民用飞机电磁兼容性试飞技术

陈 宁，袁大天，肖 妮（中国飞行试验研究所，陕西西安，710089）



民用飞机电磁兼容性试飞技术

陈 宁，袁大天，肖 妮
（中国飞行试验研究所，陕西西安，710089）

摘要：对民用飞机电磁兼容性试飞技术进行了综述，按照设备工作特点将其科学分类，并分别以矩阵和列表的方式全面自主地考核了飞机设备、分系统、系统之间的电磁兼容性，最大程度实现了电磁兼容性试飞方法的系统化和规范化。

关键词：电磁兼容性（EMC）；试飞

0　引言

随着电子、电气、计算机、控制技术的飞速发展，飞机上装备的电子设备种类越来越多、发射功率越来越大，应用的频谱也越来越广，使得机载设备工作的电磁环境越来越复杂，加之设备灵敏度的不断提高，这些因素极大增加了飞机电磁兼容性（EMC）设计难度。可以说，EMC已成为考核现代飞机设计科学性和合理性的重要指标之一，是飞机机载设备能否完成预定功能的突出障碍。电磁干扰影响飞机工程效能的主要范围有:

a）系统性能降低或失效，造成不能完成预定任务；

b）引起失效模式，降低装备可靠性；

c）影响装备或元器件的工作寿命；

d）影响效能/费用的权衡；

e）影响武器装备和人员的生存性和安全性；

f）延误生产和使用。

长期以来，民用飞机电磁兼容性测试主要依据的是欧洲和美国执行的DO-160/ED14 系列环保标准，DO-160系列目前已发展到RTCA/DO-160F，代替之前的DO-160E，DO-160F中规定的测试是为了满足美国联邦航空管理局（FAA）或者其他国际规定对安装在商业航空起上设备的要求而进行的典型测试，其测试等级/限值适用于当前使用的典型飞行器。但是，任何测试手段都有其技术制约性，比如测试飞机机体屏蔽性的电流注入法的测试上限频率依赖于飞机尺寸，而混响室的缺点则是无法运行引擎来测试电子发动机控制系统和相关电气发电控制，此外，腔室内操作的最低频率还要受制于腔室尺寸。总的来说，无论是通过模拟计算还是依靠测试手段，都无法完全真实地评估飞机系统的电磁兼容性。归根结底，验证飞机EMC的最终和最权威手段是飞行试验。

本文正是以民用飞机的适航审定试飞为契机，总结出较为全面电磁兼容性试飞方法，仅供同行参考。

1　机载设备分类

本试飞技术的关键因素之一是机载设备的分类，即按照工作原理和电磁特点将其分为干扰源和敏感设备两大类。

大家知道，以往的EMC试飞仅关注到用频设备之间的信号干扰，比如同频、近频或倍频等，诸如针对装备复杂的现代化军机所制定的射频综合管理系统，也是通过频谱管理来规避电磁干扰。但是，飞机的电磁干扰问题不仅仅是来源于用频设备，它几乎可能来自机上所有涉电设备。从理论上讲，有的机载设备是干扰源，有的是敏感体，有的既是干扰源又是敏感体（如具有收发功能的通信设备），在干扰源和敏感体之间存在多种能量耦合途径，它们虽然形式各异，但归纳起来大体分为以下几种：

机载设备电磁干扰常见类型：

a）天线对天线的耦合，如：耦合路径在发射机天线和接收机天线之间时，发射机对接收机的电磁干扰；

b）导线对导线的耦合，如：导线束内部由于导线间交叉耦合造成的电磁干扰；

c）场对导线的耦合，如：当飞机上导线穿过机上蒙皮介质孔时，由于暴露在机上天线辐射场中，在该导线束负载上感应的电磁干扰电压；

d）机箱对机箱的耦合，如：由于低频磁场与设备内部灵敏度变压器和电子束装置耦合后所造成的电磁干扰；

e）共阻抗耦合，如：电流经过公共回路产生的感应电压在信号电缆中引起的共模电流干扰。

当然，上述几种干扰途径不可能包罗万象，但一些实际问题可以通过具体分析变换等同到这几种类型中，如小孔辐射可等效为天线等。

综上所述，要全面深入考核飞机电磁兼容性，就必须了解机载设备的电磁特性和可能产生的干扰类型，并在此基础上将机载设备分别归属为干扰源或敏感体，以此来检查它们相互之间的兼容性。机载设备分类是本成果的难点和重点，它决定了EMC试飞结果的完整性和科学性。

