某型直升机电磁兼容性试验评估技术研究

孙恒坤，谢鑫

（1.中国飞行试验研究院，陕西西安，710089；2.西安远方航空技术发展有限公司，陕西西安，710089）

0 引言

随着航空电子设备的复杂程度不断提升，越来越多的实践表明设备和分系统通过了规定标准的电磁兼容性试验，并不能保证它们组成系统后实现系统的自兼容。因此，为了保证复杂的电子系统能够正常有效地工作，必须进行全系统的电磁兼容性试验[1]。

本文结合某型直升机全机电磁兼容性试验，分析被试系统工作特点，重点探讨了如何对试验结果进行评估，提出了相关的评估方法，可为后续直升机系统级电磁兼容性试验提供借鉴。

1 被试系统特点分析

被试系统为某型直升机，其组成系统中燃油系统、电传飞控系统、电源系统、机电管理系统、综合航电系统等易受电磁环境影响，尤其是综合航电系统，其主要由综合任务处理系统、组合导航系统、通信导航识别系统、气象/防撞雷达、应急仪表等分系统组成，简要原理框图见图1。

图1 综合航电系统简要原理框图

2 试验项目设置

由于本次试验项目周期较短，结合被试对象特点，重点依据GJB1389A-2005、GJB151B-2013、GJB/Z17-91、GJB/Z182-2016等标准及指南，参考MIL-STD-464C、MIL-STD-461F以及TOP01-2-511A中对电磁兼容性的相关要求。将本次试验的试验项目最终确定为全机系统相互干扰检查试验、传导安全裕度试验、辐射安全裕度试验、外部射频电磁环境试验、电源线瞬变试验以及电磁兼容性试飞检查[2]等共6项内容。

3 试验结果评估

一般机载设备电磁兼容性分析与评估的基本步骤可以参考如下：

（1）根据被试系统设备清单，对于设备是否可能产生电磁敏感进行识别，并初步判定其灵敏度和可容许的抗干扰阈值；

（2）识别可能对该敏感设备产生电磁干扰的干扰源；

（3）考虑各种可能的耦合通道，初步计算从干扰源到敏感设备的干扰电平；

（4）根据被试系统设备清单，对所有潜在的干扰源重复以上步骤；

（5）综合计算所有潜在干扰源在敏感设备上的电磁干扰量值，并与其抗干扰阈值进行比较；

（6）通过调整干扰源的发射电平，使其低于敏感设备抗干扰阈值；

（7）通过调整敏感设备的抗干扰阈值，使其高于干扰电平；

（8）根据被试系统设备清单，对所有敏感设备重复以上步骤。

3.1 试验前评估

在获取电磁兼容性测试数据方面，进行试验前评估并记录试验结果，以便在编制电磁兼容性试验大纲时进行参考，通常可以减少测试的工作量，试验前评估一般应包括：

（1）确定适用的测试点；

（2）确定主电流路径及大电流测量点；

（3）确定最容易/最不易受影响的被试系统配置及操作模式；

（4）确定电磁能量的可能进入点并进行能量耦合分析，以确定数据采集系统的类型和功能要求；

（5）确定需要用仪器检测和监控的关键被试系统数据；

（6）确定被试系统/平台关键功能和电路；

（7）确定被试系统电磁保护功能及其预测性能，以及它们是否可修复或可更换；

（8）确定验证与通过/失败标准以及所需的安全裕度；

（9）确定被试系统操作和检查程序；

（10）可以对先前测试的已经存在的分析和测试数据进行评估，并将其纳入测试规划和预先测试分析中，以便增强和减小新测试的范围。

试验过程中，对每个系统的测试是为了及时监控其性能或操作性下降，包括故障、降级以及不可接受的系统响应。对系统电磁兼容性整改后，需要进行再次验证。

3.2 安全裕度评估

根据GJB1389A中对安全裕度的定义，对于系统安全或使命任务的关键性设备，其应具有至少6dB的安全裕度；对于确保系统安全的电起爆装置，其最大不发火激励应具有至少16.5dB的安全裕度[3]。在评估安全裕度时，对会导致被试系统降级的原因、发生的测试级别、允许的停机时间和任务影响都要进行评估。根据获得的试验数据，可以使用多个方程式计算安全裕度。与测量数据对应的安全裕度计算如下：

（1）对于瞬态测试，如上所述，电流被转换为能量进行测量。可以使用以下安全裕度的方程：

式中：

EMNF——电起爆装置（简称EID）最大不发火能量（J）；

EInduced——在EID电路中测得的能量（J）。

注意：如果EID或点火电路中的感应电流低于仪器所能测量的电流，则采用最小可检测电流作为保守的安全裕度。

（2）对于常规点火电路，通常测量感应电流，并用于根据已知的要求点火电流来计算安全裕度。如果对于EID的真实的瞬态最大不发火能量是已知的，利用EID电流通过如下公式来计算安全裕度：

式中：

IMNF——EID最大不发火电流（A）；

IInduced——在EID电路中测得的电流（A），（或者为最小分辨电流（Minimum Detectable Current，简称 MDC），如果信号低于MDC）。

（3）对于电子安全及保险装置（简称ESAD）和其他电容性点火电路，测量出感应电压来计算安全裕度。如果不知道真正的最小点火电压，一般使用500伏特进行保守计算：

式中：

MFV——ESAD电容器最小点火电压，（通常为500伏）；

VInduced——感应ESAD电容器点火电压的测量值，（或最小分辨电压，MDV，如果信号低于MDV）[4]。

3.3 外部射频电磁环境评估

为了准确地测定被试对象的环境电平，主要通过外部测量结合计算进行评估。根据长期经验，可以利用公式（4）进行初步估算[5]：

式中：

Eo(f)——外部电磁环境的总场强；

Ej——飞机受到外部第j台等效发射机的干扰；

f——频率；

m——干扰发射机总数量。

对于某一个发射源，在距离发射机r处的电场强度可用式（5）估算 ；

式中：

P——发射机的发射功率；

G( f ,θ,φ) ——发射天线的增益，θ和φ分别是极坐标系下天线方向图的两个张角。

3.4 试飞专项评估

在电磁兼容性试飞中，当对被试系统性能进行评定时，通常关注如下几个方面：

（1）对于语音通信设备，对清晰度进行分级（1～10）（正确接收字的百分率），参照GJB2763-1996以描述其性能；

（2）对于数字通信系统，通过误码率或误比特率进行性能分析；

（3）对于电视、画面、传真等设备，通过分辨率（决定视觉分辨物体的能力）进行性能分析；

（4）通过检测率、虚警率和画面显示状态等来度量雷达系统的主要性能；

（5）对于导航系统，通过方位角、距离、经纬度、高度等参数的误差来表示其性能，一般以总值的百分率表示。

4 总结与展望

本文通过被试直升机系统级电磁兼容性试验，对整机电磁兼容性进行评估分析，随着直升机系统面临的内部和外部电磁环境越来越复杂，系统电磁兼容评估技术也会有新的发展，例如安全裕度，目前国军标中安全裕度试验方法对装备的要求偏于宽松，不能完全体现装备在复杂环境下的电磁兼容性能，此外未来作战面临的电磁环境也会更加复杂。直升机研制要求也会更加严苛，研制进度压力会更加紧迫，这些都对全机系统级电磁兼容性试验和评估提出了新的要求。