波音787光纤应用及维护浅析

申天海

摘要：波音787飞机上除了安装许多先进的航空电子设备外，还采用了大量光纤来传输信号。本文介绍了光纤在波音787飞机上的应用情况，分析了光纤的维护方法，并对维护工作提出一些建议和注意事项。

关键词：光纤；航线可换件；终端；光损耗

0引言

在波音787飞机上，波音公司首次运用光纤来传输飞机上的关鍵数据。例如，波音787飞机采用了公共核心系统（CCS）这种全新的航电系统架构，该系统使用了基于ARINC664标准的网络化数据传输模式，采用ARINC664标准，网络传输速率最高可达lOOMbps，如此高的数据传输速率以及巨大的数据量正是依靠光纤这一传输载体完成的。为保证这些系统能快速准确地传输数据，光纤的维护非常重要。

1 光纤传输原理

光纤通信是指以光纤传输线取代传统导线的通信方式，即利用光波载送信息实现通信，其中关键环节是光纤技术的应用。

光纤是一种由玻璃或塑料做成的、可以导引光的管子，是一种光波波导。光纤主要由两种折射率不同的材料构成，折射率较大的材料在中心，称为纤芯，折射率较小的材料在外表，称为包层（见图1）。

由于纤芯折射率大于包层的折射率，且两者呈阶跃型变化，根据光学的折射定律，平行于横轴的光线和入射角大于临界角的光线才能在光纤中以直射和全反射的原理进行传播（见图2），数字信号也因此可以通过光波在光纤中传输。

2 光纤在波音787飞机上的应用

2.1 应用情况

相比于电信领域，波音787飞机的光纤系统有以下特点：可以双向传输信号；传输距离短且没有放大器；光纤的强度非常高。

波音787飞机采用大量光纤来连接不同系统，传输重要数据。在飞机上，光纤系统包含110个连接，这些连接又分成348个独立的段（一个连接点到另一连接点称为段），最长的一段安装在娱乐系统（IFE）中，长34.75m；最短一段在整体监视系统（ISS）中，长33.02cm，光纤长度总计1714.2m。系统中还含有209个连接器，这些连接器共有7种类型。

波音787飞机上光纤主要分布在以下系统中：飞行内话系统，娱乐系统，飞行数据记录系统，主飞行显示系统，整体监视系统，公共核心系统，客舱系统，电子飞行包和核心网络系统。具体使用光纤的航线可换件（LRU）包括：公共计算资源柜（CCR），图像产生模块（GGM），光纤信号转换组件（FOX），音频控制板（ACP），音频接口组件（AGU），飞行数据记录器（FDR），整体监视组件（ISS），ARrNC664遥控开关（ARS），电子飞行包组件（EFB EU），网络接口组件（NIM）和平视组件（HDD）等。每个系统使用光纤的比例取决于每个系统中段的数量，显示系统光纤的数量占总量的29%，公共核心系统占21%，客舱系统占17%，通信系统占16%，整体监视系统占7%，电子飞行包占6%，飞行数据记录器占4%。

在一些系统中，连接LRU的光纤传输关键数据以便这些系统能正常运行。如果这部分光纤损坏导致数据丢失，系统就会产生相应的维护信息，根据这些维护信息可以快速进行故障隔离。光纤信息见表1。

波音787飞机采用大量光纤带来的好处除了能增大带宽、传输更多数据和减少信号损失外，与传统导线相比还有以下优点：连接器数量是原来的二分之一，光纤用量是原来的三分之一；同样带宽下光纤重量是原来的十分之一；还可以消除传统导线工作时带来的电磁干扰问题。

2.2 光纤的识别

每根光纤都有特定长度，并标记有波音公司的标准件号，其中标有波音标准件号BACC69C的光纤在波音787飞机上应用最广泛，是一种加强型的光纤（见图3）。

在波音787飞机上也有少量件号为BACC69A的光纤，这是一种非加强型光纤，其特点是没有特殊的保护层，直径比BACC69C型的要细，适用于传输距离较短的情况，主要在整体监视系统中使用。

