專利名稱：一種飛機全機高強度輻照試驗方法
技術領域：
本發明涉及電磁兼容性試驗領域，尤其涉及一種飛機全機高強度輻照試驗的替代方法。
背景技術：
在飛機全機高強度輻照HIRF試驗中，傳統試驗方法是把寬帶高功放HPA輸出的射頻能量經天線以自由空間平面行波形式，均勻照射于飛機，并在此電磁應力條件下監測飛機的工作狀態是否符合相關規定要求。典型的HIRF應力包括模擬/數字各種調制的廣播、通信發射、連續波/脈沖等體制的雷達、自然雷電、核爆脈沖、電子戰惡意干擾等等。它們的共同特點是高能量。飛機HIRF試驗技術本質是輻照電磁場通過飛機蒙皮、門窗、機身孔縫，多種途徑透射到飛機內部，形成機內電磁小環境；該二次輻射電磁場再通過場-線/場-殼耦合(電場、磁場、遠場、近場、感應場)、線-線/線-殼/殼-殼耦合(電容性、電感性、電導性)、以及電路導線上的傳導(公共阻抗、公共地電流)等方式耦合至機內系統/設備中敏感器件，干擾設備的功能性能，最終影響飛機整體工作狀態。飛機HIRF試驗的頻率范圍覆蓋IOkHz 40GHz，頻率低于5MHz時，整架飛機都是電小尺寸，蒙皮上感應電流主要沿飛機軸線或翼展方向流動，機內次生低頻電磁場主要僅對機載設備/系統的互連電纜起作用；頻率高于IOOMHz時，機身上孔隙起主要耦合作用，機內次生電磁場對機載設備/系統的機箱和互連電纜都有影響。飛機全機高 強度輻照試驗規定，飛機應處于輻照電磁場的遠場區，這與常規EMC試驗時一致。工程中遠場區的條件是取R = 2D2/λ或R=3X 二者較大的，在低頻段實際用后一關系。IOOMHz電磁波的波長3米，對應遠場區距離為9米，該尺寸在飛機駕駛艙、設備艙等隔艙內已近極限，再大就難以做到。所以常以IOOMHz為頻率界限分別處理。EMC輻照試驗中天線發射的能量只有較小部分照射在受試件上，且其中大部分又被反射掉，最終作用與受試件中敏感元器件的能量只是很小一部分，所以費效比極其低下。開展飛機高強度輻照試驗所需的場地設施、產生高能量電磁場的特大功率放大器一般需要數百上千萬人民幣的投入；高能量電磁輻射對試驗人員的健康、生命的威脅以及對周圍電磁環境的污染是必須注重的問題；進行一次高強度輻照試驗的費用也高達十幾萬至數百萬。另外電磁波能量與傳播距離平方成反比，與試驗室I米測試距離比較，為在9米遠受試件處產生同樣場強，功放的輸出功率必須提高近100倍，這樣做代價太大甚至不能現實(況且HIRF電平遠大于試驗室的RS電平，至少目前國內還沒有滿足該要求的試驗設施)。還有受試件操作受限、試驗結果重復性較差、試驗費效比低下等難以克服的技術、經濟、安全層面的問題也不易解決。為此需要設計一種操作性強的變通替代試驗方法，使工程上得以開展試驗，并提高試驗效率降低成本。
發明內容
針對已有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種新的飛機全機高強度輻照試驗方法，該方法替代目前因條件受限無法進行的飛機全機HIRF試驗，使工程上得以開展此類試驗，并顯著提高試驗效率、降低試驗費用。本發明設計思路把飛機整體看作一碩大的電磁屏蔽殼體，機身對輻照其上的外部電磁場呈現屏蔽衰落作用，如果能求出飛機機身的電磁屏蔽效能SE，即找到飛機外加HIRF與輻照下飛機內部電磁場強之間的對應數量關系，就可以在飛機內部以能量低得多的電磁場(EM強度=HIRF - SE)輻照關注的機載系統/設備，并使其產生與飛機全機HIRF輻照同樣的電磁效應。這樣就用等價替代方法完成飛機HIRF試驗。本發明專利僅涉及IOOMHz以上頻段的試驗。本發明的目的是通過如下技術方案實現的。一種新的飛機全機高強度輻照試驗方法，包括如下步驟I)在選定合適并移走飛機的開闊場地，放置接收天線或探頭(全向)位于預定機內輻照天線的位置，置發射天線與接收天線對準并滿足遠場條件(發射天線與接收天線的間距彡3倍波長);2)以安全低電平E外lOT電磁場發射，測量、記錄接收電平E1 (dBy V/m)；3)移入飛機，盡量保持發射、接收天線或探頭(全向)的絕對、相對位置不變，并使發射天線距機身滿足遠場條件；4)以同樣的安全低電平E#1ot電磁場發射，接收天線在與傳播垂直方向上來回平行移動1/4波長距離，測量、記錄最大接收電平E2 (dBuV/m)；
