APP下载

民用飞机导线和线缆的电磁防护设计

2018-03-15蒋晓婷

科技视界 2018年1期
关键词:导线电缆

蒋晓婷

【摘 要】电气线路互联系统(EWIS)设计需满足飞机安全运行所需的电磁防护能力,确保飞机的可靠性和可维护性。本文从适航相关要求出发,阐述了飞机面临的电磁干扰来源和防护设计原则,介绍民用飞机电磁防护设计的区域策略、屏蔽端接设计、敷设设计等,对民用飞机的EWIS设计有一定的指导意义。

【关键词】电气线路互联系统;电磁防护;导线;电缆

中图分类号: V242 文献标识码: A 文章编号: 2095-2457(2018)01-0189-002

【Abstract】electrical circuit interconnection system (EWIS) is designed to meet the electromagnetic protection capability required by aircraft safety operation to ensure the reliability and maintainability of aircraft.This article embarks from the airworthiness requirements, this paper expounds the plane source of electromagnetic interference and protection design principles, this article introduces the strategy, electromagnetic protection design of civil aircraft shield termination design, installation, etc., to civil aircraft EWIS design has certain guiding significance.

【Key words】Electrical circuit interconnection system; Electromagnetic protection; Wire; Cable

0 前言

电磁干扰是一个电网络通过某种形式把自身的信号耦合到另一个电网络,影响后者信号完好性的现象。通过电介质耦合的形式是传导干扰,通过空间耦合的形式是辐射干扰。

美国联邦航空当局FAR颁布的25-123修正案对EWIS电磁干扰防护做出了相关规定,其中25.1707规定:每个EWIS的设计和安装必须使任何在飞机上可能发生的电气干扰,不会对飞机或其系统造成危险影响;承载大电流的电线和电缆(及其相关的EWIS部件),其设计和安装必须确保足够的物理分离和电气隔离,使得在故障情况下,对主要功能相关电路的损害最小[1]。

民用飞机EWIS面对的干扰既有来自自然界的天电噪声,又有来自机外的各种人工装置产生的电磁能量干扰,以及自身运行时不同回路之间的相互干扰。在对飞机做电磁防护设计时,与其他系统一样可从降低干扰源、切断耦合路径和增加接收器的抗干扰能力三个方面入手,还需结合飞机的结构和系统的特点,采用有针对性的防护措施。

1 电磁防护设计的区域策略

根据机身是否能为设备和EWIS提供屏蔽保护,飞机上的区域可分为两类:一类是电磁保护区,如客舱、货仓等飞机增压区;另一类是电磁暴露区,如翼身整流罩、垂尾、平尾等区域。位于电磁暴露区的EWIS,由于缺少机身的防护,设计时需考虑增加额外的屏蔽。一般来说,在电磁暴露区,重要系统的全部线束和导线都应进行屏蔽,非重要系统至少应进行线束屏蔽。

位于两类区域交界的处的屏蔽端接要求,对于保持EWIS整体的电磁防护性能非常关键。

1.1 单根導线的选取

实现不同功能的导线,在电磁保护区和电磁暴露区,应选取不同构型的导线。如离散信号线,在电磁暴露区应选择屏蔽线,在电磁保护区则选择非屏蔽线。又如模拟音频线,在电磁暴露区和电磁保护区都应选择屏蔽双扭绞线。

1.2 电路隔离

位于电磁暴露区或远端的设备,通过将设备的电源地和信号地与附近结构隔离的方式提供额外的电磁防护。在设备内部的电源地和信号地与机架隔离的前提下,电源线与电源回线一起敷设,在电磁保护区进行接地;信号地和回线与各自对应的信号线一起敷设,端接到位于电磁保护区的负载设备内部或保护区域的机体接地端。在这种情况下,电源馈线与回线需双扭绞敷设,信号线和回线需双扭绞敷设。

电源线和信号电路与设备附近结构的隔离的方式,可由电源线和信号电路与设备外壳隔离,或电源线和信号电路与设备外壳未隔离,设备外壳与机体地隔离。

电路隔离如图1所示。

2 屏蔽端接

单根导线或整根线束的屏蔽,都需通过低阻抗的端接方式进行端接。端接阻抗中影响最大的一个因素是自感系数,因此必须将其降到最小。对于同一种电缆,根据传输信号频率的差异,屏蔽层也应采用不同的端接方式。

