民用飛機線束屏蔽環路判據電阻研究

王浙波+寧敏

【摘 要】線束屏蔽是保護飛機重要系統免受外部電磁環境干擾的重要手段之一。完整的線束屏蔽環路對于線束保護的有效性至關重要。一般情況下，通過測量屏蔽環路電阻可以判斷線束屏蔽的完整性。判斷的前提是明確判據電阻值。當測量阻值在判據電阻范圍內，認為線束的屏蔽環路完整；如果測量阻值超出判據電阻的范圍，則認為屏蔽環路出現故障。本文基于統計學原理，提出了一種工程可實現的獲取線束屏蔽環路判據電阻的方法。

【關鍵詞】環路電阻；線束屏蔽；閃電；高強度輻射場；保證大綱

0 引言

民用飛機在運營過程中，難免會遭遇惡劣的外部電磁環境，比如閃電、高強度輻射場等。為了保證民用飛機在遇到這類電磁環境時，關鍵和重要電子電氣系統不受到不良影響，飛機在設計過程中必須考慮必要的防護措施[1]。其中，對關鍵電纜和線束采取線束屏蔽是目前被廣泛采用的防護措施之一。

線束屏蔽層要達到良好的屏蔽保護效果，需要在屏蔽層的兩端與連接器進行良好的搭接（這里主要針對閃電和高強度輻射場產生的高頻電磁場，對于低于400Hz的低頻干擾，一般采用單端搭接），連接器本身又與飛機主結構搭接，從而，線束屏蔽層與主結構之間形成了一個低阻抗環路，如圖1所示。理想情況下，由閃電或者高強度輻射場帶來的電磁場變化，只會在該低阻抗環路上感應出有害電流，不會影響屏蔽層內部芯線。

圖1 線束屏蔽環路示意圖

線束屏蔽環路保持低電阻狀態對于維持其對芯線的保護效果十分關鍵，因此，國際上通用的做法是，定期對關鍵系統的相關線纜進行環路電阻測量，確保其電阻值保持在合理范圍內[2]。比如，波音公司就在其具體機型的維修手冊中對不同電纜的環路電阻值設定了判據區間，以便維修人員發現問題[3-5]。對于新研機型，確定線束屏蔽環路的判據電阻對維修工作意義重大，是持續適航不可或缺的內容。

1 線束屏蔽環路判據電阻

在飛機的維修保養過程中，定期測量線束屏蔽環路電阻已經是國際主要民機制造商的通用做法，空客公司和波音公司在其飛機的維修手冊中都有具體的要求。由于國內民機制造起步比較晚，這方面還是空白，亟需填補。針對如何確定線束屏蔽環路判據電阻，本文從兩個方面進行了探討，即：1）哪些線束需要定期進行屏蔽環路電阻測量；2）如何確定這些線束的判據電阻值。

1.1 線束選取

飛機上的電纜和線束數量龐大，且并非所有電纜和線束都進行了屏蔽保護。對所有電纜和線束進行屏蔽環路電阻測量不但沒有必要，而且會大大增加維修成本，影響經濟性。在選擇測量范圍的時候，應該考慮：1）線束所在系統執行的功能等級。一般選擇對執行關鍵功能的系統的相關屏蔽線束進行測量；2）線束安裝位置。主要考慮安裝在電磁暴露區域的屏蔽線束，往往這些區域也是振動相對劇烈，溫度、濕度變化明顯的區域，對線束屏蔽層和連接器的影響較大。基于這兩個原則，可以將測量范圍主要集中在飛機的動力系統、高升力系統、主飛控系統、起落架系統等。

1.2 基于統計學原理確定判據電阻

線束屏蔽環路判據電阻作為維修工作的輸入項，其自身數值的合理性必須得到保證。但是，工程實際中，有許多因素可以影響到最后的環路電阻值。比如，線束屏蔽層的材質、線束的長度、屏蔽層與飛機主結構形成低阻抗環路中的各部分搭接情況、環路電阻測試儀的測量精度等等。所以，針對每一個新研的機型，線束屏蔽環路判據電阻都需要重新確定，不能以其他機型的經驗值代替。

通過以上分析，可以知道在工程實際中，即使對同一架機的同一根線束進行多次的屏蔽環路電阻測量，也會得到不同的電阻值。如果是同一型號不同架次的飛機，其測量值更不會一樣。因此，線束屏蔽環路判據電阻是一個電阻區間，而非固定值。至于該區間的上下限如何界定，則可以借助統計學原理，即通過大量樣本數據采集，對采集數據進行統計處理后得到判據電阻。

在具體介紹如何確定判據電阻的上下限之前，我們需要明確一些條件和假設。首先，數據采集需要在總裝下線的新飛機上進行；其次，需要進行屏蔽環路電阻測量的線束的EWIS構型在其后的所有架次中保持不變，線束構型的變化將導致判據電阻無效；最后，采集的數據樣本符合高斯正態分布。

基于以上條件和假設，我們令采集到的環路電阻數據為數組X，X=[x1，x2，…，xN]。其中N為樣本數量。根據樣本數據，可以得到樣本的均值x和方差σ2如下：

根據高斯正態分布的3σ原則可知，樣本落入區間[x-σ，x+σ]的概率為68.3%，落入區間[x-2σ，x+2σ]為95.4%，落入區間[x-3σ，x+3σ]的概率為99.7%。由于我們假設環路電阻測量值服從高斯正態分布，在線束屏蔽環路完整且測量正確的情況下，測量值應該有99.7%概率在區間[x-3σ，x+3σ]內。換言之，如果測量值沒有在區間[x-3σ，x+3σ]內，則可以認為屏蔽環路中某個環節出現了問題。

圖2 高斯正態分布的概率密度函數

由上面的分析可知，線束屏蔽環路判據電阻的上限值可確定為x+3σ，下限值可以確定為x-3σ。

接下來需要明確樣本數據的組成，即X=[x1，x2，…，xN]，因為它直接決定了判據電阻中的關鍵參數值x和σ。理論上，樣本數據的數量N越大越好，不過實際工程中不可能對每架飛機進行測量后再形成維修判據。所以，可行的方案是，先對部分總裝下線的飛機進行測量形成判據。其后下線的飛機也進行同樣的測量，數據累計到一定程度再更新判據。此外，在采集樣本時，同一線束的測量可采取不同部位多次測量的方式。

2 結語

飛機線束屏蔽環路的完整性對飛機持續適航具有重要意義，而測量線束屏蔽環路電阻是檢查屏蔽環路完整性最便捷的方法。檢查過程中，明確屏蔽環路電阻的判據值是整個過程的關鍵。本文結合工程實際，以統計學原理為基礎，介紹了一種切實可行的判據電阻確定方法，為線束屏蔽環路維修工作的推進提供了一種思路。

【參考文獻】

[1]寧敏，陳潔.關于民用飛機閃電/高強度輻射場防護保證大綱的研究[J].科技信息，2012（5）.

[2]Godo E L， Van Deventer B. Loop resistance tester： A non-intrusive method to measure connector and shield resistance[C]//Digital Avionics Systems Conference， 1998. Proceedings.， 17th DASC. The AIAA/IEEE/SAE. IEEE， 1998， 1： A25-1-6 vol. 1.

[3]蘇文波.BOEING飛機線路屏蔽環路分析及維護[J]中國新技術新產品，2013（16）.

[4]陳慶豐.淺談屏蔽線回路電阻的測量[J].航空維修與工程，2010（01）.

[5]范同春，王蘭普，閆京原.環路電阻測試儀及其應用[A].探索創新交流——中國航空學會青年科技論壇文集[C].2004.

[責任編輯：湯靜]