5)重復以上步驟I) 4)對試驗全頻段(彡100MHz)掃描測量；6)對飛機各方位面(如機頭、艙門等敏感部位每隔45°輻照一次)，重復以上步驟I) 5);7)統計處理全部接收電平值，計算屏效為SE=Elmin — E2max (dB)8)依據規定機外HIRF電平E^hikf計算機內輻照試驗的等價電平為Erteq = E外腳—SE (dBy V/m)類似常規EMC試驗室RS試驗，在飛機內部針對關注的受試件分別施加等價電平Erteq的水平和垂直極化輻照試驗。當發射天線的發射波束寬度不能覆蓋整架飛機時，應平移發射天線，以多個位置發射來實現空間覆蓋；步驟3)中避免艙內接收天線與其它導體(艙壁、結構件、電纜束等，^ O. 5波長)平行或靠近，以不使測量接收值不切實際的低；天饋電纜至少在距天線I米內應與極化方向垂直；監測儀器等試驗輔助設備應免受電磁波輻照的影響。在飛機機身屏效的實際測量中，參考但不照搬國標GB12190-90《高性能電磁屏蔽室屏蔽效能的測量》推薦的方法。因飛機外形非簡單正則幾何面、體，難以準確計算飛機外部電磁場強度，且誤差大，所以舍棄計算方法而全部采用實測值，通過保持發射、接收電磁場的傳感器的位置和姿態，保證測量準確性。
本發明提供一種操作性強的實用等價試驗方法，替代目前因條件受限無法進行的飛機全機HIRF試驗，使工程上得以開展此類試驗，并顯著提高試驗效率、降低試驗費用。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發明作進一步的詳細說明實施例在飛機全機高強度輻照試驗中，飛機外部施加的電磁場能量通過以下3條路徑進入飛機內部①穿透飛機蒙皮把干擾傳播至機內；②通過機身上門窗、孔洞、縫隙把干擾二次輻射至機內；③經天線把干擾直接耦合入機內；進入受試件內部的干擾再繼續以下列方式影響敏感元器件 二次輻射耦合到內部設備機箱和互聯電纜上； 導線或電路上感應的干擾直接傳播、耦合至元器件上。經各條途徑進入機內的電磁場在進一步通過類似的方式耦合至機載設備內部及其關鍵元器件，最終影響設備/系統乃至飛機的功率性能。無論在平臺/系統/設備/部件哪種級別的電磁敏感度試驗中，都可以把受試件
看作一個黑盒子，任何外部電磁應力對它的影響都將也只能經其物理邊界------殼體、對
外接口從而互連電纜(含電源線)以某種形式(輻射或傳導)耦合進入內部(這里不考慮天線，實際試驗時可接假負載)，形成最終效應。飛機全機高強度輻照試驗的受試件是飛機整體，其物理邊界只有機身殼體，(運動中)沒有外接口及其互聯電纜，可以看作一個大電磁屏蔽罩。因此，如果能求出飛機機身的電磁屏蔽效能SE，即找到飛機外加HIRF與輻照下飛機內部電磁場強之間的對應數量關系，就可以在飛機內部以能量低得多的電磁場(EM強度=HIRF — SE)輻照關注的飛機內部機載系統/設備，并使其產生與飛機全機HIRF輻照同樣的電磁效應，就可認為二者等效。這樣就用等價變通替代方法完成飛機全機HIRF試驗。關鍵就是尋求飛機外部電磁場與內部電磁場之間的傳遞函數，找到它們之間的數量關系，即機身的屏蔽性能。本發明采用實際測量方法求出該屏效。飛機全機HIRF替代試驗大致分為兩步一是低電平屏效測試LLSET (LowLevelShielding Effectiveness Test), 二是等價電平福照試驗 ELIT (Equivalent LevelIllumination Test)。第一步用安全低電平測量飛機機身的電磁屏蔽效能SE,即找到飛機外加HIRF與輻照下飛機內部電磁場強之間的對應數量關系。再據規定施加的飛機外部高電平電磁場和實測的屏效，計算進行機內輻照試驗的等價電平。第二步在飛機內部針對關注的受試件進行類似常規EMC試驗室輻射敏感度RS試驗的等價電平輻照，生成全面模擬替代機外高電平輻照場下的機內電磁環境，讓受試件處于等價的電磁應力之下產生同樣的響應。歸納步驟如下1)在選定合適并移走飛機的開闊場地，放置接收天線或探頭(全向)位于預定機內輻照天線的位置，置發射天線與接收天線對準并滿足遠場條件(間距> 3倍波長)；2)以安全低電平電磁場發射，測量、記錄接收電平E1 (dBy V/m)；
