飞机电磁环境安全裕度评估规程方法技术

本发明专利技术揭示一种飞机电磁环境安全裕度评估规程方法，是基于外部电磁环境EME应力对EUT产生的等价电磁效应和/或EUT功能性能的等价响应的若干变通等价试验方法，主要包括如下步骤：（1）确认受评估系统；（2）确定飞机外部电磁环境电平；（3）选用合适的方法确定外部电磁环境与内部关注点处电磁环境的传递函数；（4）依传递函数确定关注点实际电磁场电平；（5）确定各设备电磁兼容性设计控制电平；（6）符合性评估。本发明专利技术通过上述的方法，对飞机电磁环境安全裕度评估工作具有规范化作用，操作性强，具有很好的实用指导性，能显著提高工程上进行此类评估的工作效率、降低费用。

【技术实现步骤摘要】
飞机电磁环境安全裕度评估规程方法
本专利技术涉及应用于飞机的电磁兼容性试验，特别是指飞机电磁环境安全裕度评估规程方法。
技术介绍
在飞机研制阶段尤其是定型之前，需要就飞机对实际使用遭遇的外部电磁环境的适应性，以及飞机对此具备的安全裕度进行评估。它包括机载设备、系统、全机各层面的确认和验证工作，既需要有一套全面细致的工作程序周密规划指导，也依赖相应的完整技术文档、数据计算分析、试验实测结果的支撑。航空器适航取证文件、相关技术标准中一般只规定了电磁环境安全裕度的要求，即在什么电磁环境条件下飞机应如何表现，具体就是在恶劣电磁环境(用每米若干伏特电场强度来度量)下保持怎样功能和性能，而没有给出可操作的验证规程。因此按电磁兼容领域常规的做法，就是按定义要求直接对飞机进行高场强辐射照射HIRF试验。但是飞机电磁环境安全裕度试验涉及的高能量辐射电平量值远超出目前工业界实际试验能力水平，即用传统试验方法难以满足这些规定，业内迫切需要寻求并研究出一些较简易可行的替代方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种飞机电磁环境安全裕度评估规程方法，用以解决现有方式试验成本与产品研发成本过高的问题。为实现上述目的，本专利技术提出一种飞机电磁环境安全裕度评估规程方法，适用于飞机内部电磁环境自兼容安全裕度评估，该方法包括如下步骤：(1)确认受评估系统；(2)确定各设备安装位置实际(或预期)电磁环境电平；(3)确定各设备实际电磁兼容性设计控制电平；(4)符合性评估。依据上述主要特征，其中确认评估系统的步骤中包括确定各飞行阶段的所有飞机、系统、设备的各种工作模式，以明确飞机内部可能的最极端电磁环境，同时根据设备出现EMC问题时对飞机可能造成的后果和危害程度，对飞机遂行使命任务的影响程度、设备的功能特性、硬件的不一致性以及有关的不确定性因素，建立各设备重要性等级和对应安全裕度要求。依据上述主要特征，确定各设备安装位置实际或预期电磁环境电平通过现场实测得到，此方法令全部机载电子/电气设备满负荷工作并切换不同工作模式，考察大功率、重负载设备可能的最强发射、最快电平变化率、最快功耗/负载切换速率等极限工作状态；f≥100MHz时，选取机头/机身/机尾各设备舱、驾驶舱、客舱、货舱等区域设备机箱附近空间为环境电平采样测量点，用三轴场探头+接收机测量关注点的扫描频谱；f≤400MHz时，选取机头/机身/机尾各设备舱、驾驶舱、客舱、货舱等区域设备所有连接器端互连电缆为环境电平采样测量点，用电流探头+接收机测量关注点的扫描频谱；以扫描频谱的最大包络为预期电磁环境电平。依据上述主要特征，确定各设备安装位置实际或预期电磁环境电平通过分析估计确定，可以直接系统/设备级电磁兼容试验标准GJB151A/152A中传导敏感度CS、辐射敏感度RS的试验极限电平为预期电磁环境电；或以标准中传导敏感度CS、辐射敏感度RS的试验极限电平为基础值，视安装区域情况和附近具体设备，根据以往的实际经验，增加或减小若干量值进行合理调整。