《民航飞机电气系统（第2版）》课件 第11章 电磁干扰及防护

第11章电磁干扰及防护§11-1电磁干扰及其危害电磁兼容定义：设备(分系统、系统)在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。设备不会由于受到处于同一电磁环境中的其他设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级，也不会使同一电磁环境中其他设备(分系统、系统)因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。电磁干扰三要素:干扰源干扰传播途径(或耦合途径)敏感设备电磁干扰源：产生电磁骚扰现象的元器件、电路设备、系统或自然现象。（干扰的可能）干扰传播途径：使能量从干扰源耦合（或传输）到敏感设备上并使敏感设备产生响应的媒介。干扰源干扰传播途径敏感设备123敏感设备：对电磁骚扰发生响应的设备（被干扰的现实）。干扰实例：电吹风机对电视机的干扰电吹风机是干扰源：产生射频噪声，向空间发射，以辐射传输的方式通过电视机天线耦合引起干扰；射频噪声还在电视机的电源线中感应，再以传导方式进入电视机；在电源中产生高频谐波和尖脉冲波，通过连接导线以传导耦合方式使电视机受到干扰。电磁干扰三要素示意图:

电磁干扰传输方式：传导传输方式辐射传输方式干扰的耦合类型:传导耦合辐射耦合传导传输方式：传导传输必须在干扰源和敏感器之间有完整的电路连接，干扰信号沿着这个连接电路传递到敏感器，发生干扰现象。辐射传输方式:

辐射传输是通过介质以电磁波的形式传播，干扰能量按电磁场的规律向周围空间发射。电磁干扰的危害1.电磁辐射能量对人类活动危害电磁干扰会破坏或降低电子设备的工作性能电磁干扰能量可能引起易燃易爆物的起火和爆炸电磁干扰能量可对人体组织器官造成伤害，危及人类的身体健康2.对电子仪器设备的危害电磁干扰作用会使电子元器件降级或失效而造成电子仪器设备的性能改变和失效3.电磁能量对军用器械的危害雷达使火箭发射、调幅广播电台使雷管爆炸、双通电台使电引爆器引燃等都是由于电磁干扰能量所致。实例：1967年7月29日，美国“福林斯特尔”号航空母舰舰上一部雷达波束扫过甲板上一架飞机，引发了飞机上的导弹点火发射，并击中另一架飞机的油箱，随即几枚450kg的炸弹在甲板上爆炸起火，造成死伤和失踪人数达134人的重大事故。事故的直接原因就是雷达发射的高功率电磁波干扰，引发了屏蔽不好的导弹点火装置误动作。4.对民航运输的危害干扰地面塔台与飞机的无线电通信，危机飞行安全；干扰飞机控制系统，如B767襟翼、缝翼放下不对称等。实例：1977年3月27日，两架波音747客机临时转降在大西洋特内里费岛上的一座小型机场。一架是美国泛美航空1736号航班，另一架是荷兰皇家航空4805号航班。当荷航客机正要起飞，泛美客机准备离开跑道进入滑行道，两架客机在跑道上高速相撞，583人遇难。4.对民航运输的危害干扰地面塔台与飞机的无线电通信，危机飞行安全；干扰飞机控制系统，如B767襟翼、缝翼放下不对称等。荷航客机使用无线电与塔台通话时，泛美客机插入了与塔台的通话。这一插嘴，产生了4秒钟的干扰杂音，使荷航客机没有听到塔台发出的待命指令，也没听到泛美客机正在跑道上滑行的关键信息。正是这仅仅4秒钟的无线电干扰，酿成了机毁人亡的悲剧。4.对民航运输的危害干扰地面塔台与飞机的无线电通信，危机飞行安全；干扰飞机控制系统，如B767襟翼、缝翼放下不对称等。实例：B-24X3（B767－300）飞机几次出现前缘缝翼不对称信息，经检查发现座椅上电缆压破，在飞机振动时出现断路和短路现象，形成电磁干扰，影响到空/地系统。更换电缆后故障排除。强场时比弱场严重高频比低频严重时间长比时间短严重高频(HighFrequency，HF)通信系统为本机与地面台、本机与其他飞机提供话音和数据通信服务。甚高频(VeryHighFrequency，VHF)通信系统用于为飞机和飞机以及飞机与地面台之间提供话音和数据通信VHF通信天系统部件：3个VHF通信收发机---左、中、右3个VHF通信天线---左、中、右卫星通信系统(Satellitecommunications，SATCOM)为飞机和地面高质量的数据和话音信号SATCOM系统具有下列部件：卫星接收机/发射机卫星高增益天线(HighGainAntenna，HGA)1、直接照射

