飛機電磁環境安全裕度評估規程方法
2023-06-26 14:20:11 3
飛機電磁環境安全裕度評估規程方法
【專利摘要】本發明揭示一種飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，是基於外部電磁環境EME應力對EUT產生的等價電磁效應和/或EUT功能性能的等價響應的若干變通等價試驗方法，主要包括如下步驟：（1）確認受評估系統；（2）確定飛機外部電磁環境電平；（3）選用合適的方法確定外部電磁環境與內部關注點處電磁環境的傳遞函數；（4）依傳遞函數確定關注點實際電磁場電平；（5）確定各設備電磁兼容性設計控制電平；（6）符合性評估。本發明通過上述的方法，對飛機電磁環境安全裕度評估工作具有規範化作用，操作性強，具有很好的實用指導性，能顯著提高工程上進行此類評估的工作效率、降低費用。
【專利說明】飛機電磁環境安全裕度評估規程方法
【【技術領域】】
[0001]本發明涉及應用於飛機的電磁兼容性試驗，特別是指飛機電磁環境安全裕度評估規程方法。
【【背景技術】】
[0002]在飛機研製階段尤其是定型之前，需要就飛機對實際使用遭遇的外部電磁環境的適應性，以及飛機對此具備的安全裕度進行評估。它包括機載設備、系統、全機各層面的確認和驗證工作，既需要有一套全面細緻的工作程序周密規劃指導，也依賴相應的完整技術文檔、數據計算分析、試驗實測結果的支撐。
[0003]航空器適航取證文件、相關技術標準中一般只規定了電磁環境安全裕度的要求，即在什麼電磁環境條件下飛機應如何表現，具體就是在惡劣電磁環境(用每米若干伏特電場強度來度量)下保持怎樣功能和性能，而沒有給出可操作的驗證規程。因此按電磁兼容領域常規的做法，就是按定義要求直接對飛機進行高場強輻射照射HIRF試驗。
[0004]但是飛機電磁環境安全裕度試驗涉及的高能量輻射電平量值遠超出目前工業界實際試驗能力水平，即用傳統試驗方法難以滿足這些規定，業內迫切需要尋求並研究出一些較簡易可行的替代方法。
【
【發明內容】
】
[0005]本發明的目的在於提供一種飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，用以解決現有方式試驗成本與產品研發成本過高的問題。
[0006]為實現上述目的，本發明提出一種飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，適用於飛機內部電磁環境自兼容安全裕度評估，`該方法包括如下步驟:
[0007]( I)確認受評估系統；
[0008](2)確定各設備安裝位置實際(或預期)電磁環境電平；
[0009](3)確定各設備實際電磁兼容性設計控制電平；
[0010](4)符合性評估。
[0011]依據上述主要特徵，其中確認評估系統的步驟中包括確定各飛行階段的所有飛機、系統、設備的各種工作模式，以明確飛機內部可能的最極端電磁環境，同時根據設備出現EMC問題時對飛機可能造成的後果和危害程度，對飛機遂行使命任務的影響程度、設備的功能特性、硬體的不一致性以及有關的不確定性因素，建立各設備重要性等級和對應安全裕度要求。
[0012]依據上述主要特徵，確定各設備安裝位置實際或預期電磁環境電平通過現場實測得到，此方法令全部機載電子/電氣設備滿負荷工作並切換不同工作模式，考察大功率、重負載設備可能的最強發射、最快電平變化率、最快功耗/負載切換速率等極限工作狀態；f ^ IOOMHz時，選取機頭/機身/機尾各設備艙、駕駛艙、客艙、貨艙等區域設備機箱附近空間為環境電平採樣測量點，用三軸場探頭+接收機測量關注點的掃描頻譜；f ( 400MHz時，選取機頭/機身/機尾各設備艙、駕駛艙、客艙、貨艙等區域設備所有連接器端互連電纜為環境電平採樣測量點，用電流探頭+接收機測量關注點的掃描頻譜；以掃描頻譜的最大包絡為預期電磁環境電平。
[0013]依據上述主要特徵，確定各設備安裝位置實際或預期電磁環境電平通過分析估計確定，可以直接系統/設備級電磁兼容試驗標準GJB151A/152A中傳導敏感度CS、輻射敏感度RS的試驗極限電平為預期電磁環境電；或以標準中傳導敏感度CS、輻射敏感度RS的試驗極限電平為基礎值，視安裝區域情況和附近具體設備，根據以往的實際經驗，增加或減小
若干量值進行合理調整。
[0014]依據上述主要特徵，確定各設備安裝位置實際或預期電磁環境電平通過經驗類比得到，通過選用類似飛機設備場景的已有數據或適當修正確定。[0015]依據上述主要特徵，確定各設備安裝位置實際或預期電磁環境電平通過仿真計算得到，通過使用大型電磁場仿真計算軟體包，如EM3D、CST、FECO等，對機身內部結構尺寸、材質，機艙內敷設互連電纜的尺寸、走向、材質，機載設備的安裝位置、尺寸、材質，設備的電性能等評估對象、環境、邊界條件進行儘可能逼真、詳細的建模，再選用合適的時域、頻域數值算法進行解算得出結果，簡化計算時可先考慮帶天線的收發信機，由發射機輻射功率、接收機接收靈敏度、收發天線方向圖及間距、收發頻率和帶寬，計算收發基波、諧波之間可能存在的相互幹擾影響；再考慮發射機對其它設備，根據發射機發射功率、發射天線方向圖、發射天線至關注設備安裝位置、機身屏蔽效能，利用通信距離方程計算出發射信號對關注設備的影響。
