特種飛機結構電磁防護方法探索

鐘濤++譚一鳴++宋云霞

摘 要：介紹了現代戰爭軍用特種飛機的作戰電磁環境。分析了復雜電磁環境對軍用特種飛機的影響機理和效應。研究了機體結構電磁防護的措施和方法。并在最后強調結構電磁防護的重要性和可行性。

關鍵詞：電磁干擾 電磁脈沖 電磁波 結構電磁防護 耦合 屏蔽

中圖分類號：V267 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（b）-0046-02

在近幾場高技術局部戰爭中，電磁對抗已經成為非接觸戰爭的標志和主要攻擊手段之一，甚至將高能電磁脈沖武器運用于戰場，對指揮電子系統、人員和飛行器具有極大的威脅，戰場環境十分復雜。隨著新戰場環境的出現、戰略戰術的要求提高和越來越多大功率電子對抗、偵測、指揮設備安裝在飛機上，我方、敵方、環境方不同頻率和能量級別的電磁波、電磁輻射及電磁脈沖將大規模充斥在戰場中。

軍用特種飛機在戰場上主要從事電子偵察、電子干擾、指揮控制等任務，不僅自身電磁環境復雜，且易受其他作戰單位的電磁干擾和攻擊。為保護機內人員、設備、軍械和燃油等的安全，一套結構電磁防護方法以適應這種環境成為當務之急。

1 復雜電磁環境對特種飛機的影響機理

飛機結構電磁防護主要針對的是輻射傳輸形式的電磁干擾（EMI）和電磁脈沖（EMP）；

輻射傳輸形式的電磁干擾能量按電磁場的規律向周圍空間發射，耦合途徑十分復雜，多種途徑的耦合同時存在，反復交叉耦合，共同產生干擾，才使電磁干擾變得難以控制。

電磁脈沖在裸露的導電體（例如裸露的電線、印刷電路板的印制線）上急劇產生數千伏的瞬變電壓，對大量電子設備造成無法挽回的損壞。

同時大能量的電磁波可能引起機內燃油爆燃，造成機毀人亡的嚴重后果；同時長時間高功率、大能量的電磁波對機內人員存在較大影響，對身體用一定的傷害，可能造成長期的損傷。

所以特種飛機結構電磁防護對于飛機作戰效能的充分發揮，飛機的飛行安全和乘員的身體健康都具有巨大的意義。

2 特種飛機結構電磁防護的基本原理和功能

電磁屏蔽體對電磁波的衰減作用主要取決于對電磁波的反射和吸收作用。反射和吸收作用都應基于連續導電界面上，具體到飛機結構上就是對機體上不可避免的縫隙、孔洞和穿過機身防護區域的各種導體等易產生電磁泄漏的重點區域進行專門的結構形式上的電磁防護設計優化。

飛機結構電磁防護具體可定義為利用連續導電材料減少電磁場向機體內指定區域穿透，控制電磁波由輻射源經泄漏途徑向飛機各指定艙室傳導和輻射傳播。

而電磁脈沖本質是一種大能量大功率的電磁波，能損傷大部分頻率范圍的電子元器件和人員，機體結構層面上防護電磁脈沖的辦法就是電磁屏蔽。通過屏蔽方法使電磁脈沖的磁場和電場都產生衰減；機內安裝電子設備電搭接在金屬機體上，在空中飛行的飛行器機體無法有效接地，只能通過高電磁屏蔽效能來對電磁脈沖進行防護。

3 特種飛機機體結構電磁防護的措施和方法

機體結構電磁防護的方法根據具體結構形式的不同分為許多種，但基本遵循三個基本原則，分別是：

保持屏蔽界面上結構體的導電連續性；

不允許有直接穿過屏蔽區域結構體的無屏蔽導體；

不影響結構完整性和結構功能的實現。

特種飛機機體結構中電磁防護區域中主要電磁波泄漏部分為各種口蓋搭接處、間隙搭接、電介質結構部件、通風口和均壓孔等。

（1）非承力口蓋包括無間隙和口蓋2類；

其中一類無間隙搭接口蓋主要使用在機體無水密和氣密要求的區域，口蓋和機體之間是直接的金屬接觸，依靠口蓋和機體搭接金屬部分接觸，接觸寬度大于25 mm，保證完整的電搭接要求；

實際工程實踐中往往是口蓋和機體剛性不一致，使用中變形不均勻，導致口蓋和機體不能完全接觸，就需要控制口蓋和機體連接件的數量和間距，在保證口蓋使用要求的前提下，盡量多的使用緊固件，緊固件間距不大于30 mm；

同時機體抗腐蝕要求零件表面需陽極化處理并涂覆聚氨酯底漆；經過對模擬結構件的褪漆和涂漆對比表明單層聚氨酯底漆對屏蔽效能影響不大，褪漆比涂漆的情況屏蔽效能大5～6 dB，所以多數情況下可以不褪漆使用；

另一類有間隙搭接口蓋主要用于水密要求的機體部位；這類口蓋結構需要在口蓋和機體之間增加密封材料，達到電磁防護的效果，這層密封材料必須是導電的，增加導電密封橡膠或導電襯墊是常用的方法；由于口蓋不承力，所以導電密封材料只要求將口蓋縫隙填實即可，主要考慮的不是導電密封材料物理性能，而是考慮材料的導電性能。

（2）承力口蓋是在機體結構中氣密線處設置的功能性口蓋；此類口蓋主要是承受氣密載荷的作用，要達到密封和電磁防護一體化設計，必須考慮導電密封材料的物理性能；增加導電密封橡膠或導電密封襯墊也是常用的方法；