屏蔽端接方式主要分为屏蔽引线端接和360°屏蔽端接。

2.1 屏蔽引线端接

民用飞机的上的屏蔽引线端接主要是针对导线屏蔽。从导线屏蔽层用焊接套管引出一条导线,即屏蔽引线,引线终端连接至尾附件、接地模块、接地桩等。

屏蔽引线的安装如图2所示。

引线可等效为电感,线束导线屏蔽层产生的干扰电流在引线上产生共模电压,通过屏蔽层与电缆线芯之间的杂散电容而作用在芯线上,另外也会通过芯线与引线之间的耦合,在芯线上产生电磁干扰[2]。

因尾附件除了屏蔽接地,还能起到应力释放、固定走向的作用,因此优先选用尾附件接地。连接器或设备集中的地方可以用接地模块接地。其余的可以采用接地桩接地[3]。

2.2 360°屏蔽方式

线束外屏蔽层的接地方法有很多种,比如从外屏蔽层引出屏蔽引线、或外屏蔽层在远端接地等等。这些方法的屏蔽效果都远不如360°屏蔽方式。

360°屏蔽方式是将整根线束外的屏蔽层大面积的与EMI尾附件或者金属穿墙密封件环绕接触,无电磁泄露的窗口。

在民用飞机上,由多根导线组成的线束的屏蔽只允许使用360°屏蔽方式。增压区与非增压区隔框上用金属穿墙密封件接地,其余的使用尾附件360°屏蔽。

3 线束敷设设计

线束敷设策略对屏蔽效能也有重要影响。

3.1 电磁兼容性隔离代码

线缆之间因其承载的电流而产生互相的干扰,称为串扰。串扰随着线缆平行敷设的长度成比例增加,同时也随着布线间的距离增大而成比例减小。可能被电磁干扰的敏感电路的线缆,敷设时必须远离其它布线的干扰,或者为其提供足够的屏蔽保护,以避免其在正常工作条件下的系统故障。

依据承载电流的电压、载流量、电路频率等特性,并考虑电磁敏感性及发射特性,把电缆分类,定义它们的隔离代码和不同代码之间的最小间距。设计敷设路径时,尽可能确保不同隔离代码的线缆满足隔离间距要求,如果不能完全满足,则绑扎在一起的不兼容导线应尽快分离。

由于电磁兼容性问题可能是因已安装的其它系统或设备的设計特征和该设备本身的安装物理特性等因素引起。飞机地面电磁干扰测试和飞行中电磁干扰测试是检测电磁兼容性的唯一标准。

3.2 寄生机身屏蔽

沿着金属部件敷设线束或者在金属部件内部敷设线束,可获得寄生的结构屏蔽效能。EWIS周围具有越多的金属结构,其可获得的结构屏蔽防护越强,尤其对于在电磁暴露区的EWIS来说。

表1定义了不同结构防护和装用走槽线包括安装间隔原则。

设计结构屏蔽防护时,应优先考虑关键和重要系统的线束。

4 结语

解决民用飞机EWIS的电磁防护问题是一个综合工程。本文根据飞机各区域的机体提供屏蔽能力的不同提出了相应策略,并介绍屏蔽端接和线束敷设设计。

除了上述几个方面,还可使用外部瞬变防护、滤波器防护、利用接地技术等方式降低或消除电磁干扰,介于篇幅限制,就不做深入探讨。

【参考文献】

[1]FAA.CFR Part25.Airworthiness Standards: Transport Category Airplanes[S].FAA.2008.

[2]刘洋.民用飞机电缆和连接器的电磁防护设计[J].科技创新导报,2014 No.23:89-91.

[3]范东浩.飞机连接器尾附件屏蔽接地设计介绍[J].民用飞机设计与研究,2010(2):45-50.

猜你喜欢

导线电缆
东华大学研发出可体内吸收型蚕丝导线
海底电缆——将世界连接起来
220千伏输电线路导线断裂分析
澳标AS/NZS 1802:2003卷绕和拖曳电缆的研发
低风压架空导线的风洞试验
架空导线的几种防腐措施
高温超导电缆
高温超导电缆
高温超导电缆
ABB Elastimold 10kV电缆终端及中间接头