依据上述主要特征，确定各设备安装位置实际或预期电磁环境电平通过经验类比得到，通过选用类似飞机设备场景的已有数据或适当修正确定。依据上述主要特征，确定各设备安装位置实际或预期电磁环境电平通过仿真计算得到，通过使用大型电磁场仿真计算软件包，如EM3D、CST、FECO等，对机身内部结构尺寸、材质，机舱内敷设互连电缆的尺寸、走向、材质，机载设备的安装位置、尺寸、材质，设备的电性能等评估对象、环境、边界条件进行尽可能逼真、详细的建模，再选用合适的时域、频域数值算法进行解算得出结果，简化计算时可先考虑带天线的收发信机，由发射机辐射功率、接收机接收灵敏度、收发天线方向图及间距、收发频率和带宽，计算收发基波、谐波之间可能存在的相互干扰影响；再考虑发射机对其它设备，根据发射机发射功率、发射天线方向图、发射天线至关注设备安装位置、机身屏蔽效能，利用通信距离方程计算出发射信号对关注设备的影响。依据上述主要特征，确定各设备实际电磁兼容性设计控制电平需要从电磁敏感度电平和电磁干扰电平两方面来考虑，由设备的EMC试验报告提供；对于EMC达标合格设备，其电磁干扰电平取自GJB151A中传导和辐射的电磁发射限值，而电磁敏感度电平以设备实测值为准。依据上述主要特征，符合性评估从设备的对外接口，包括机箱和互联线的辐射和传导两方面，分别把按前述步骤获得的各设备数据，代入以下公式即得到其传导、辐射安全裕度符合性情况：若：电磁干扰电平≤实际(或预期)电磁环境电平－3dB电磁敏感度电平≥实际(或预期)电磁环境电平+M要求这时，实际安全裕度M实际＝电磁敏感度电平－实际电磁环境电平如果实际安全裕度M实际大于安全裕度规定值M要求，则表明被评估设备/系统满足要求。为实现本专利技术目的，本专利技术提出另一种飞机电磁环境安全裕度评估规程方法，适用于飞机外部电磁环境安全裕度评估，该方法包括如下步骤：(1)确认受评估系统；(2)确定飞机外部电磁环境电平；(3)确定在设备安装位置呈现的机身屏蔽效能；(4)确定各设备安装位置实际电磁场电平；(5)确定各设备电磁兼容性设计控制电平；(6)符合性评估。依据上述主要特征，其中根据设备出现EMC问题时对飞机可能造成的后果和危害程度，对飞机遂行使命任务的影响程度、设备的功能特性、硬件的不一致性以及有关的不确定性因素，建立各设备重要性等级和对应安全裕度要求。依据上述主要特征，确定飞机外部电磁环境电平EMEL外可直接采用用户给出的数据或适航认证的要求，一般多引用一些相关平台级电磁兼容标准中的规定，也有给出特定应用场景的具体量化指标。依据上述主要特征，确定飞机外部电磁环境电平EMEL外可采用分析实测法确定，即通过分析飞机使用过程中可能遭遇的各种电磁环境，参考、类比以往的工程经验，选取其中电磁环境最严酷的典型场景，进行现场测量统计。依据上述主要特征，确定飞机外部电磁环境电平EMEL外可采用仿真计算确定，即对电磁环境最严酷的典型场景进行尽可能逼真、详细地建模。凡是对电磁环境有可比拟贡献的辐射源都要考虑，在确定它们的发射功率、频率范围、信号波形、天线方向性、传播距离、极化方向等参试基础上，用电磁波无损空间传播距离公式、通信方程数值计算各场源的贡献，并进行矢量叠加而合成出总电磁环境。依据上述主要特征，确定在设备安装位置呈现的机身屏蔽效能可采用现场实测确定，对有无飞机两种情况，在机外不同位置、方位的天线以安全等值电平辐照，以机内受关注位置处(座舱、设备舱等)接收传感器收到的最小信号电平差为测量该地点的机身屏效参数。