机载设备分类的工作量相当大，因篇幅有限，本文仅以几种典型机载设备为例来说明分类依据和方法，详见表1。

2　试飞方法

民用飞机电磁兼容性试飞的主要内容有：设备级电磁兼容性检查、全机电磁兼容性检查、地面疑似干扰问题的空中复查。

2.1设备级矩阵式EMC检查

首先，在设备级检查试飞中，提出矩阵式检查的方法。矩阵式检查方法集总了可能产生干扰的辐射源和可能受到干扰的敏感设备，并逐一进行电磁兼容性对应检验，该方法突破了以往EMC试飞的局限性，将检查对象扩展到整机所有涉电设备，涵盖了航电、电传、机电及动力等系统。

具体试飞方法是：将机载涉电设备按照工作特点及工作模式将其分为干扰源和敏感设备两大类后，以矩阵的方式对这两类设备之间的电磁兼容性进行详细检查。当然，具体的电磁兼容性检查任务就落实到每个机载设备的性能和功能试飞中，并将其贯穿到每个设备的试飞全过程中，它不仅包括试飞过程中用感官检查矩阵中所列的对应设备之间有无出现干扰现象，还包括在后期的数据处理分析中，查找有无因为干扰问题而出现的数据异常等现象。

通常，检查归类为干扰源的机载设备的电磁兼容性时，主要侧重检查于它对机上其他设备的电磁干扰，即在该设备的整个性能和功能试飞中，检查飞机机电系统、动力系统和电传系统是否正常工作，有无出现电磁干扰现象；检查航电系统，尤其是导航系统、通信系统、告警系统、控制显示器、数据链、着陆设备、气象雷达、自动定向仪、无线电高度表等设备是否工作正常，检查有无画面显示不稳定、数据链断续、话音质量变差、仪表指示不正确、误告警等现象。检查归类为敏感设备的电磁兼容性时，主要侧重检查于机上其他设备工作时对该设备的电磁干扰，即在该设备的整个性能和功能试飞中，检查飞机机电系统、动力系统、电传系统和航电系统工作时对其的性能或功能发挥有无影响，并判断是否造成电磁干扰。

因为电磁兼容性检查矩阵所罗列的设备很多，因此这里就不一一做详解，仅以最容易产生干扰的电台通信为例来说明具体的检查方法，具体见表2。

在VHF通信试飞过程中，结合以下试飞内容检查VHF通信与其它机载设备之间的电磁兼容性：a）远距离通信时；b）大角度通信时；c）进场形态通信时；d）应急通信时

在HF通信试飞过程中，结合以下试飞内容检查HF通信与其它机载设备之间的电磁兼容性：a）远距离通信时；b）近距离通信时篇；c）非正常供电情况下通信时；d）沉积静电情况下的通信时。

通信系统的合格判据为通信正常、话音清晰，与其它设备无明显电磁干扰。结合整个通信系统的试飞过程，按照表2的所列的矩阵，检查了HF通信、VHF通信与音频综合、通信管理、无线电高度表、GPS、空中交通管制、空中交通告警和防撞、气象雷达、EFIS、ADS、EICAS、AHRS、全权数字式发动机控制、DME、LG、地形防撞警告系统、TDR、PA、AMS、FCS、自动飞行、失速保护、飞行管理、燃油计量、飞行控制、防火系统、液压系统、电源系统、备用仪表、反推系统、防雨除冰、电源系统、照明系统等设备之间的电磁兼容性。

表1　机载设备分类说明

表2　电磁兼容性检查矩阵

表2　（续）

另外，一些设备的特殊操作需要特别关注其电磁兼容性问题，比如电源系统试飞中，当进行电源转换时，很容易在电源线中形成尖峰信号和浪涌，这些尖峰信号和浪涌可能会对机上用电设备造成影响，比如会使机载设备出现误告警、误动作、损耗增加、显示画面抖动、仪表指示不正确、话音质量变差等异常现象。但是，因为电源转换的时间很短，有时候这种影响或者干扰稍纵即逝，因此不仅需要机上人员在此刻密切关注机上设备的工作情况，必要时，还可以把对电源敏感的机载设备的飞行数据采集下来进行分析，查找在电源转换的时间段内是否出现工作状态异常。