承力口蓋處使用的導電橡膠或導電密封襯墊都是需要一定的壓縮量才能起到密封和導電的雙重效果；壓縮量的確定是實現電磁防護與結構功能一體化設計的關鍵。壓縮量過大會導致橡膠感覺“軟”，雖然屏蔽效能較好，但是密封效果太差，結構功能性不好；壓縮量過小導致橡膠感覺“硬”，這樣屏蔽效能較差，同時口蓋開關費時費力，功能性和可靠性差，容易剝落。

要達到密封效果和結構功能性都較好的目的，壓縮量應控制在一個合適的范圍內。根據工程實踐，以一般使用的硅橡膠為例，導電橡膠襯墊（平板）的高度壓縮量控制在10%～15%之間為宜；成型橡膠型材的高度壓縮量控制在25%～45%之間為宜；具體應根據生產廠商橡膠材料和生產工藝通過實驗找到最佳壓縮量。

（3）間隙搭接部位，以搭接縫的間隙大小分為2種電磁防護設計。

搭接縫隙寬度0-2 mm可定義為小搭縫搭接；這類搭接部位一般面積比較大，使用涂導電膠或導電膩子的方法實現電磁防護，導電膠或導電膩子要求涂覆在被搭接表面，防止在裝配過程中出現脫落的情況，影響電磁防護性能。endprint

導電膠適用于填充小于1 mm的搭縫，導電膩子適用于填充1～2 mm的搭縫；由于大面積使用導電膩子或導電膠對接觸表面要求高，所以在填充導電物之前應對粘接面和接觸面進行處理，具體應完全褪除漆層并使用240#以上的砂紙打磨光滑，用丙酮等溶劑清洗表面后自然干燥，干燥過程需進行保護，防止二次污染；這樣使導電物與搭接面金屬層充分完全接觸，形成完整的電連續通路，可靠防止危害電磁波的進入。

搭接縫隙寬度大于2 mm可定義為大搭縫搭接部位；但搭接縫尺寸不允許過大，過大的縫隙進行電磁防護設計效果很差，是沒有意義的；

大搭縫搭接一般設置專門的屏蔽輔助結構（如壓條、搭接型材）用于安裝屏蔽材料；由于縫隙尺寸相對較大，一般選用空心導電橡膠管或空心填充導電襯墊作為屏蔽搭接材料，截面形狀一般采用“P”型或“B”型，需要采用機械連接方式固定在屏蔽輔助結構上；搭接表面需要進行一定的處理，處理方法與小搭縫搭接相同。

（4）電介質結構部件一般是指電阻率超過10 Ω/cm的絕緣材料；機體結構中通常的電介質是玻璃、玻璃鋼面層復合材料板。

機體結構中玻璃運用于各種表面部位，要求破損安全設計，通常為雙層結構，電磁防護一般在雙層玻璃之間，既外層玻璃內層和內層玻璃外層復合導電材料，并外伸與固定金屬結構充分搭接，搭接寬度要求大于15 mm。

機體結構運用的玻璃包括硅酸鹽玻璃和有機玻璃。對于硅酸鹽玻璃由于軟化溫度很高，一般選用噴鍍IT0導電屏蔽膜作為防護界面；航空有機玻璃由于耐用溫度較低，不能高溫噴鍍導電膜，一般選用在雙層玻璃之間膠合一定厚度的屏蔽金屬絲網，形成屏蔽界面。

玻璃鋼面層復合材料板一般使用在機體內部，作為隔框時用作電磁防護界面時；主要采用在面板的電磁波入射面安裝金屬屏蔽板或粘接屏蔽導電紙，通過和金屬骨架的充分連接與機身形成電連續；金屬骨架和屏蔽物連接面應褪除氧化層，不允許涂縫內膠。

（5）由于飛機中設備通風和氣壓平衡的要求，機體結構中存在通風口和均壓孔；這2種孔縫對于電磁防護是非常不利的，需要進行封堵，同時又不能影響它的功能，一般是在孔口安裝金屬絲網或金屬蜂窩波導通風板：其中金屬絲網只適用于入射電磁波頻率小于1GHz的環境中，超過范圍頻率越高屏蔽效能越差；金屬蜂窩波導通風板對高頻率電磁波具有可靠的屏蔽效能，但對小于1GHz的電磁波屏蔽能力較差。

4 特種飛機結構電磁防護的重要性和可行性

特種飛機結構電磁防護，是針對電子戰飛機或未來的作戰飛機在復雜電磁環境下甚至電磁脈沖武器攻擊下保護人員安全、設備安全、燃油安全、電子設備的兼容性而采取的一系列措施；為特種飛機提供安全的電磁環境，為人員、設備、燃油提供安全保障。

隨著電子戰技術和高能電磁武器的快速發展的今天，結構電磁防護設計技術已顯現出異常重要的地位，是重要的安全保障，是飛機結構設計和新機研制最重要的組成部分之一，具有廣泛的應用前景和發展空間。

特種飛機電磁防護技術在機體結構本身想辦法、找措施，將結構設計和功能實現與電磁防護設計一體化，相對于單純在電子方法在工程運用上成本低廉，應用范圍廣泛，使用方法簡單；可大規模運用在現役飛機的改裝，提高軍用特種飛機整體性能。

參考文獻

[1] 路宏敏，余志勇，李萬玉.工程電磁兼容第[M].2版.西安電子科技大學出版社，2010-09.endprint