依据上述主要特征，确定在设备安装位置呈现的机身屏蔽效能可采用仿真计算确定，如使用电磁场仿真计算软件包，如EM3D、CST、FECO等，对飞机内外结构尺寸、材质，尤其是安装关注设备的舱内结构尺寸、材质，进行尽可能逼真、详细的建模，再选用合适的时域、频域数值算法进行解算。依据上述主要特征，确定在设备安装位置呈现的机身屏蔽效能可采用经验分析确定，即根据工程经验估计，无开口的全金属舱室的屏蔽性能最好，一般有40dB以上的屏效；有穿孔的金属舱室的屏蔽性能次之；有窗、门的金属或非全金属舱室的屏蔽性能最差，一般只有10dB以下的屏效，在谐振频率甚至反而增强，通用机身屏效选择原则是：0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞机电磁环境安全裕度评估规程方法，包含适用于飞机内部电磁环境自兼容安全裕度评估的方法，步骤如下：(1)确认受评估系统；(2)通过现场实测确定各设备安装位置实际电磁环境电平EMEL内；(3)从电磁敏感度电平和电磁干扰电平两方面来确定各设备实际电磁兼容性设计控制电平,(4)符合性评估；其中，所述现场实测为，令全部机载电子/电气设备满负荷工作并切换不同工作模式，考察包含大功率、重负载设备可能的最强发射、最快电平变化率、最快功耗/负载切换速率的极限工作状态；频率f≥100MHz时，选取机头/机身/机尾各设备舱、驾驶舱、客舱、货舱区域设备机箱附近空间为环境电平采样测量点，用三轴场探头和接收机测量环境电平采样测量点的扫描频谱；频率f≤400MHz时，选取机头/机身/机尾各设备舱、驾驶舱、客舱、货舱区域设备所有连接器端互连电缆为环境电平采样测量点，用电流探头和接收机测量环境电平采样测量点的扫描频谱；以扫描频谱的最大包络为实际或预期电磁环境电平；所述符合性评估从设备的对外接口，包括机箱和互连电缆的辐射和传导两方面，分别把按前述步骤获得的各设备数据，代入以下公式即得到其传导、辐射安全裕度符合性情况：若：电磁干扰电平≤实际电磁环境电平－3dB电磁敏感度电平≥实际电磁环境电平+M要求这时，实际安全裕度M实际＝电磁敏感度电平－实际电磁环境电平如果实际安全裕度M实际大于安全裕度规定值M要求，则表明被评估设备/系统满足要求。...

【技术特征摘要】
1.一种飞机电磁环境安全裕度评估规程方法，包含适用于飞机内部电磁环境自兼容安全裕度评估的方法，步骤如下：(1)确认受评估系统；(2)通过现场实测确定各设备安装位置实际电磁环境电平EMEL内；(3)从电磁敏感度电平和电磁干扰电平两方面来确定各设备实际电磁兼容性设计控制电平,(4)符合性评估；其中，所述现场实测为，令全部机载电子/电气设备满负荷工作并切换不同工作模式，考察包含大功率、重负载设备可能的最强发射、最快电平变化率、最快功耗/负载切换速率的极限工作状态；频率f≥100MHz时，选取机头/机身/机尾各设备舱、驾驶舱、客舱、货舱区域设备机箱附近空间为环境电平采样测量点，用三轴场探头和接收机测量环境电平采样测量点的扫描频谱；频率f≤400MHz时，选取机头/机身/机尾各设备舱、驾驶舱、客舱、货舱区域设备所有连接器端互连电缆为环境电平采样测量点，用电流探头和接收机测量环境电平采样测量点的扫描频谱；以扫描频谱的最大包络为实际或预期电磁环境电平；所述符合性评估从设备的对外接口，包括机箱和互连电缆的辐射和传导两方面，分别把按前述步骤获得的各设备数据，代入以...

【专利技术属性】
技术研发人员：方愔，侯典国，胡超，王庆国，周伟，陶志杰，徐荟翎，马琼，徐琪皓，孙文静，吴藻菡，
申请(专利权)人：中国航空无线电电子研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31