通勤類飛機閃電間接影響防護適航驗證方法研究

李明巧 林涵 陸明明

摘 ? 要：飛機電子/電氣系統(tǒng)易受閃電危害影響，閃電間接影響是閃電直接擊中飛機時產(chǎn)生的電磁場將在電子電氣設(shè)備或部件中感應(yīng)電壓和電流瞬變。隨著航空器越來越廣泛采用敏感的電子儀器執(zhí)行飛行關(guān)鍵/基本功能，在航空器型號合格審定過程中，閃電間接影響對航空器的影響日益受到適航當局的關(guān)注。FAA在2011年8月增加了61號修正案，增加了1306條電子和電氣系統(tǒng)閃電防護。希望本文能夠為民用航空器閃電間接影響防護驗證提供參考。

關(guān)鍵詞：閃電間接影響 ?合格審定 ?防護驗證

中圖分類號： V328 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）01（a）-0002-02

1 ?概述

隨著航空器廣泛采用敏感的電子儀器執(zhí)行飛行關(guān)鍵/基本功能，航空器持續(xù)安全飛行和著陸對電子電氣系統(tǒng)的依賴性增大，數(shù)據(jù)總線或數(shù)據(jù)處理器運行速度的加快、集成電路板密度更大和電子設(shè)備的靈敏度更高，電子電氣系統(tǒng)對閃電間接影響更加敏感。

要求航空器必須具有足夠的閃電間接影響防護能力，以防止執(zhí)行關(guān)鍵功能的航空電子系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)因閃電間接影響造成器件損壞和功能中斷進而導(dǎo)致災(zāi)難性事故。針對FAR23部[1]規(guī)章，F(xiàn)AA在2011年8月增加了61號修正案，增加了1306條——電子和電氣系統(tǒng)閃電防護。

2 ?閃電間接影響防護設(shè)計考慮

利用航空器結(jié)構(gòu)來防止閃電直接附著在設(shè)備和導(dǎo)線，對于以鋁蒙皮為主的金屬結(jié)構(gòu)，閃電能夠直接附著其上;對于復(fù)合材料組成的結(jié)構(gòu)需在外層增加一層金屬屏蔽網(wǎng)，防止閃電直接附著在其下的設(shè)備和導(dǎo)線。

電子系統(tǒng)/設(shè)備進行安裝設(shè)計時，應(yīng)考慮閃電間接影響對其產(chǎn)生的作用，盡可能將設(shè)備安裝在完全屏蔽的設(shè)備艙內(nèi)，設(shè)備的搭接通過直接的金屬與金屬的接觸來實現(xiàn);系統(tǒng)電源地、信號地就近安裝并和機殼地相連，屏蔽地盡可能連接到LRU機殼的輸入/輸出連接插頭。系統(tǒng)連線按相關(guān)要求進行選型和制造。并將電纜通道按系統(tǒng)設(shè)計，電纜敷設(shè)應(yīng)盡可能靠近金屬蒙，滿足飛機閃電間接影響防護要求。

關(guān)鍵系統(tǒng)，余度系統(tǒng)采用差異設(shè)計，主系統(tǒng)用電子系統(tǒng)，備份系統(tǒng)用機電系統(tǒng);或者余度系統(tǒng)具有不同的閃電間接影響敏感度。

3 ?閃電間接影響防護適航驗證

3.1 確定需要閃電間接影響防護的系統(tǒng)

根據(jù)FAR23.1306條款，利用系統(tǒng)功能危險性分析結(jié)果確定需要進行閃電間接影響防護的系統(tǒng)及等級。按照AC20-136[5]，系統(tǒng)功能危險性分析其失效結(jié)果類別為I（災(zāi)難的）、II（危險的）、III（主要的）的，要求進行閃電間接影響防護，其防護等級分別對應(yīng)為A類、B類、C類。此外，閃電間接影響防護等級和系統(tǒng)研制保證等級是一致的。根據(jù)ARP4754[6]，系統(tǒng)研制保證等級的分配是基于與適用的飛機級功能相關(guān)的最嚴重的失效狀態(tài)，當飛機級功能喪失的失效結(jié)果類別為I類，盡管系統(tǒng)級功能喪失的失效結(jié)果類別為II類，其設(shè)計保證等級按飛機級功能喪失的失效結(jié)果類別來對應(yīng)，既應(yīng)為A類。

A類系統(tǒng)分成A類控制系統(tǒng)和A類顯示系統(tǒng)：當駕駛員不作為系統(tǒng)工作環(huán)節(jié)的一部分完成系統(tǒng)功能時，這類系統(tǒng)為A類控制系統(tǒng);當駕駛員通過與系統(tǒng)進行信息交流而變?yōu)橄到y(tǒng)工作環(huán)節(jié)的一部分時，這類系統(tǒng)為A類顯示系統(tǒng)。

3.2 確定航空器內(nèi)的實際瞬變電平（ATL）

AC20-136規(guī)定只有A類系統(tǒng)在驗證符合性過程中需要航空器的內(nèi)部閃電環(huán)境，根據(jù)AC20-136A中圖4，有4種方法確定航空器內(nèi)部的實際瞬變電平（ATL）：航空器試驗確定、分析確定、相似性評估確定和僅適用于A類顯示系統(tǒng)的、利用DO160[7]第22章的指導(dǎo)來確定A類系統(tǒng)的ETDLs。