[0016]依據上述主要特徵，確定各設備實際電磁兼容性設計控制電平需要從電磁敏感度電平和電磁幹擾電平兩方面來考慮，由設備的EMC試驗報告提供；對於EMC達標合格設備，其電磁幹擾電平取自GJB151A中傳導和福射的電磁發射限值,而電磁敏感度電平以設備實測值為準。
[0017]依據上述主要特徵，符合性評估從設備的對外接口，包括機箱和互聯線的輻射和傳導兩方面，分別把按前述步驟獲得的各設備數據，代入以下公式即得到其傳導、輻射安全裕度符合性情況:
[0018]電磁幹擾電平EMILeffl≤預期電磁環境電平EMEL 3dB
[0019]電磁敏感度電平EMSLeffl≥預期電磁環境電平EMELrt+ M
[0020]如果安全裕度M =電磁敏感度電平EMSLeffl—預期電磁環境電平EMEL #大於規定的值，則表明被評估設備/系統滿足要求。
[0021]為實現本發明目的，本發明提出另一種飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，適用於飛機外部電磁環境安全裕度評估，該方法包括如下步驟:
[0022]( I)確認受評估系統；
[0023](2)確定飛機外部電磁環境電平；
[0024](3)確定在設備安裝位置呈現的機身屏蔽效能；
[0025](4)確定各設備安裝位置實際電磁場電平；
[0026](5)確定各設備電磁兼容性設計控制電平；
[0027](6)符合性評估。
[0028]依據上述主要特徵，其中根據設備出現EMC問題時對飛機可能造成的後果和危害程度，對飛機遂行使命任務的影響程度、設備的功能特性、硬體的不一致性以及有關的不確定性因素，建立各設備重要性等級和對應安全裕度要求。
[0029]依據上述主要特徵，確定飛機外部電磁環境電平EMEL#可直接採用用戶給出的數據或適航認證的要求，一般多引用一些相關平臺級電磁兼容標準中的規定，也有給出特定應用場景的具體量化指標。
[0030]依據上述主要特徵，確定飛機外部電磁環境電平EMEL#可採用分析實測法確定，即通過分析飛機使用過程中可能遭遇的各種電磁環境，參考、類比以往的工程經驗，選取其中電磁環境最嚴酷的典型場景，進行現場測量統計。
[0031]依據上述主要特徵，確定飛機外部電磁環境電平EMEL#可採用仿真計算確定，SP對電磁環境最嚴酷的典型場景進行儘可能逼真、詳細地建模。凡是對電磁環境有可比擬貢獻的輻射源都要考慮，在確定它們的發射功率、頻率範圍、信號波形、天線方向性、傳播距離、極化方向等參試基礎上，用電磁波無損空間傳播距離公式、通信方程數值計算各場源的貢獻，並進行矢量疊加而合成出總電磁環境。
[0032]依據上述主要特徵，確定在設備安裝位置呈現的機身屏蔽效能可採用現場實測確定，對有無飛機兩種情況，在機外不同位置、方位的天線以安全等值電平輻照，以機內受關注位置處(座艙、設備艙等)接收傳感器收到的最小信號電平差為測量該地點的機身屏效參數。
[0033]依據上述主要特徵，確定在設備安裝位置呈現的機身屏蔽效能可採用仿真計算確定，如使用電磁場仿真計算軟體包，如EM3D、CST、FECO等，對飛機內外結構尺寸、材質，尤其是安裝關注設備的艙內結構尺寸、材質，進行儘可能逼真、詳細的建模，再選用合適的時域、頻域數值算法進行解算。
[0034]依據上述主要特徵，確定在設備安裝位置呈現的機身屏蔽效能可採用經驗分析確定，即根據工程經驗估計，無開口的全金屬艙室的屏蔽性能最好，一般有40dB以上的屏效；有穿孔的金屬艙室的屏蔽性能次之；有窗、門的金屬或非全金屬艙室的屏蔽性能最差，一般只有IOdB以下的屏效，在諧振頻率甚至反而增強，通用機身屏效選擇原則是:
[0035]OdB屏效對應無任何屏蔽措施場景，如非導電複合材料結構區域、無屏蔽開放區域、結構電搭接無保障區域等；
[0036]6dB屏效對應很少屏蔽措施場景，如僅少量屏蔽的非導電複合材料機身的駕駛艙、機翼前後沿、起落架艙等；
[0037]12dB屏效對應有些屏蔽措施場景，如金屬飛機的帶穿艙接頭從而非全封閉電子設備艙、駕駛艙、無EMI扼流槽門窗/儀錶板附近區域，這些區域中諸如液壓管、線纜束、金屬導線槽等載流導體並非都很好電搭接至所穿過的穿艙接頭上。
[0038]20dB屏效對應中等屏蔽措施場景，如載流導體電搭接良好、電纜束貼近金屬結構走線的上述區域；
[0039]32dB屏效對應很好屏蔽措施場景,如良好全屏蔽金屬艙內。
[0040]依據上述主要特徵，確定各設備安裝位置實際電磁場電平EMEL@為將飛機外部電磁環境電平EMEL#減去飛機機身屏蔽效能。
[0041]依據上述主要特徵，確定各設備實際電磁兼容性設計控制電平需要從電磁敏感度電平和電磁幹擾電平兩方面來考慮，由設備的EMC試驗報告提供；對於EMC達標合格設備，其電磁幹擾電平取自GJB151A中傳導和福射的電磁發射限值,而電磁敏感度電平以設備實測值為準。
