某型水陆两栖飞机特定风险HIRF分析研究
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【摘要】高强辐射场（HIRF）分析是适航取证的一项重要内容，高强辐射场（HIRF）的研究在我国还处于起步阶段，缺少适航取证经验。本文对某型水陆两栖飞机进行特定风险hirf防护分析，研究相关适航条款及法规，提出HIRF防护设计方法及适航取证内容等。
【关键词】HIRF防护；适航；合格审定
随着晶体管的发明，电子电路已经被运用到执行和保证飞机持续安全飞行和着陆的关键飞机系统中。又随着飞机外部电磁环境越来越复杂，外部的无线电发射设备的数量增加、工作方式增多，空间电磁频谱变宽、电磁场强度不断增大，使得飞机上的电子线路不仅要响应内部的电信号，也要响应外部电磁环境的电磁干扰信号的现象增多。另外2011年11月我国修订的中国民用航空规章第25部运输类飞机适航标准也增加了关机高强度辐射场的防护要求。因此研究HIRF防护设计，分析飞机电子电气系统在高强度辐射场的电磁环境中保持功能不受影响或处于可接受的状态的能力，对保证飞机安全飞行具有非常重要的意义。
1.研究背景
某型水陆两栖飞机，由于其水面起降的特点，机身下部为船身，飞机机腹外表面不能安装任何天线，电子设备的安装空间受到很大的限制，电磁环境更加复杂，飞机上安装了大量的数字式电子电气系统，更容易受高强辐射的影响。HIRF防护设计和评估试验其有效性，已经成为该型飞机研制和适航取证工作所面临的迫切需要解决的难题之一。
2.适航规章关于HIRF防护设计要求
CCAR-25-R4第25.1317条是高强度辐射场防护的要求，条款规定了申请人必须验证其功能失效会影响或妨碍飞机持续飞行和着陆的系统暴露在HIRF环境I、II，不会受到不利影响，另外，必须验证器失效会降低飞机机组和飞机应对不利运行条件的反应能力的系统，在暴露于规章中设备测试水平1、2时，不会受到不利影响[1]。
3.制定HIRF防护设计要求
为满足HIRF防护的要求，系统、分系统和设备在设计上就应具备电磁兼容性，具备高强辐射场防护能力。
某型水陆两栖飞机在研制初期，就对飞机上的电子电气设备进行电磁兼容性特性分析，制定合理的电磁兼容性控制要求和HIRF防护设计准则，控制飞机的电磁环境强度，控制关键电子电气设备免于受高强辐射场的影响，对外包产品，还应将其纳入外包产品采购技术协议或研制合同中。最终实现飞机结构能提供均匀的低阻抗通路，为电子电气设备提供必需的电磁屏蔽保护，蒙皮设计保证装配后固有放射频干扰搭接，为全机各个系统提供搭接的部位。对复合材料蒙皮，应能实现与相邻的金属蒙皮之间良好的射频搭接；对天线安装的部位，夹层的金属材料或表面金属涂层的厚度应能防止趋肤效应。
4.HIRF防护合格审定思路
飞机HIRF防护合格审定思路体包括确定要评估的系统、建立飞机外部HIRF环境、建立系统的内部环境、确定HIRF符合性验证方法和检查HIRF防护功效。
4.1 确定要评估的系统
HIRF防护重点是机上对电磁干扰敏感的关键设备和重要设备或系统。根据SAE ARP5583和FAA AC20-158的建议，某型水陆两栖飞机HIRF防护的关键电子电气系统或设备即为系统安全性评估A、B、C类的系统或设备。具体设备等级与功能失效影响程度对应关系如下：
a.设备功能失效影响程度为灾难的，为A级；
b.设备功能失效影响程度为危险的，为B级；
c.设备功能失效影响程度为主要的，为C级；
d.设备功能失效影响程度为次要的，为D级；
e.设备功能失效影响程度为无安全性影响的，为E级。
4.2 建立飞机外部HIRF环境
某型水陆两栖飞机的外部HIRF环境来自于地面站、移动站以及空中飞行器的电磁辐射，综合采用了CCAR25.1307条附录L中的表1和表2的电场强度值。
4.3 建立系统的内部环境
系统的内部环境是由飞机外部环境、飞机及系统的电磁相互作用的结果。当外部环境的磁场遇到飞机的外表面发生反射和散射后，会在飞机的内外表面的产生感应电流和充电效应。
某型水陆两栖飞机比传统的全金属蒙皮飞机在突发环境中表现更加复杂的电磁感应，其内部环境不考虑飞机自身携带的电子、电气设备的电磁场耦合影响，电场强度根据飞机结构屏蔽能力的线性衰减，选用FAA AC20-158附录1图A1-6曲线。选取示例如下：
a.由于机头部分的雷达罩为复合材料，对外部高强辐射场没有任何屏蔽保护，电场强度衰减值为0dB；
b.驾驶舱仪表板上的设备有机身的部分屏蔽保护，前端靠近风挡没有电磁屏蔽保护，设备机壳和电缆有屏蔽措施，电磁强度衰减值取6dB；
c.机身内安装在电子设备柜的设备，有机身的屏蔽保护，机壳和电缆有屏蔽保护，机壳和电缆有屏蔽措施，电场强度衰减值取12dB。
4.4 确定HIRF符合性验证方法
该飞机采用的是注入电流测试，机身内部电流的传输函数选用AC20-158附录1图A1-2曲线，机翼和尾翼电流的传递函数选用附录1图A1-5曲线。
对A类系统，最终的内部HIRF环境是由飞机外部HIRF环境I、II衰减程度决定的。需要进行设备级、系统级和飞机级的符合性验证。
对B、C类系统，内部环境参考高强度辐射场设备测试水平1或2，需要进行设备级和系统级的符合性验证。
4.5 检查HIRF防护功效
证明实际的射频磁场要比验证试验等级要低。
5.结论
HIRF防护工作是适航取证的一项重要部分，HIRF防护已经成为某型水陆两栖飞机攻关课题。HIRF防护设计贯穿了飞机系统或设备的设计、生产和使用的整个过程，建立HIRF防护管理工作程序，明确HIRF的各项工作和进度，全寿命实施飞机的HIRF防护控制，尽早发现问题，及时采取措施，将改进措施付出的代价减到最小。
参考文献
[1]中国民用航空总局，航空器高强度辐射场（HIRF）保护要求[S].AC-21-1317，2006.
[2]贾宝惠，刘东山.飞机高强度辐射场（HIRF）防护分析[J].航空制造技术，2011（8）.
[3]SAE ARP5583A，Guide to Certification of Aircraft in a High Intensity Radiated Field（HIRF）Environment，2010.
[4]Advisory Circulars20.158，The certification of aircraft electronic systemsforoperationinhirfenvironment.U.S.DepartmentofTransportation，FAA 2007（07）：30.