2.2全机列表式EMC检查

在电磁兼容性试飞完成设备级的检查试飞后，就进入了全机电磁兼容性试飞阶段。全机检查存在一个比较特殊的情况，即全机电磁兼容性试飞是在机载测试设备拆除后进行的。因此，该试飞的检查结果就完全依赖于飞行员和试飞工程师的感官评价。因为没有了测试基准，出现干扰问题时就不容易排查，另一方面，全机电磁兼容性专项试飞的时间远远小于设备级试飞。鉴于此，在全机电磁兼容性检查试飞中，提出了列表式的检查方法，既可以保证试飞进度，又可以尽量全面地检查到每个机载电子设备。

列表式检查的具体方法：将机载设备按干扰源和敏感设备分类并规划好设备的工作状态，使干扰源以最大的干扰形式出现，并将敏感设备设定为最易受干扰的状态（篇幅所限，本文略去该项表格）。在试飞过程中，飞行员按预定内容设置机载设备的工作状态，并在干扰设备发射时，密切注意敏感设备的工作情况，观察有无不正常现象出现，以此来判定敏感设备是否受到发射设备的电磁干扰。

列表式检查方法有三点需要说明：一是继承了设备级电磁兼容性试飞的成果，将机载涉电设备按照工作特点及工作模式将其分为干扰源和敏感设备两大类；二是以列表的方式对这两类设备之间的电磁兼容性进行详细检查；三是检查内容涵盖整个试飞过程，从发动机开车、起飞、巡航、通信，一直到飞机着陆、关机。

2.3地面电磁干扰的空中复查

在飞机进行地面电磁兼容性试验过程中发现的电磁干扰问题，即使干扰问题在地面得到了解决，但解决措施是否有效，不仅需要在地面进行验证，还需要在空中验证，因为空中和地面的外界电磁环境是不一样的，飞机自身舱内的电磁环境在空中和地面也是不一样。因此，结合飞机地面EMC测试结果，针对飞机EMC薄弱环节进行空中检查是非常必要的，可以以此考核其干扰抑制措施的有效性，从而彻底消除地面干扰故障在空中复现的隐患。

总而言之，地面电磁干扰的空中复查是基于全面保障试飞安全的考虑，在各个型号的试飞中，我们都需要重视这一点。

3　试飞结果分析

该试飞技术的应用效果良好，具有科学、高效、全面的优点，能够系统全方位的评价全机机载设备、分系统、系统之间的电磁兼容性，并使电磁兼容性考核贯穿到飞机的整个试飞过程中，最大限度地排查了飞机的电磁兼容性隐患。

4　结束语

对于现代飞机而言，其面临的电磁兼容性问题愈来愈严峻，一是飞机自身系统之间的电磁兼容性；二是飞机与外界日益恶化的电磁环境之间的兼容性。因此，我们要在该方面不断地学习和积累，以适应未来飞行试验的新需求。

参考文献

［1］ 陈穷等编著.电测兼容性工程设计手册，北京：国防工业出版社。

［2］ 刘鹏程，邱扬编著.电测兼容原理及技术，高等教育出版社：1993年。

［3］ 陈宁.机载电子设备电磁干扰故障实例分析，《测控技术》第34卷。

Electromagnetic compatibility test technology for civil aircraft

Chen Ning，Yuan Datian，Xiao Ni
（Chinese Flight Test Establishment，Xi’an Shaanxi，710089）

Abstract：The EMC test technology of civil aircraft are reviewed. According to the working characteristics of the equipment will be the scientific classification，and by way of matrix and list of comprehensive independent assessment of the aircraft equipment，system，electromagnetic compatibility between systems，to the greatest extent realized the systematization and standardization of test methods for electromagnetic compatibility.

Keywords：electromagnetic compatibility （EMC）； test flight

作者简介

陈宁（1969—），女，陕西大荔人，高级工程师，现主要从事飞机航电系统试飞技术研究。