[0042]依據上述主要特徵，符合性評估從設備的對外接口，包括機箱和互聯線的輻射和傳導兩方面，分別把按前述步驟獲得的各設備數據，代入以下公式即得到其傳導、輻射安全裕度符合性情況:
[0043]電磁幹擾電平EMILeffl≤預期電磁環境電平EMEL內-3dB
[0044]電磁敏感度電平EMSL控制≥預期電磁環境電平EMEL內+ M
[0045]如果安全裕度M =電磁敏感度電平EMSL控制—預期電磁環境電平EMEL內大於規定的值，則表明被評估設備/系統滿足要求。
[0046]為實現本發明目的，本發明提出另一種飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，適用於飛機外部電磁環境安全裕度評估，該方法包括如下步驟:
[0047](1)確認受評估系統；
[0048](2)確定飛機外部電磁環境電平；
[0049](3)建立與設備相關的回流構架；
[0050](4)注入電流定標，其包括低電平掃描輻照與等價低電平表面電流注入；
[0051](5)高電平表面電流注入法符合性驗證測試。
[0052]依據上述主要特徵，注入電流定標的步驟包括配置合適的受試件接地方式和接地點位置，先進行低電平輻照，用電纜卡鉗測量設備互連電纜中的感應電流，再對飛機機身合適點注入低電平電流，調整其大小，使監測到關注設備的互連電纜上感應電流與該測量值相同，由此得到輻照場強與注入電流之間的傳輸函數，利用高低電平之間的線性關係外推標準要求的高電平輻照場下的飛機蒙皮上感應電流，這即應直接注入電流值，最後保持飛機的電流注入點、接地方式和接地點位置不變，對飛機蒙皮注入該大電流。
[0053]為實現本發明目的，本發明提出另一種飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，適用於飛機外部電磁環境安全裕度評估，該方法包括如下步驟:
[0054]( 1 )確認受評估系統；
[0055] （ 2 ）確定飛機外部電磁環境電平；
[0056]( 3 )對飛機低電平掃描確定機內受試件互連電纜上感應電流或安裝處空間電磁場的傳遞函數；
[0057](4)線性外推出與飛機外部電磁環境電平對應的互連電纜上感應電流或安裝處空間電磁場量值；
[0058](5)以該高電平進行電纜電流注入或輻照，及符合性評估。
[0059]依據上述主要特徵，該方法適用頻段分LLSC1、LLSC和LLSF三種，LLSCI適用於10KHz~飛機1st諧振頻率，LLSC適用於電纜起主要耦合作用的500kHz~400MHz，LLSF適用於機箱和電纜都有影響的100MHz~40GHz，此方法以實測方式建立關注的機載設備上電磁效應與飛機外部電磁環境之間的傳遞函數關係，其中LLSC1、LLSC把設備互連電纜上感應電流與歸一化飛機外部電磁環境聯繫起來，而LLSF把設備安裝處場強與歸一化飛機外部電磁環境聯繫起來，再據此傳遞函數線性外推得評估要求的飛機外部電磁環境下應該對設備施加的飛機內部電磁應力，從而進行替代間接試驗驗證。
[0060]與現有技術相比較，本發明通過上述的方法，實現了飛機電磁環境安全裕度評估，本方法操作性強，具有很好的實用指導性，能顯著提高工程上進行此類評估的工作效率、降低費用，有助於我國正在起步推行的民用飛機的飛機級適航取、認證工作的開展。
【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0061 ] 圖1為本發明總的流程示意圖。
[0062]圖2為實施本發明的第一實施例的流程示意圖。
[0063]圖3為實施本發明的第二實施例的流程示意圖。
[0064]圖4為實施本發明的第三實施例的流程示意圖。
[0065]圖5為實施本發明的第四實施例的流程示意圖。
【【具體實施方式】】
[0066]請參閱圖1所示，本發明揭示一種飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，是基於外部電磁環境EME應力對EUT產生的等價電磁效應和/或EUT功能性能的等價響應的若干變通等價試驗方法，主要包括如下步驟:(I)確認受評估系統；(2)確定飛機外部電磁環境電平；(3)選用合適的方法確定外部電磁環境與內部關注點處電磁環境的傳遞函數；(4)依傳遞函數確定關注點實際電磁場電平；(5)確定各設備電磁兼容性設計控制電平；(6)符合性評估。本發明通過上述的方法，對飛機電磁環境安全裕度評估工作具有規範化作用，操作性強，具有很好的實用指導性，能顯著提高工程上進行此類評估的工作效率、降低費用。至於上述方法中各步驟的具體內容，可以以下的四個實施例中的具體描述。
[0067]安全裕度Margin指敏感門限與環境中實際幹擾電平之差，常用dB表示。飛機的電磁環境安全裕度是機載最敏感設備/系統的敏感門限與環境實際幹擾電平之差，過於籠統。工程上更關注各個機載設備/系統的具體電磁環境安全裕度，它們一般互不相同，所以飛機的電磁環境安全裕度實際是各個機載設備/系統的電磁環境安全裕度中的最小值。
