机载电子设备雷电防护设计

机载电子设备雷电防护设计

Airborne Electronic Equipment Lightning Protection Design

1概述

地球上平均每天约发生800万次雷电，各类飞机不可避免的要遭遇大气雷电环境。巨大的雷电能量和雷电电磁脉冲辐射使得飞行事故时有发生，如1969年，美国阿波罗12号宇宙飞船在发射升空时遭到雷击；1988年9月，越南一架客机在曼谷上空遭雷击，76人遇难；2000年6月，我国一架飞机在强雷暴环境中遭雷击失事；2009年6月，法航AF447航班A330-200型飞机在大西洋上空遭雷击失事，机上228名乘员全部遇难。国际航空界认为，通常一架固定航线的商业飞机，平均每年要遭到一次雷击。一架军用飞机，在其使用寿命周期内，平均要遭到二次雷击。

在现代航空技术中，为减轻飞机结构重量、提高飞机航电系统性能而大力发展并大量采用的先进复合材料技术和微计算机、微电子技术对雷电环境更敏感，遭到雷击时损失更大。因此，现代飞机的对雷电防护设计的要求也越来越高。

美国和欧洲等适航当局先后颁发了各类适航条例，如FAR 23部、25部、27部、29部等适航条例，就飞机的雷电防护提出了严格的要求。我国适航当局也参照欧、美飞机雷电防护体系，颁发了相应的适航条例，如CCAR 25部、29部等。这些适航条例及标准，对飞机雷电防护的要求主要归为三大类，即对飞机结构与部件、飞机燃油系统和飞机电气电子系统的雷电防护。本文重点介绍飞机电

气电子系统的雷电防护设计。

2雷电防护试验要求

目前，对机载电子设备雷电防护性能的考核一般按照DO-160E第22章――闪电间接影响试验的要求进行。

2.1试验分类及目的

试验分两组进行，分别为插针注入试验和电缆束感应试验。

其中，插针注入试验用来验证设备的耐压能力；电缆束试验用来验证当受试设备和它的配线处于相应的雷电环境下时，设备所能承受干扰的能力。

2.2试验等级

试验等级按照DO-160E要求定义，根据飞机对设备的要求由主机所确定，并需经适航审查部门认可。下面以某型产品为例对试验等级进行简单说明。（后续章节都以该项目为例进行说明）

试验等级为B2G22，该等级对应要求如下：插针注入试验用于注入的波形组为B类，插针试验测试等级为2级；电缆束感应试验用于注入的波形组为G类，电缆束感应试验中单脉冲和多脉冲试验的测试等级为2级，电缆束感应试验中多脉冲群试验的测试等级为2级。（波形组对应波形详见表1，测试等级详见表2）。

表1 波形组类别

注1：对插针注入试验，波形3频率使用1.0MHz（±20％）；

注2：对电缆束感应试验，波形3频率使用1.0MHz（±20％）和10 MHz（±20％）两种；

注3：波形2、波形3、波形4、波形5A、多脉冲波形和多脉冲群波形分别见图1、图2、图3、图4、图5和图6。

表2 测试等级

试

验

等

级

波形

插针注入试验电缆感应试验

W3

Voc/Isc

W5A

Voc/Isc

单次冲击多次冲击多脉冲群

W2

V

T

/I

L

W3

V

T

/I

L

W4

V

T

/I

L

W2

V

T

/I

L

W3

V

T

/I

L

W4

V

T

/I

L

W3

V

T

/I

L

1 100/4 50/50 50/100 100/20 50/100 50/50 100/20 25/50 60/1

2 250/10 125/125 125/250 250/50 125/250 125/125 250/50 62.5/125 150/2.5

注1：V oc为开路电压峰值；

注2：I sc为短路电流峰值；

注3：V T、I T为测试电压和测试电流，即实际值。

注4：V L、I L为限制电压和限制电流，为了防止被测设备超载。

图1 波形2（电压波形）

图2 波形3（电压/电流波形）

图3 波形4（电压波形）

图4 波形5（电压/电流波形）

图5多脉冲波形

图6 多脉冲群波形

2.3试验程序

2.3.1插针注入试验

同一类型的引脚可通过测试具有代表性的引脚来确定合格。

试验过程如下：

a)波形3：每个引脚正负极性各打10次，每两次之间的最大间隔不大于1

分钟；

b)波形5：每个引脚正负极性各打10次，每两次之间的最大间隔不大于1

分钟；

2.3.2电缆束感应试验

除测试电缆外，其余电缆都要做。

要求电缆状态与装机状态一致。

采用耦合变压器耦合雷电信号至信号线上。

试验过程如下：

a)波形2单脉冲（SS）试验：每根电缆正负向各打10次，每两次之间的最

大间隔不大于1分钟；

b)波形2多脉冲（MS）试验：每根电缆正负向各打10次，每两次之间的

最大间隔不大于1分钟；

c)波形3（1MHz）单脉冲（SS）试验：每根电缆正负向各打10次，每两次

之间的最大间隔不大于1分钟。

d)波形3（1MHz）多脉冲（MS）试验：每根电缆正负向各打10次，每两

次之间的最大间隔不大于1分钟。

e)波形3（1MHz）多脉冲群（MB）试验：每根电缆正负向各打10次，每

两次之间的最大间隔不大于1分钟。

f)波形3（10MHz）单脉冲（SS）试验：每根电缆正负向各打10次，每两

次之间的最大间隔不大于1分钟。

g)波形3（10MHz）多脉冲（MS）试验：每根电缆正负向各打10次，每两

次之间的最大间隔不大于1分钟。

h)波形3（10MHz）多脉冲群（MB）每根电缆正负向各打10次，每两次之