燃油蒸汽在发射天线辐射的2-13MHz的电磁波照射下，若发射功率为100W，天线与燃油相距在11.5-75m之间，就有可能发生自燃而引起爆炸。2、电火花点燃在大功率发射天线周围给飞机加油时，在特定条件下，当油嘴从飞机油箱中抽出来的瞬间，会引起爆炸。这是因为，油枪、接地电缆和飞机构架组成了一个射频接受回路，接收到的电磁场能量使油枪和飞机油箱之间产生高达约150V的电位差，形成约0.12A的电流，油枪嘴离开油箱时引起电弧放电，电火花使燃油燃烧爆炸。3、静电放电当易挥发的燃油在邮箱内因运输晃动等许多原因，会产生静电。燃油的绝缘性能，又使用这种静电难于泄漏而在油箱中积聚。静电积聚到一定程度，就有可能发生静电放电。如果放电能量大于燃油的最小点火能量，就可能引起燃油起火爆炸。5.电磁干扰对燃油的危害§11-2电磁干扰的控制1.电磁兼容控制策略传输通道抑制空间分离时间分隔频域管理电气隔离滤波地点位置控制自然地形隔离方位角控制电磁场矢量方向控制时间共用准则雷达脉冲同步主动时间分隔被动时间分隔频谱管制变压器隔离屏蔽滤波光电隔离搭接频率调制继电器隔离接地数字传输DC/DC变换布线光电转换电动-发电机组2.电磁兼容的控制技术屏蔽接地滤波一、屏蔽含义：

以某种材料(导电的或导磁的材料)制成的屏蔽壳体(实体的或非实体的)，将需要屏蔽的区域封闭起来，形成电磁隔离。限制内部能量泄漏出内部区域（主动屏蔽）目的：防止外来的干扰能量进入某一区域（被动屏蔽）频率调制数字传输电子设备利用屏蔽体对电磁流的反射、吸收和引导作用。原理：按屏蔽原理分类:电场屏蔽磁场屏蔽电磁场屏蔽①电场屏蔽简称电屏蔽实质是减少设备(或电路、组件、元件)间的电场感应电场屏蔽包括静电屏蔽和交变电场屏蔽1）静电屏蔽原理：静电平衡要求：完整的屏蔽导体和良好接地①导体内部任何一点的电场为零;②导体表面上任何一点的电场方向与该点的导体表面垂直;③整个导体是一个等位体;④导体内部没有静电荷存在,电荷只能分布在导体的表面上。2）交变电场屏蔽屏蔽体必须选用导电性能好材料必须良好地接地电屏蔽实质：在保证良好接地的条件下，将干扰源发生的电力线终止于由良导体制成的屏蔽体，从而切断了干扰源与受感器之间的电力线交连。②磁场屏蔽磁场屏蔽简称磁屏蔽，是用于抑制磁场耦合，实现磁隔离的技术措施。磁场屏蔽包括低频磁屏蔽和高频磁屏蔽。1）低频磁场屏蔽

低频磁场屏蔽（f<

100kHz）

利用高导磁率的铁磁材料（如铁、硅钢片、坡莫合金），对干扰磁场进行分路，使磁场主要沿着屏蔽罩通过，磁场被限制在屏蔽罩内。注意问题：（1）屏蔽厚度，多层屏蔽；（2）垂直磁力线方向不能开口；（3）不能用于高频磁场（磁滞和涡流）铁磁材料磁导率

越高，屏蔽罩越厚，则磁阻越小，磁场屏蔽效果越好。屏蔽罩上垂直于磁力线方向上不应开口或有缝隙，否则会使磁阻增大，屏蔽效果变差。铁磁材料屏蔽只适合于低频。2）高频磁场屏蔽采用低电阻率的良导体材料，如铜、铝等。利用电磁感应现象在屏蔽壳体表面所产生的涡流的反磁场来达到屏蔽的目的。高频磁场金属板涡流反磁场③电磁屏蔽通常所说的屏蔽，一般指的是电磁屏蔽；高压大电流干扰源以电场为主，磁场分量可以忽略，这时可以只考虑电场的屏蔽；低压大电流干扰源以磁场为主，电场分量可以忽略，这时可以只考虑磁场屏蔽；采用良导电材料，能同时具有对电场和磁场(高频)屏蔽的作用。二、接地接地技术是任何电子、电气设备系统都必须采用的重要技术，不仅是保护设施和人身安全的必要手段，也是控制电磁干扰、保证设备电磁兼容性、提高可靠性的重要技术措施。接地分类:安全接地信号接地①安全接地采用低阻抗导体将用电设备的外壳连接到大地上，使操作使用人员不致因设备外壳漏电或故障放电而发生触电危险。②信号接地在系统和设备中，采用低阻抗的导线(或地平面)为各种电路提供具有共同参考电位的信号返回通路，使流经该地线的各电路信号电流互不影响。接地种类：