`[0068]1.飛機內部電磁環境自兼容安全裕度評估
[0069]內部電磁環境Electromagnetic Environment Level—EMEL內指飛機本機全部機載電氣電子系統、設備通電工作所形成的全機電磁環境電平的最大包絡，其自兼容安全裕度評估主要包括以下4個步驟:
[0070]( I)確認受評估系統；
[0071](2)確定各設備安裝位置實際(或預期)電磁環境電平；
[0072](3)確定各設備實際電磁兼容性設計控制電平；
[0073](4)符合性評估
[0074]評估流程圖如附圖2所示，各步驟詳細敘述見具體實施例1。
[0075]2.飛機外部電磁環境安全裕度評估(機身屏效法)
[0076]這是一種間接評估方法。外部電磁環境Electromagnetic EnvironmentLevel—EMEL外指飛機可能處於的全機外部電磁環境電平的最大包絡，基本可以認為飛機蒙皮上處處相等為同一量值。飛機外部電磁環境安全裕度評估主要包括以下6個步驟:
[0077]I)確認受評估系統；
[0078]2)確定飛機外部電磁環境電平；
[0079]3)確定在設備安裝位置呈現的機身屏蔽效能；[0080]4)確定各設備安裝位置實際電磁場電平；
[0081]5)確定各設備電磁兼容性設計控制電平；
[0082]6)符合性評估。
[0083]評估流程圖如附圖3所示，各步驟詳細敘述見具體實施例2。
[0084]3.飛機外部電磁環境安全裕度評估(高電平表面電流注入法)
[0085]用大電流注入法替代HIRF輻照進行實際測試、驗證。直接對機身蒙皮注入的大電流，生成飛機外部電磁環境安全裕度評估所需機內電磁環境，使受試件處於與機外高電平輻照場等價的電磁應力之下，從而產生同樣的響應。
[0086]是替代試驗評估，優點之一是一次整機試驗就同時完成對所有機載設備的EMC安全裕度評估。其最有效使用頻率範圍IOkHz?1st飛機諧振頻率(一般為飛機最大線度150?30米對應的電磁波半波長，I?5MHz)，可擴展至400MHz，再高頻率使穩定性變差。評估主要包括以下5個步驟:
[0087]I)確認受評估系統；
[0088]2)確定飛機外部電磁環境電平；
[0089]3)建立與設備相關的回流構架；
[0090]4)注入電流定標
[0091]a)低電平掃描輻照；
[0092]b)等價低電平表面電流注入。
[0093]5)高電平表面電流注入法符合性驗證測試。
[0094]評估流程圖如圖4所示，鑑於篇幅不再詳細舉例。
[0095]4.飛機外部電磁環境安全裕度評估(低電平耦合法)
[0096]屬替代方法，按適用頻段分LLSC1、LLSC和LLSF三種。LLSCI適用於IOKHz?飛機1st諧振頻率，LLSC適用於電纜起主要耦合作用的500kHz?400MHz，LLSF適用於機箱和電纜都有影響的IOOMHz?40GHz。在100?400MHz頻段內後兩種方法重疊使用的原因是，主要電磁耦合機制與場源特性、場源/目標結構材料、場源與目標間距、媒質諸多因素密切相關。通常小飛機上電纜感應電流起主要耦合作用，大飛機上空間電場起主要耦合作用。所以在此頻段內一般兩種方法都用，以免遺漏較嚴酷的電磁環境場景。低電平耦合以實測方式建立關注的機載設備上電磁效應與飛機外部電磁環境之間的傳遞函數關係，即LLSC1、LLSC把設備互連電纜上感應電流與歸一化飛機外部電磁環境聯繫起來，LLSF把設備安裝處場強與歸一化飛機外部電磁環境聯繫起來。再據此傳遞函數線性外推得評估要求的飛機外部電磁環境下應該對設備施加的飛機內部電磁應力，從而進行替代間接試驗驗證。評估主要包括以下5個步驟:
[0097]I)確認受評估系統；
[0098]2)確定飛機外部電磁環境電平；
[0099]3)對飛機低電平掃描(注入電流、輻照)求機內受試件互連電纜上感應電流或安裝處空間電磁場的傳遞函數；
[0100]4)線性外推出與飛機外部電磁環境電平對應的互連電纜上感應電流或安裝處空間電磁場量值；
[0101 ] 5)以該高電平進行電纜電流注入或輻照，及符合性評估。[0102]評估流程圖如附圖5所示，鑑於篇幅不再詳細舉例。
[0103]為對上述的方法更為清楚的了解，以下以具體的實例對上述的方法分別進行說明。
[0104]例1.飛機內部電磁環境自兼容安全裕度評估
[0105]1)確認受評估系統
[0106]考慮各飛行階段的所有飛機、系統、設備的各種工作模式，由此明確飛機內部可能的最極端電磁環境。同時根據設備出現EMC問題時對飛機可能造成的後果和危害程度，對飛機遂行使命任務的影響程度，設備的功能特性、硬體的不一致性以及有關的不確定性因素，建立各設備重要性等級和對應安全裕度要求，通常安全級為12dB，任務級為6dB，普通級為OdB ；
[0107]2)確定各設備安裝位置實際(或預期)電磁環境電平EMEL ?