3)移入飛機，盡量保持發射、接收天線或探頭(全向)的絕對、相對位置不變，并使發射天線距機身滿足遠場條件；4)以同樣的安全低電平E#1ot電磁場發射，接收天線在與傳播垂直方向上來回平行移動1/4波長距離，測量、記錄最大接收電平E2 CdB μ V/m)；5)重復以上步驟1) 4)對試驗全頻段(彡100MHz)掃描測量；6)對飛機各方位面(如機頭、艙門等敏感部位每隔45°輻照一次)，重復以上步驟I) 5);7)統計處理全部接收電平值，計算屏效為SE=Elmin - E2max (dB)8)依據規定機外HIRF電平E^hikf計算機內輻照試驗的等價電平為Erteq = E外腳一SE (dBy V/m)類似常規EMC試驗室RS試驗，在飛機內部針對關注的受試件分別施加等價電平Erteq的水平和垂直極化輻照試驗。
注意a.發射波束寬度不能覆蓋整架飛機時，應平移發射天線，以多個位置發射來實現空間覆蓋；b.步驟3)時避免艙內接收天線與其它導體(艙壁、結構件、電纜束等，^ O. 5波長)平行或靠近，以不使測量接收值不切實際的低；c.天饋電纜至少在距天線I米內應與極化方向垂直；d.監測儀器等試驗輔助設備應免受電磁波輻照的影響。
權利要求
1.一種飛機全機高強度輻照試驗方法，其特征在于，包括如下步驟1)在選定合適并移走飛機的開闊場地，放置接收天線或全向探頭位于預定機內輻照天線的位置，置發射天線與接收天線對準并滿足遠場條件二者之間的間距> 3倍波長；2)以安全低電平E#1ot電磁場發射，測量、記錄接收電平E1；3)移入飛機，保持發射、接收天線或全向探頭的絕對、相對位置不變，并使發射天線距機身滿足遠場條件；4)以同樣的安全低電平E#1ot電磁場發射，接收天線在與傳播垂直方向上來回平行移動1/4波長距離，測量、記錄最大接收電平E2 ；5)重復步驟I) 4)對大于IOOMHz的試驗全頻段掃描測量；6)對飛機各方位面重復步驟I) 5);7)統計處理全部接收電平值，計算屏效為 SE=Elmin — E2max (dB)；8)依據規定機外HIRF電平Ewikf計算機內輻照試驗的等價電平為已內網=已外1111^ — SE (dBy V/m)o
2.根據權利要求1所述的一種飛機全機高強度輻照試驗方法，其特征在于，所述發射天線的發射波束寬度不能覆蓋整架飛機時，應平移發射天線，以多個位置發射來實現空間覆蓋。
全文摘要
本發明公開了一種新的飛機全機高強度輻照試驗方法，第一步用安全低電平測量飛機機身的電磁屏蔽效能SE，即找到飛機外加HIRF與輻照下飛機內部電磁場強之間的對應數量關系。再據規定施加的飛機外部高電平電磁場和實測的屏效，計算進行機內輻照試驗的等價電平。第二步在飛機內部針對關注的受試件進行類似常規EMC試驗室輻射敏感度RS試驗的等價電平輻照，生成全面模擬替代機外高電平輻照場下的機內電磁環境，讓受試件處于等價的電磁應力之下產生同樣的響應。本發明方法替代目前因條件受限無法進行的飛機全機HIRF試驗，使工程上得以開展此類試驗，并顯著提高試驗效率、降低試驗費用。
文檔編號G01R31/00GK103033708SQ201210541488
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月13日 優先權日2012年12月13日
發明者方愔 申請人:中國航空無線電電子研究所