露件相連接，則該裸露件可通過設備地線搭接到基本結構，不必再采用專門的搭接線。

5 電搭接測量技術的實例

本文將以空中客車AIRBUS A320系列飛機的機翼為例，現以接地和搭接接地點的測量進行具體電搭接測量實例的闡述。

(1)測試設備：APC–BTSS–150 直流測試裝置

(2)測試方法

在每個接地螺栓上進行兩次測試的設計要求，以證明主要和次級結構將安全地傳送全面的設計額定電流，并且所有接地電纜至結構在要求的電阻限制內。

①地線離開線束之前，全螺栓電流容量使用測試引線。150A 用于主接地（詳見圖1a：主接地使用測試引線）。

②地線離開線束之前，全螺栓電流容量使用測試引線。30A 用于所有其他接地（次級接地）（詳見圖1b：次級接地使用測試引線）。

③電纜移去后的工作電流，在線束額定電流用于次級接地（詳見圖1c：主接地線使用機翼布線）。

④電纜移去后的工作電流，150A 用于主接地螺栓（詳見圖1d：主接地使用機翼布線）。

注意：測試必須以圖1a，1b，1c，1d順序進行測量。

圖1

(3)測量標準

①分地線耳片和鄰近的金屬螺栓孔之間的直流電阻不得超過：如果在耳片和金屬之間使用鋼墊圈，阻值限定為1.0毫歐；如果耳片直接接觸金屬并且不使用鋼墊圈，阻值限定為0.1毫歐；

②在耳片和主體結構之間，重負載交流發電機不得超過0.05毫歐（7.5mV在150A）。

③一旦證明主發電機地線可以被用作與次級接地相關的測試電流的共同回路。它也將作為參考點的次級接地螺栓測試部分，以證明次級結構正確地搭接至主結構。

④參考接地使起落架前樞軸接頭與其它主要機翼結構之間最大的搭接電阻為1毫歐姆。

⑤使用測試引線證明150A的機翼布線接地螺栓至局部主結構在150A的完整性（參考圖1a）。

確保測試設備上的電流控制設置為OFF。

連接測試設備正極電源至結構，在4049VN（L/Hand）& 4050VN（R/Hand），使用現有的螺母與螺栓（不得使用鱷魚夾），通過8mm環端接延長引線和螺栓至結構。

準備結構接地回路銅板通過夾緊至前樞軸接頭在Carriage bay下面未經處理的webbs（參見圖3）。

圖3

注意：必須小心，確保本連接是正確的，進行連接之前卡箍板和webb的表面被徹底地清洗。進行測試之前，檢查初始20A測試是良好的連接。

連接重負載負電源引線至接地參考組件（如Plate ‘A’）。此操作可以在夾緊前進行，如果這樣做是有利的。第二個Plate ‘B’將用于電壓測量。

用Tywraps固定電纜至局部結構使它釋放卡箍上的張力。

準備DVM 測量測試導線，用在主要接地螺栓區域使毫伏下降的讀數，記錄在指令表格中。

確認測試設備上的電流控制為零。

接通主電源至150A 測試設備，并且檢查主電源指示燈顯示電源打開。

測試設備電壓表可顯示重負載的輸出端子小的讀數。設置輸出電流至20A和按綠色“Output On”按鈕。輸出電流將直線上升大約4秒鐘。

如果電流表未響應，返回電流控制到零，關閉測試設備電源并檢查測試回路是否斷路。

測試電流設置在大約20A，并且測試設備電壓表電壓穩定（典型小于1V），保持–ve DVM測試探針在鄰近主接地螺栓的清潔的金屬上，+ve DVM測試探針在主接地螺栓的清潔的金屬上，例如前梁、底部蒙皮等。

預期的DVM讀數不應超過1.0mV。如果讀數高于1.0mV，應檢查安裝程序和接合處的贓面。

保持20A的測試電流，使用DVM和探針以測量總電壓降在150A測試接線片和Plate ‘A’和接地參考組件與Plate ‘B’之間。按壓“Output Oあ”按鈕，終止20A測試。

如果Plate ‘A’的讀數超過22mV，關掉測試電流并檢查ref.板和150A螺栓是否接觸不良。

如果測試結果合格，則離開測試150A螺栓之間的DVM測試片和Plate ‘A’的參考。

設置輸出電流至150A，且按壓綠色“Output On”按鈕。輸出電流將直線上升大約8秒鐘。觀察DVM的讀數并保持1分鐘。如果電流穩定DVM的讀數波動，或趨向快速增加超越限制，降低電流至零，并檢查連接。

嚴禁帶電流進行調整卡箍和螺栓松緊。

保持150A測試電流1分鐘，并監控在局部結構至150A測試螺栓和參考板‘A’與‘B’過高的溫度上升（>40℃）。

分鐘后在150A電壓降的測量如下：

測試連接片至Plate ‘A’；測試連接片至Plate ‘B’；鄰近主接地螺栓至主結構（如前梁、底部蒙皮等）

測量的溫度選擇在最熱點位置。任何溫度上升超過40℃則需要斷開電流。測量時遠離試驗區的機翼金屬的環境溫度。

除非進一步的測試迫在眉睫，否則按壓紅色“Output Oあ”按鈕結束測試。關閉試驗裝置的電源，并斷開連接到150A主接地的負測試引線。斷開ref. plates ‘A’ & ‘B’。

為了證明次接地螺栓至局部結構的完整性使用測試引線全螺栓電流。

支架和參考‘B’之間的高壓降將顯示次級接地安裝結構和主結構之間的不良搭接。通過保持測試電流和使用DVM至回路結構的測試部分，可以查明不良搭接的接合處。

確保測試設備的電源供應關閉，并且電流設置控制為零。連接測試設備如下：

負極電源引線至樞軸接頭plates ‘A’或主150A接地螺栓；正極電源引線至選擇的次級接地，使用測試引線通過4mm插口。使用30A額定鱷魚夾進行連接。參考電壓測試電纜至plates ‘B’和最終提供DVM位置。

圖2

設置輸出電流至30A，且按壓綠色“Output On”按鈕。輸出電流將直線上升大約4秒鐘。

使用DVM測試引線和探針測量支架和鄰近結構之間的電壓降。測量的值必須等于或小于測試結果表中給出的電壓。

通過使用參考電壓電纜自由端，從plates ‘B’測量支架和參考板 ‘B’之間的電壓降。

只有在每個支架結構件或共同選定接地螺栓需要進行測試。

6 結束語

本文討論了民用飛機電搭接的測量技術，結合電搭接的處理方式、搭接測量要求及實際測量實例，針對電搭接的測量時機選擇、測量點選擇、測量方法、測量要求等方面進行研究歸納，望能夠對民用飛機電搭接測量有所指導與幫助，從而解決實際問題。