[0108]EMEI^是飛機自兼容安全裕度評估的基準，可用以下幾種方法確定。
[0109]現場實測:使全部機載電子/電氣設備滿負荷工作並切換不同工作模式，主要考察大功率、重負載設備可能的最強發射、最快電平變化率、最快功耗/負載切換速率等極限工作狀態。f ^ IOOMHz時，選取機頭/機身/機尾各設備艙、駕駛艙、客艙、貨艙等區域設備機箱附近空間為環境電平採樣測量點，用三軸場探頭+接收機測量關注點的掃描頻譜；f ^ 400MHz時，選取機頭/機身/機尾各設備艙、駕駛艙、客艙、貨艙等區域設備所有連接器端互連電纜為環境電平採樣測量點，用電流探頭+接收機測量關注點的掃描頻譜；以掃描頻譜的最大包絡為預期電磁環境電平EMEL ?。
[0110]分析估計:系統/設備級電磁兼容試驗標準GJB151A/152A已經充分考慮到機載設備安裝試驗過程中可能遇到的電磁環境，直接取標準中傳導敏感度CS、輻射敏感度RS的試驗極限電平為預期電磁環境電平EMEL@ ;或以標準中傳導敏感度CS、輻射敏感度RS的試驗極限電平為基礎值，視安裝區域情況和附近具體設備，根據以往的實際經驗，增加或減小若
乾量值進行合理調整。
[0111]經驗類比:選用類似飛機設備場景的已有數據，或適當修正。
[0112]仿真計算:使用大型電磁場仿真計算軟體包，如EM3D、CST、FEC0等，對機身內部結構尺寸、材質，機艙內敷設互連電纜的尺寸、走向、材質，機載設備的安裝位置、尺寸、材質，設備的電性能等評估對象、環境、邊界條件進行儘可能逼真、詳細的建模。再選用合適的時域、頻域數值算法進行解算得出結果。簡化計算時可先考慮帶天線的收發信機，由發射機輻射功率、接收機接收靈敏度、收發天線方向圖及間距、收發頻率和帶寬，計算收發基波、諧波之間可能存在的相互幹擾影響；再考慮發射機對其它設備，根據發射機發射功率、發射天線方向圖、發射天線至關注設備安裝位置、機身屏蔽效能，利用通信距離方程計算出發射信號對關注設備的影響。
[0113]3)確定各設備實際電磁兼容性設計控制電平
[0114]所謂飛機的EMC安全裕度太籠統，不同重要性等級的設備有不同安全裕度的要求，同一等級安全裕度要求的設備也會有不同的實際安全裕度。所以飛機的EMC安全裕度最終將具體落實到每一臺設備上。每臺設備的電磁兼容性設計控制電平，需要從電磁敏感度電平Electromagnetic Susceptibility Level—EMSL控制和電磁幹擾電平Electromagnetic Interference Level—EMIL控制兩方面來考慮。一般可由設備的EMC試驗報告提供。對於EMC達標合格設備，其EMILeffl如保守些可取自GJB151A中傳導和輻射的電磁發射限值，而EMSLea則仍應以設備實測值為準。
[0115]4)符合性評估
[0116]從設備的對外接口一一機箱和互聯線從而輻射和傳導兩方面著手，分別把按前面幾節方法獲得的各設備數據，代入以下公式即得到其傳導、輻射安全裕度符合性情況。
[0117]EMIL控制< EMEL 內一3dB
[0118]EMSL 控制≤ EMEL 內+ M
[0119]如果安全裕度M = EMSLea- EMEL肖大於規定的值，就表明被評估設備/系統滿足要求。這裡不僅考慮從安全裕度定義的電磁敏感電平來進行評估，還增加了對電磁發射電平的評估，給內部電磁環境電平EMEI^增加一些保險係數。
[0120]例2.飛機外部電磁環境安全裕度評估(機身屏效法)
[0121]I)確認受評估系統
[0122]同例I的1)，一般中、高度空域電磁環境較好，地面或低空電磁環境較嚴酷，機場附近、軍艦停機甲板的電磁環境更嚴酷。
[0123]2)確定飛機外部電磁環境電平EMEL#
[0124]EMEL#是進行外部電磁環境兼容安全裕度評估的基準。可用以下幾種方法確定。
[0125]用戶要求:直接採用用戶給出的數據或適航認證的要求，一般多引用一些相關平臺級電磁兼容標準中的規定，也有給出特定應用場景的具體量化指標。
`[0126]分析實測:分析飛機使用過程中可能遭遇的各種電磁環境，參考、類比以往的工程經驗，選取其中電磁環境最嚴酷的典型場景，進行現場測量統計。
[0127]仿真計算:對電磁環境最嚴酷的典型場景進行儘可能逼真、詳細地建模。凡是對電磁環境有可比擬貢獻的輻射源都要考慮，在確定它們的發射功率、頻率範圍、信號波形、天線方向性、傳播距離、極化方向等參試基礎上，用電磁波無損空間傳播距離公式、通信方程數值計算各場源的貢獻，並進行矢量疊加而合成出總電磁環境。
[0128]3)確定在設備安裝位置呈現的機身屏蔽效能FSE
[0129]工程上整體機身屏蔽效能顯得過於粗略，而受關注設備安裝位置處呈現出的機身屏蔽效能更具實用價值。所以這裡定義有無飛機時，機內某處傳感器接收信號電平比值為該點呈現的機身屏效。用以下幾種方法確定。
[0130]現場實測:對有無飛機兩種情況，在機外不同位置、方位的天線以安全等值電平輻照，以機內受關注位置處(座艙、設備艙等)接收傳感器收到的最小信號電平差為測量該地點的機身屏效參數。
