轻型通用飞机高强辐射场(HIRF)防护设计浅析摘要：高强辐射场（HIRF)防护是现代飞机研究的重要课题，该文参考国内外有关文献，提出轻型通用飞机高强辐射场（HIRF)防护的设计措施，可供国内各类飞机进行高强辐射场（HIRF)防护设计时参考。
关键词：高强辐射场电磁屏蔽电场强度
现代飞机受到来自地面、舰船、海上平台或航空器上的雷达、无线电、电视、卫星上行数据等高功率发射机的辐射不断增多增大，复杂机载电子设备的电磁敏感更强烈。
出于对航空器安全运营考虑，中国民用航空规章新增了对航空器系统提出高强辐射场(HIRF)防护要求，明确指出：尽可能消除航空器执行关键功能的电子电气设备因高强辐射场(HIRF)直接和间接的造成器件损坏和功能中断进而导致灾难性事故发生。
飞机高强辐射场(HIRF)保护设计研究日益重要。
1 飞机高强辐射场(HIRF)防护设计研究的必要性
现在飞机电子系统设备在HIRF环境下常常出现的一些异常症状是对安全运行的最大威胁，原因是[1]。
(1)从飞机本身来看，执行关键功能的电子式飞行控制系统、电子式显示指示系统和全权限数字式发动机控制器等，这些设备对外部电磁环境的敏感程度增加。
(2)随着导电性低的复合材料越来越多地出现在新型飞机上，特别是对于轻型通用飞机，在结构中越来越多的采用复合材料，相对金属材料而言，复合材料的低电导率特性带来了航空器电磁屏蔽性能的降低，更易受到外部高强辐射场(HIRF)的影响。
(3)轻型通用飞机为降低重量和成本，装备的的电子设备要求低功耗、高功率密度，这会带来了电子电气元件相应参数(例如输入的电压、电流、功率)的降低。
这些都使得电子电气系统更容易受到HIRF 的影响。
(4)现在射频发射机的数量和功率增加，工作方式增多(如地面雷达、通信和广播电视发射台、舰载和机载射频发射机等)，使得空间电磁频谱变宽，电磁场强度增大。
以上几种情况使近年来由于外部电磁环境引起的飞行事故时有发生。
如在外部高强度电磁辐射环境的影响下，飞行操纵系统不稳定、控制舵面错误运动、发动机转速突然变化、导航指示器的航向、高度等参数显示错误等，从而影响飞机安全的严重事故。
同时，随着低空空域的逐步开放，轻型通用飞机的应用越来越多，因此对轻型通用飞机的HIRF保护设计研究势在必行。
2 高强辐射场(HIRF)环境
根据FAA关于轻型类飞机第23部适航标准的Amdt.23-57修正
案的规定，用该标准表1、表2的电场强度作为适航审定高强辐射场环境[2]，因此轻型通用飞机HIRF保护设计的量化指标是，飞机在适航审定高强辐射场环境下能正常运行。
3 高强辐射场(HIRF)防护设计对机体结构电磁屏蔽的考虑
轻型通用飞机机身大量使用了复合材料，对于电子电气设备和导线来说是形成了电磁开口。
为了给飞机上的设备提供良好的高强辐射场(HIRF)电磁屏蔽保护，在飞机的结构嵌入一些屏蔽材质，如将金属箔、网和扩展箔插入结构中，保证在5kHz～18GHz频率范围内，电磁屏蔽效能不低于20dB。
飞机的机体蒙皮要求装配后使可成为均匀的低阻抗通路，为机上的电子电气设备提供了良好HIRF电磁屏蔽保护，复合材料蒙皮与相临的金属蒙皮搭接电阻应不大于10mΩ。
4 高强辐射场(HIRF)防护设计措施
4.1 高能辐射场耦合进入点的防护
对高能辐射场耦合进入飞机的进入点进行防护：飞机各类窗、非金属整流罩需要提供屏蔽；门和舱口应带有金属涂层或金属衬垫，并使其整个外围周围要形成一个很好的射频搭接。
使用导电垫片各类操作面板。
不是在机身内部的电气接头用导电密封剂密封。
安装在机翼、尾翼后/前缘处以及机外的任何导线束需要单独进行屏蔽防护和搭
接，并保证襟翼和缝翼伸展时，屏蔽保护部受到损害。
采用金属导管保护的导线或线束，导管两端应进行很好的搭接。
与敏感线束并行敷设的导线，必须确保敏感线束在其整个长度与这些非敏感导线隔离。