三、滤波滤波的实质:将信号频谱划分成有用频率分量和干扰频率分量两段，剔除干扰部分。（ａ）低通滤波器（ｂ）高通滤波器三、滤波滤波的实质:将信号频谱划分成有用频率分量和干扰频率分量两段，剔除干扰部分。（ｃ）带通滤波器（ｄ）带阻滤波器四、频率调制信号调制分类：幅度调制频率调制频率调制方法适用范围：通常在长距离信号传输过程中容易引入干扰，而且这种干扰的频谱较宽，频域范围难以确定，为提高信号传输质量，可以采用频率调制方法。五、数字传输将待传送的信号经过高速采样、模/数转换，使之变成数字信号，成为一系列对应于原信号幅度的调制脉冲。§11-3静电及其防护一、静电现象静电放电（ESD）：两个具有不同静电电位的物体直接接触或静电场感应引起的放电现象。静电荷产生积累的原因：摩擦、静电感应。静电荷积累的影响因数：材料、空气湿度、相对运动等。雷电是一种自然界的静电放电现象，高电压大电流。静电的危害：1.引起火灾和爆炸事故；2.引起静电电击；3.影响生产。二、静电敏感设备工作环境拆卸装配电敏感电子器件或设备时，要采取的预防措施：1）使用手腕带或脚腕带(腕带内置1MΩ电阻），穿防静电服；2）静电耗散地板和工作台垫；3）插座接地；4）接地良好性测试；5）仪器、工具、电烙铁接地；6）静电敏感元器件、电路板、设备均应放置在防静电包中，只有在需要时才打开。三、飞机结构中静电现象及防护技术静电荷的产生沉积起电；静电感应。静电荷的危害静电燃爆；静电干扰。静电荷的防护电气搭接；静电放电器。§11-4高强辐射场及闪电一、高强辐射场（HIRF）由飞机外部的、人类活动造成的射频辐射源产生，它们由雷达、无线电台、电视发射台、卫星上行数据等高功率发射机设备产生。HIRF的危害：大功率射频能量、覆盖频率范围很广（10kHz~40GHz），威胁航电设备，如使飞机空中反推启动、发动机空中停车等。HIRF防护重要性：1）航电系统对保证飞行安全的作用至关重要；2）复合材料降低原金属蒙皮屏蔽效应；3）机载电子设备的灵敏度越来越高；4）各种频段的无线电信号使用数量和功率增加。飞机遭受闪电和雷击特点：1)气象条件：云中飞行最易遭受雷击；轻度的大气紊流。降水情况，雨中飞行雷击的几率最高。大气温度，飞机在0℃左右环境可能性最大，70%@-5～+5℃；2)飞行高度：80+%@6000米以下，其中3000～4579米概率最大；3)飞行状态：70+%@起飞爬升和着陆下降阶段；4)我国，雷击事故主要发生在3～9月份。5)雷击附着位置：通常都在曲率较大的部位，如发动机进气口、机头等;6)至少有一进一出两个雷击点。二、闪电防雷检查：1)飞机航前、过站和航后，如遇到雷雨天气，机械员须及时关好飞机各登机门、各勤务门及驾驶舱的活动风档玻璃，以防止出现机舱进水和前电子舱发生渗水现象；2)过站及航后维护时注意检查飞机是否遭受雷击，如是，则严格按照雷击后检查工作单执行维护；3)维修人员在雷雨天气时，不戴耳机进行通话联络，也不触摸与飞机的连接线路，避免导致对维修人员的伤害；4)做好飞机气象雷达、风挡雨刷、放电刷等雷雨探测、防范机载设备的检查，确保这些设备状态完好；5)对检查中发现有放电刷有缺失现象，务必对缺失处进行全面检查，确认缺失原因；对因雷击而缺失的放电刷，要扩大检查区域，并及时处理雷击造成的损伤。雷击点的识别：1)在认为飞机遭受雷击时和飞行人员的充分沟通；2)对于飞机的金属结构，通常在雷击点会出现凹坑、或小的圆孔；被燃烧过、烧焦或变色的蒙皮也是雷击点；3)复合材料（非金属）结构，雷击通常造成分层，或蜂窝结构的漆层变色，也可能导致蒙皮穿孔，烧蚀；4)被雷电击中时，飞机部件的磁性会变得很强；强电流形成磁场使铁磁性材料带有磁性并对相关部件造成损坏；5)雷击在飞机表面从前往后扫掠的路径上，通常都会产生一系列链式的雷击点；6)有时也会出现螺钉、铆钉松动或丢失，飞机元部件受损或丢失或飞机结构受损。

2010年8月15日晚深夜，一架载有131人的波音737客机从哥伦比亚首都波哥大起飞，客机在距离机场跑道大约80米处遭遇雷电。16日凌晨1时49分，在哥伦比亚圣安德列斯岛降落时摔成三截，只有一名乘客遇难。哥伦比亚客机遭雷击事件

2019年5月5日从莫斯科飞往摩尔曼斯克的俄罗斯国际航空公司客机(SSJ-100)由于故障返回