[0131]仿真計算:使用電磁場仿真計算軟體包,如EM3D、CST、FEC0等,對飛機內外結構尺寸、材質，尤其是安裝關注設備的艙內結構尺寸、材質，進行儘可能逼真、詳細的建模，再選用合適的時域、頻域數值算法進行解算。
[0132]經驗分析:根據工程經驗估計，無開口的全金屬艙室的屏蔽性能最好，一般有40dB以上的屏效；有穿孔的金屬艙室的屏蔽性能次之；有窗、門的金屬或非全金屬艙室的屏蔽性能最差，一般只有IOdB以下的屏效，在諧振頻率甚至反而增強。通用機身屏效選擇原則是:
[0133]OdB屏效對應無任何屏蔽措施場景，如非導電複合材料結構區域、無屏蔽開放區域、結構電搭接無保障區域等；
[0134]6dB屏效對應很少屏蔽措施場景，如僅少量屏蔽的非導電複合材料機身的駕駛艙、機翼前後沿、起落架艙等；
[0135]12dB屏效對應有些屏蔽措施場景，如金屬飛機的帶穿艙接頭從而非全封閉電子設備艙、駕駛艙、無EMI扼流槽門窗/儀錶板附近區域，這些區域中諸如液壓管、線纜束、金屬導線槽等載流導體並非都很好電搭接至所穿過的穿艙接頭上。
[0136]20dB屏效對應中等屏蔽措施場景，如載流導體電搭接良好、電纜束貼近金屬結構走線的上述區域；
[0137]32dB屏效對應很好屏蔽措施場景,如良好全屏蔽金屬艙內。
[0138]4)確定各設備安裝位置實際電磁場電平
[0139]把飛機外部電磁環境電平EMEL#減去飛機機身屏蔽效能FSE，就得到各設備安裝位置實際電磁場電平EMEL ?。
[0140]EMEL 內=EMEL 外一FSE
[0141]5)確定各設備電磁兼容性設計控制電平
[0142]同例I的3)節。
[0143]6)符合性評估
[0144]同例I的4)節。
[0145]例3.飛機外部電磁環境安全裕度評估(高電平表面電流注入法)
[0146]試驗流程為:配置合適的受試件接地方式和接地點位置(與實際裝機狀態一致或便於試驗進行)，先進行低電平輻照，用電纜卡鉗測量設備互連電纜中的感應電流，再對飛機機身合適點注入低電平電流，調整其大小，使監測到關注設備的互連電纜上感應電流與該測量值相同，由此得到輻照場強與注入電流之間的傳輸函數。利用高低電平之間的線性關係外推標準要求的高電平輻照場下的飛機蒙皮上感應電流，這即應直接注入電流值。最後保持飛機的電流注入點、接地方式和接地點位置不變，對飛機蒙皮注入該大電流。歸納步驟如下:
[0147]I)以低電平E^hlow電磁場輻照飛機；
[0148]2)檢測關注設備所有互連電纜的感應電流，用電流鉗卡在距機箱50mm
[0149]處待測電纜上，測量其中感應電流；
[0150]3)對飛機機身合適點(常用注入/流出點對:機頭-垂尾端、機頭-左/右
[0151]平尾端、機頭-左/右機翼端、機翼端-機翼端、重點部位兩邊等)注
[0152]入低電平電流，調整其大小，使監測到關注設備的互連電纜的感應電
[0153]流I注入纜low與I)~2)的I福照纜low相同，記錄此注入電流I注low ；
[0154]4)重複以上步驟I)~3)對試驗全頻段掃描測量；
[0155]5)測量數據對單位外部輻照場歸一化IiilmZEwow ；
[0156]6)將歸一化測量數據對要求的飛機外部電磁場電平EMEL#進行線性外推
[0157]I 注 high = EMEL 外 X I 注 low/E 外 low
[0158]7)對飛機機身注入步驟6)得到的大電流Ifthigh，實現電流注入對高電平輻照的替代。繼續監測關注設備的互連電纜上感應電流，若也保持線性比例關係，則同時確認了電磁環境的等價性。[0159]例4.飛機外部電磁環境安全裕度評估(低電平耦合法)
[0160]僅以低電平電流掃描法LLSC為例進行說明。試驗流程為:配置合適的受試件接地方式和接地點位置(與實際裝機狀態一致或便於試驗進行)，先進行低電平輻照，用電纜卡鉗測量互連電纜中的感應電流，得到輻照場強與互連電纜上感應電流之間的傳輸函數。利用高低電平之間的線性關係外推標準要求的高電平輻照場下互連電纜中感應電流，即感應注入電流值。最後保持受試件的接地方式和接地點位置不變，經電纜卡鉗將對應量值電流感應注入傳導到互連電纜中。歸納步驟如下:
[0161]I)以預設低電平E#1ot電磁場輻照受試件；
[0162]2)將檢測電流鉗卡在距機箱50mm處所有互連電纜上，測量其中感應電流Ilw ；
[0163]3)重複以上步驟I)?2)對試驗全頻段掃描測量；
[0164]4)測量數據對單位外部輻照場歸一化I1ot/E#1ot ；
[0165]5)將歸一化測量數據對規範要求的高電平場強進行線性外推
[0166]Ihigh — E外highX Ilow/E外 low
[0167]對受試互連電纜通過電流卡鉗感應注入步驟5)得到的高電平能量，實現電流注入對高電平輻照的替代，完成試驗。
[0168]可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，適用於飛機內部電磁環境自兼容安全裕度評估，其特徵在於該方法包括如下步驟: (1)確認受評估系統； (2)確定各設備安裝位置實際或預期電磁環境電平； (3)確定各設備實際電磁兼容性設計控制電平； (4)符合性評估。