非敏感线从非屏蔽区域进入机身或其他屏蔽空间将携带噪声电流，一旦这些导线与敏感线并行敷设那么噪声将会感应耦合到敏感线束中。
4.2 电子设备硬件设计
(1)采取冗余和非相似性设计
(2)接地设计，区分信号、电源线、屏蔽(单个的或全局的)和安全接地；
(3)搭接；
(4)合理布置LRU位置，包括传感器；
(5)系统电缆布线和隔离；
(6)连接类型如差分、金属结构作的电流回路等；
(7)设备内部和外部的滤波；
(8)设备内部防电磁干扰、防雷电路设计。
4.3 电子设备软件设计
(1)合理的通信协议，谨慎使用中断、定时器等；
(2)冗余系统的非相似软件；
(3)表决器和相关联的算法；
(4)数据相干性验证过程；
(5)容错技术。
4.4 电子设备壳体设计
(1)选择电导率较高的屏蔽材料如铜、银等。
(2)连接处用焊接结构。
(3)盖板、活动盖板组件与箱体接合处加EMC衬垫，面板上采用沉头的连接螺钉。
螺栓孔、盖板与箱体的接缝处、侧壁的接缝处涂上导电胶。
(4)通风口加金属丝网，做成金属蜂窝结构，并有屏蔽垫圈，单个的蜂窝单元的开口大小和蜂窝的厚度是由针对豁免所需要的最高频率决定的，通过蜂窝结构的厚度和更小的开口来实现增加的屏蔽。
度盘下面加金属丝网，观察窗用丝网或导电玻璃。
(5)增加连接处接触面的重合面积；
(6)口盖或箱盖与箱体接合处加EMC衬垫时，还必须将其接触处
去掉阳极化层或防护涂层。
(7)螺钉紧密连接，设计凸台使螺钉避免伸进机箱，消除螺孔造成的缝隙；使用屏蔽完整的电连接器；机箱与飞机结构间必须有良好的电搭接和接地。
(8)在输入/输出连接处合理规定设备外壳的信号接地，并尽量不要与电源负线接在同一个位置；设备的输入参考信号和输出驱动双线信号尽量采用双绞线。
电源连接器与可更换部件连接，在进入点把可更换部件的外壳立即接地，接地导线常使用小于0.5m长的短导线)。
(9)在飞机的线束上或者被连接到距离LRU0.5m内的机壳上，在LRU的入口处接地线必须直接连接到LRU的外壳；若是屏蔽层，应避免用电线接地，可编成麻花状360°连接，严格禁止连接到设备接地的栓上[3]。
(10)通过进入到LRU的输入/输出点处的低通共模滤波应限制系统的通带；
局部的模拟设备如传感器或者激励器在任何可能的时候尽可能地靠近其控制电子(通常使用小于1m长的短导线)；为了提高HIRF 防护电平，在传感器/激励器和控制电子单元之间使用扭绞屏蔽线，在扭绞屏蔽线的两端进行屏蔽接地。
4.5 电气搭接
设备搭接到安装托架或机身尽量通过金属与金属的直接接触，而不是通过搭接线或导线；所有的搭接线应该尽可能的短，并且在设备对高能辐射场感应电压能产生不利反应的整个频率范围内具有低阻抗。
长的搭铁不能使用，搭铁线的总长度应该小于约λ/20，不应出现λ/4波长和λ/4波长的奇数倍的长度，λ为设备的工作波长。
LRU设计应该提供一个其外壳到飞机的低阻抗搭接，其搭接电阻在直流或者1000Hz下的电流测量时小于 2.5mΩ。
在线束屏蔽和LRU屏蔽之间建立一个搭接电阻小于2.5mΩ的低阻抗搭接。
5 结语
该文提出轻型通用飞机高强辐射场(HIRF)防护设计研究的必要性，参考国内外有关文献，提出飞机高强辐射场(HIRF)防护的一些设计措施，以供国内各类飞机进行高强辐射场(HIRF)防护设计时参考。
参考文献
[1]唐建华.飞机研制的新要求[J].国际航空，2007(11):65-66.
[2]FAA.Federal Aviation Regulation23 Amdt.23-57. WashingtonD.C.:FAA,2007.
[3]SAE International Group. Guide to Certification of Aircraft in a High-Intensity Radiated Field (HIRF) Environment SAE ARP 5583.2010。