光纤安装在飞机上后，除了件号外还要有线号来标识，线号标记在光纤末端的热缩管上（见图4），这种标记主要是为了维护人员检查线路和排除故障时辨认光纤之用。

3 光纤的维护

光纤如果被污染或损坏将无法传输光信号，因此日常维护中应对光纤进行着重检查，避免因光纤问题导致飞机重要系统失效。光纤是通过连接器与LRU或其他光纤连接的，光纤终端和连接器如图5所示。在这些连接点处光纤终端最容易被损坏和污染，从而抑制光的传输甚至引起LRU的损坏，因此在维护或更换LRU时应当特别检查光纤的物理连接位置，保证其终端干净、无杂质和无损伤（见图6）。

由于光纤的材料、结构和原理都与传统导线有很大区别，因此光纤的检查方法和检查重点都与以往不同。波音787飞机光纤的检查主要分为目视检查和光损耗检查。

3.1 目视检查

目视检查主要是检查光纤的终端面是否损坏或被其他杂质污染，需要借助专业的视频检查设备将终端面放大并显示出来，以便对其进行详细的检查（见图7）。

光纤的终端面分成4个区域，分别是纤芯、包层、树脂层和陶瓷层（见图8），终端面的损伤类型有凹陷、裂纹和划痕。应针对不同区域内不同类型的损伤进行仔细分析，如发现超出手册允许的极限必须更换光纤。对于凹陷，在纤芯区域凹陷不能超过区域面积的5%（见图9），在包层区域凹陷不能超过10%；对于裂纹，4个区域内都不能有任何裂纹；对于划痕，在纤芯区域不能有超过3μm宽的划痕，在包层区域不能有超过6μm宽的划痕。终端面的污染分为可去除类型和不可去除类型，也需按照手册的要求进行评估，如果超出极限需清洁或更换。

3.2 光损耗检查

光损耗是指光信号沿光纤传输时由于各种原因引起的光功率的衰减。光损耗是光纤传输的重要指标，是判断光纤传输质量和是否需要更换的重要依据。光损耗检查不仅适用对终端面的检查，同时也可对光纤整体是否有断点这种隐蔽型故障进行检查。波音787飞机光损耗检查需使用的设备有光源、光功率计、连接盒及相关适配器等。光损耗检查的连接方法如图10所示。

光损耗检查需要注意：检查前要确保被测光纤的终端面及各连接器的接口保持清洁；光源要选择波长为850nm的信号；要对被测光纤的双方向都进行光损耗检查；根据手册对结果进行评估，双向光损耗的极限不能超过2dB。

4 光纤维护建议

波音787飞机的航电系统有许多新特点，数据传输更加网络化和光纤化，为了应对光纤线路方面的新变化，减少光纤线路的故障，提高维护效率，保障飞机安全，在维护工作中应注意以下几点：

1）维护人员应当进行有针对性的培训，充分理解光纤结构及其传输原理与传统的导线有很大区别，掌握光纤线路标准施工的基本技能和方法。

2）要了解光纤在波音787飞机上的使用和分布情况，在工作中可以有的放矢，对重点区域和重要设备仔细检查，提高维护的准确度和效率。

3）光纤终端面的损伤和污染是光纤故障的主要原因之一，而空气中的颗粒不仅能擦伤终端面还能吸收光造成信号损失，因此在维护工作中应及时采用防尘盖或其他防护措施保护终端和连接器。

4）由于光纤材料本身易折断，同时光在光纤中传输时若光纤弯曲半径过小将不能全反射，因此在维护和安装中要特别注意光纤的最小弯曲半径，防止性能降低和光纤损坏。前述提到的BACC69C型和BACC69A型单根光纤最小弯曲半径分别是2.79cm和1.90cm。

5）维护人员应正确、熟练掌握光纤检查和测试仪器的使用方法，由于连接器的类型繁多，在操作中需注意连接器、适配器等设备的接口是否匹配。