2.如權利要求1所述的飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，其特徵在於:確認評估系統的步驟中包括確定各飛行階段的所有飛機、系統、設備的各種工作模式，以明確飛機內部可能的最極端電磁環境，同時根據設備出現EMC問題時對飛機可能造成的後果和危害程度，對飛機遂行使命任務的影響程度、設備的功能特性、硬體的不一致性以及有關的不確定性因素，建立各設備重要性等級和對應安全裕度要求。
3.如權利要求1所述的飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，其特徵在於:確定各設備安裝位置實際或預期電磁環境電平通過現場實測得到，此方法令全部機載電子/電氣設備滿負荷工作並切換不同工作模式，考察大功率、重負載設備可能的最強發射、最快電平變化率、最快功耗/負載切換速率等極限工作狀態^ IOOMHz時，選取機頭/機身/機尾各設備艙、駕駛艙、客艙、貨艙等區域設備機箱附近空間為環境電平採樣測量點，用三軸場探頭+接收機測量關注點的掃描頻譜( 400MHz時，選取機頭/機身/機尾各設備艙、駕駛艙、客艙、貨艙等區域設備所有連接器端互連電纜為環境電平採樣測量點，用電流探頭+接收機測量關注點的掃描頻譜；以掃描頻譜的最大包絡為預期電磁環境電平。
4.如權 利要求1所述的飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，其特徵在於:確定各設備安裝位置實際或預期電磁環境電平通過分析估計確定，可以直接是系統/設備級電磁兼容試驗標準GJB15IA/152A中傳導敏感度CS、輻射敏感度RS的試驗極限電平為預期電磁環境電；或以標準中傳導敏感度CS、輻射敏感度RS的試驗極限電平為基礎值，視安裝區域情況和附近具體設備，根據以往的實際經驗，增加或減小若干量值進行合理調整。
5.如權利要求1所述的飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，其特徵在於:確定各設備安裝位置實際或預期電磁環境電平通過經驗類比得到，通過選用類似飛機設備場景的已有數據或適當修正確定。
6.如權利要求1所述的飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，其特徵在於:確定各設備安裝位置實際或預期電磁環境電平通過仿真計算得到。
7.如權利要求1所述的飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，其特徵在於:確定各設備實際電磁兼容性設計控制電平需要從電磁敏感度電平和電磁幹擾電平兩方面來考慮，由設備的EMC試驗報告提供；對於EMC達標合格設備,其電磁幹擾電平取自GJB151A中傳導和輻射的電磁發射限值，而電磁敏感度電平以設備實測值為準。
8.如權利要求1所述的飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，其特徵在於:符合性評估從設備的對外接口，包括機箱和互聯線的輻射和傳導兩方面，分別把按前述步驟獲得的各設備數據，代入以下公式即得到其傳導、輻射安全裕度符合性情況: 電磁幹擾電平預期電磁環境電平+ M 如果安全裕度M =電磁敏感度電平一預期電磁環境電平大於規定的值，則表明被評估設備/系統滿足要求。
9.一種飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，適用於飛機外部電磁環境安全裕度評估，該方法包括如下步驟: (1)確認受評估系統； (2)確定飛機外部電磁環境電平； (3)確定在設備安裝位置呈現的機身屏蔽效能； (4)確定各設備安裝位置實際電磁場電平； (5)確定各設備電磁兼容性設計控制電平； (6)符合性評估。
10.如權利要求9所述的飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，其特徵在於:根據設備出現EMC問題時對飛機可能造成的後果和危害程度，對飛機遂行使命任務的影響程度、設備的功能特性、硬體的不一致性以及有關的不確定性因素，建立各設備重要性等級和對應安全裕度要求。
11.如權利要求9所述的飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，其特徵在於:確定飛機外部電磁環境電平可直接採用用戶給出的數據或適航認證的要求，引用一些相關平臺級電磁兼容標準中的規定，也有給出特定應用場景的具體量化指標。
12.如權利要求9所述的飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，其特徵在於:確定飛機外部電磁環境電平可採用分析實測法確定，通過分析飛機使用過程中可能遭遇的各種電磁環境，參考、類比以往的工程經驗，選取其中電磁環境最嚴酷的典型場景，進行現場測量統計。