新航空器，若安裝A類控制系統(tǒng)，則必須通過航空器級試驗確定航空器內(nèi)部的實際瞬變電平。航空器級試驗有多種方法：低電平掃頻試驗、低電流脈沖試驗、高電流脈沖試驗。如果航空器上安裝的是A類顯示系統(tǒng)，則可以利用DO160第22章規(guī)定來確定A類系統(tǒng)的ETDLs。

通過分析確定飛機內(nèi)部的實際瞬變電平時，分析方法有：有限元分析法、時域有限差分法、傳輸線建模法等。分析方法的使用需要獲得適航當局的認可。

通過相似性評估來確定航空器內(nèi)部的實際瞬變電平時，要求已取證的航空器和系統(tǒng)安裝與將要取證的航空器和系統(tǒng)安裝只有微小的不同，已取證的航空器在其運行期間沒有與閃電間接影響有關(guān)的問題需要解決。

3.3 確定設(shè)備瞬變設(shè)計電平（ETDL）

設(shè)備瞬變設(shè)計電平規(guī)定了設(shè)備沒有受到不利影響、可以容忍的瞬變波形和電平。按照DO160G第22章確定系統(tǒng)/設(shè)備的ETDLs。瞬變設(shè)計電平包含插針試驗波形設(shè)置、插針試驗等級、電纜束試驗波形設(shè)置、電纜束單脈沖或多脈沖試驗等級、電纜束多脈沖群試驗等級。

波形設(shè)置與飛機結(jié)構(gòu)有關(guān)，當瞬態(tài)感應(yīng)源是由飛機上的孔引起的，則波形設(shè)置選擇A、C、E、G、J;當瞬態(tài)感應(yīng)源是由飛機上的結(jié)構(gòu)電阻引起的，則波形設(shè)置選擇B、D、F、H、K。具體地，A和B用于進行插針通電試驗;C到F用于進行電纜束單次脈沖沖擊試驗;G到K用于進行電纜束單次、多次脈沖沖擊和多脈沖群沖擊試驗

對于A類系統(tǒng)/設(shè)備ETDLs試驗等級的確定方法見下DO-160 22章的級別表1。

對于B/C類系統(tǒng)/設(shè)備ETDLs，可以使用DO160G第22章的規(guī)定，選擇合適的試驗等級。多數(shù)B類系統(tǒng)使用第3級，若系統(tǒng)設(shè)備及連線安裝在嚴酷閃電瞬變區(qū)域內(nèi)，則使用第4級或第5級。多數(shù)C類系統(tǒng)使用第2級，如果系統(tǒng)設(shè)備及連線安裝在嚴酷閃電瞬變區(qū)域內(nèi)，則使用第3級。

4 ?閃電間接影響防護符合性驗證

A類系統(tǒng)：設(shè)備按DO-160G中的22章要求進行設(shè)備的ETDLs合格鑒定試驗外，還應(yīng)在試驗室進行系統(tǒng)級ETDLs的鑒定試驗：其中，針注入和單個雷擊的試驗按照DO-160G第22章進行;多雷擊和多波群試驗按照ARP5416[8]進行。且試驗電纜應(yīng)與飛機上的電纜一致。系統(tǒng)級試驗過程中，系統(tǒng)關(guān)鍵/重要功能沒有受到不利影響，主要功能如受到不利影響，則在施加的干擾取消后，主要功能恢復(fù)。A類顯示系統(tǒng)，系統(tǒng)通過了系統(tǒng)級的閃電間接影響試驗就表明系統(tǒng)滿足航空器的閃電間接影響防護要求;A類控制系統(tǒng)，系統(tǒng)通過閃電間接影響試驗，且系統(tǒng)級ETDLs試驗電平大于航空器內(nèi)部的瞬變電平ATLs才表明系統(tǒng)滿足航空器的閃電間接影響防護要求。

對于B、C類設(shè)備，按DO-160第22章要求進行試驗，試驗通過就表明B、C類設(shè)備滿足航空器的閃電間接影響防護要求。

5 ?結(jié)語

現(xiàn)行的FAR23/25/27/29和CCAR相關(guān)規(guī)章中，提出的關(guān)于閃電間接影響防護的要求是相似的。本文主要介紹了閃電間接影響防護適航驗證方法。希望能夠為其它民用航空器閃電間接影響防護驗證提供參考。

參考文獻

[1] FAR23部.正常類、實用類、特技類和通勤類飛機適航規(guī)定[Z].

[2] FAR25部.運輸類飛機適航規(guī)定[Z].

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[5] AC20-136.Aircraft Electrical and Electronic System Lightning Protection[Z].

[6] ARP4754.高度綜合和復(fù)雜飛機系統(tǒng)合格審定需要考慮的問題[Z].

[7] DO-160G.機載設(shè)備環(huán)境試驗條件和程序[Z].

[8] SAE ARP5416.航空器閃電試驗方法[Z].