淺談飛機電傳飛控系統的電磁兼容性設計

沈金玲

摘要：簡要介紹了電傳飛控系統所處的電磁環境，詳細介紹了電傳飛控系統預防電磁干擾可以采取的一些措施，以使系統滿足GJB及CCAR-25-R4中對電磁兼容的要求，同時為其他機型電傳飛控系統的電磁兼容設計提供一定參考。

關鍵詞：FCS 電磁兼容（EMC） 電磁干擾

1 引言

隨著電子技術的飛速發展以及飛機飛行高度、速度的不斷提高，傳統機械式操縱系統逐漸被電傳飛控系統取代。與傳統機械式操縱系統不同，電傳飛控系統將采集的駕駛員輸入指令轉換成電信號后經過系統控制律的解算再輸出給舵面伺服作動系統，驅動舵面按照指令要求偏轉。由于電傳飛控系統采取的是電信號控制，控制信號極易受到來自系統內部或外部產生的電磁干擾影響，干擾嚴重時會導致設備失效或系統失效，進而引發嚴重的事故，因此電傳飛控系統的電磁兼容設計顯得尤其重要。

2 電磁兼容相關術語及其含義

系統：由兩個或兩個以上設備或分系統組成，具有特定結構和功能的有機整體。

電磁兼容：設備（系統、分系統）在共同的電磁環境中共存且互不影響。

電磁騷擾：能引起裝置、設備或系統性能降低的電磁現象。

電磁干擾：電磁騷擾引起的設備、傳輸通道或系統性能的下降。

3 電傳飛控系統所處電磁環境分析

根據飛機的運行環境，電傳飛控系統的干擾包括飛機外部干擾及飛機內部電磁環境干擾。外部干擾主要來自飛行時遇到的各種自然現象，以及人工修建的高強度無線電發射機;飛機內部電磁環境干擾主要來自沿導線傳輸的電磁干擾、電子設備之間的電磁干擾以及繼電器、開關等電氣設備產生的電磁干擾等。

干擾源必須通過某種傳播途徑才能到達受干擾設備，傳播的途徑主要是導線的傳導輻射和空間輻射。根據波音公司的統計資料，飛機上發生的所有電磁干擾中，有6成是通過導線耦合的，2成是由電磁輻射激勵的，剩下的是由地線、電流等耦合產生的。

4 電傳飛控系統電磁兼容性設計分析

電傳飛控系統是飛機的神經系統，控制飛機達到各種運動效果，完成飛行任務，是飛機非常重要的組成部分。因此必須進行電磁兼容設計，良好的電磁兼容設計可以提升系統的抗干擾性，且不會對其他用電設備產生電磁干擾，才能在預期的電磁環境中實現電磁兼容。根據CCAR-25-R4要求，系統、分系統和設備在飛機所處的電磁環境中，不應因電磁干擾影響系統內和系統外其它設備的正常工作、功能喪失、技術指標下降，不會妨礙和影響飛機繼續安全飛行和著陸。

對于系統級的電磁兼容設計，可通過抑制干擾源、切斷干擾傳播途徑、降低電路敏感性等方法抑制電磁干擾，可采取的措施包括電搭接設計、接地設計及屏蔽設計等。

4.1 電搭接設計

搭接的基本目的，在于為飛機金屬構件以及構件、設備、附件與基本結構之間提供穩定的低阻抗電氣通路、供電源電流返回通路，為防電擊、防電磁干擾電平、防雷電、防靜電提供必要措施。搭接的良好與否，直接影響飛機的安全和性能。電傳飛控系統由電子控制器、伺服作動器、座艙操縱裝置以及各類傳感器組成，電搭接的電阻限值參見表1。

搭接可分為直接搭接與間接搭接。直接搭接是在互連元件之間不使用輔助導體而建立一條有效的電氣通路。采用搭接線搭接時，可采用標準件固定的形式，避免因飛機振動幅度過大引起搭接線脫落;在滿足要求的前提下，應盡量選用長度短的搭接線，也盡量注意數量少、截面小。而采用直接搭接時，設備與結構件直接接觸，應對接觸面進行打磨和清洗，去除搭接表面的全部油漆層、氧化層、陽極化膜等非導電涂層，并清洗油脂等高阻面層，但要注意不可過多去掉涂層下的金屬材料，特別是復合材料結構表面的噴涂鋁層，以保證搭接件之間的低阻抗。

4. 2 接地設計

接地是抑制噪聲防止電磁干擾的主要方法。電傳飛控系統的交聯信號包括模擬量、數字量、開關量以及電源信號。不同的信號電路應配備不同的接地方式，正確的接地方式基本上有三類，即單點接地、多點接地和混合接地[1]。

針對電傳飛控系統設備中同時存在供電電源和各類信號傳輸電路的情況，混合接地法最適合。通過在機上建立電氣“零位”參考點（大多選在地板或機殼），將機上電子電氣設備與之相連，形成地回路，可有效的釋放靜電荷，減少電子設備間的電磁干擾。同時，將電源類地線和信號地線分開設計，設備中多個電源部分的地線先就近與電源類總地線連接（多點接地法），同樣設備中多個電路中信號地也就近與信號類總地線連接，最后電源類總地線和信號類總地線在一起設計公共參考地（單點接地法）[2]。

4.3 屏蔽設計

電傳飛控系統的屏蔽設計主要包含兩大類。一類是電子控制器的機箱屏蔽設計，一類是傳導線路的屏蔽設計。

電傳飛控系統控制器設備統一布置于機上電子設備柜內，機箱采用抗輻射材料，可反射有害電磁波，減小對機箱內元器件的影響;控制器設計為封閉式機箱，接縫處采用抗輻射材料封堵。

控制器的電連接器應選取防腐蝕、電鍍導電的類型，對外電纜插頭選帶屏蔽套的尾附件;電連接器的結構應保持接觸阻抗不變，避免因為阻抗的不連續，出現電壓駐波引起電磁干擾輻射;電連接器插座和設備安裝面、電連接器插頭插座之間必須保證良好搭接，保證電連接器尾附件到電搭接測試點的搭接電阻應不大于15mΩ;電連接器連接處的屏蔽層，應完整連接到可靠的電連接器尾附件上，盡可能做到360°連接。

5 結束語

隨著科技的不斷進步，電磁兼容影響的范圍也越來越廣，其機理復雜，所涉及的學科眾多。在工程應用中，在設計初期就應對系統中可能使用的電磁兼容方式進行統籌考慮和布局，不僅可以保證產品長期正常、穩定的工作，還可降低研發、維護成本。

參考文獻：[1] 譚志良，王玉明，聞映紅.電磁兼容原理[M].北京：國防工業出版社，2013.5

[2] Henry W.Ott.Noise Reduction Techniques in Electronic System.Second edition.New York：John Wiley&Sons Ltd，1988