13.如權利要求9所述的飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，其特徵在於:確定飛機外部電磁環境電平可採用仿真計算確定。
14.如權利要求9所述的飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，其特徵在於:確定在設備安裝位置呈現的機身屏蔽效能可採用現場實測確定，對有無飛機兩種情況，在機外不同位置、方位的天線以安全等值電平輻照，以機內受關注位置處接收傳感器收到的最小信號電平差為測量該地點的機身屏效參數。
15.如權利要求9所述的飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，其特徵在於:確定在設備安裝位置呈現的機身屏蔽效能可採用仿真計算確定。
16.如權利要求9所述的飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，其特徵在於:確定在設備安裝位置呈現的機身屏蔽效能可採用經驗分析確定。
17.如權利要求9所述的飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，其特徵在於:確定各設備安裝位置實際電磁場電平為將飛機外部電磁環境電平減去飛機機身屏蔽效能。
18.如權利要求9所述的飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，其特徵在於:確定各設備實際電磁兼容性設計控制電平需要從電磁敏感度電平和電磁幹擾電平兩方面來考慮，由設備的EMC試驗報告提供；對於EMC達標合格設備,其電磁幹擾電平取自GJB151A中傳導和輻射的電磁發射限值，而電磁敏感度電平以設備實測值為準。
19.如權利要求9所述的飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，其特徵在於:符合性評估從設備的對外接口，包括機箱和互聯線的輻射和傳導兩方面，分別把按前述步驟獲得的各設備數據，代入以下公式即得到其傳導、輻射安全裕度符合性情況:電磁幹擾電平預期電磁環境電平+ M 如果安全裕度M =電磁敏感度電平一預期電磁環境電平大於規定的值，則表明被評估設備/系統滿足要求。
20.一種飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，適用於飛機外部電磁環境安全裕度評估，該方法包括如下步驟: (1)確認受評估系統； (2)確定飛機外部電磁環境電平； (3)建立與設備相關的回流構架； (4)注入電流定標，其包括低電平掃描輻照與等價低電平表面電流注入； (5)高電平表面電流注入法符合性驗證測試。
21.如權利要求20所述的飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，其特徵在於:注入電流定標的步驟包括配置合適的受試件接地方式和接地點位置，先進行低電平輻照，用電流卡鉗測量設備互連電纜中的感應電流，再對飛機機身合適點注入低電平電流，調整其大小，使監測到關注設備的互連電纜上感應電流與該測量值相同，由此得到輻照場強與注入電流之間的傳輸函數，利用高低電平之間的線性關係外推標準要求的高電平輻照場下的飛機蒙皮上感應電流，這即應直接注入電流值，最後保持飛機的電流注入點、接地方式和接地點位置不變，對飛機蒙皮注入該大電流。
22.—種飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，適用於飛機外部電磁環境安全裕度評估，該方法包括如下步驟: (1)確認受評估系統； (2)確定飛機外部電磁環境電平； (3)對飛機低電平掃描確定機內受試件互連電纜上感應電流或安裝處空間電磁場的傳遞函數； (4)線性外推出與飛機外部電磁環境電平對應的互連電纜上感應電流或安裝處空間電磁場量值； (5)以該高電平進行電纜電流注入或輻照，及符合性評估。
23.如權利要求22所述的飛機電磁環境安全裕度評估規程方法，其特徵在於:該方法適用頻段分LLSC1、LLSC和LLSF三種，LLSCI適用於IOKHz~飛機1st諧振頻率，LLSC適用於電纜起主要耦合作用的500kHz~400MHz，LLSF適用於機箱和電纜都有影響的IOOMHz~40GHz，此方法以實測方式建立關注的機載設備上電磁效應與飛機外部電磁環境之間的傳遞函數關係，其中LLSC1、LLSC把設備互連電纜上感應電流與歸一化飛機外部電磁環境聯繫起來，而LLSF把設備安裝處場強與歸一化飛機外部電磁環境聯繫起來，再據此傳遞函數線性外推得評估要求的飛機外部電磁環境下應該對設備施加的飛機內部電磁應力，從而進行替代間接試驗驗證 。
【文檔編號】G01R31/00GK103869191SQ201410098076
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月17日 優先權日:2014年3月17日
【發明者】方愔 申請人:中國航空無線電電子研究所