浅谈航空发动机电气系统技术

浅谈航空发动机电气系统技术

赵平,付达,崔雪

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司，黑龙江哈尔滨，150066

摘要：本文对航空发动机电气系统技术进行了较为系统的研究，对电气系统的可靠性、轻量化技术进行了阐述和分析，同时对电磁兼容性及提高电气系统抗干扰能力的关键技术进行了重点论述。

关键词：发动机电气系统电磁兼容屏蔽

1引言

航空发动机电气系统是由大量相互联系的组件构成，其功能和作用贯穿于发动机冷运转、起动、慢车、起飞、巡航等整个运行过程。发动机各系统间的电气连接就好比发动机的神经，随着电气、电子技术的迅速发展，电磁环境也日趋复杂，如何使安装在发动机上的各种电气附件克服高温、高压、高速旋转的恶劣环境条件并可靠工作而又不互相干扰，使电气系统的高可靠、轻量化和抗干扰等技术得到突破和达到良好状态，是航空发动机电气设计人员应该研究和值得探索的课题。

本文结合国内外航空发动机电气系统设计技术的发展趋势，并结合长期电气系统设计的经验，就航空发动机电气系统的技术进行阐述与分析。

2 电气系统可靠性

航空发动机电气系统是由大量互相联系的组件构成，其功能和作用贯穿于发动机冷运转、起动、慢车、起飞、巡航等整个运行过程。发动机各系统间的电气连接就好比发动机的神经，可靠工作的发动机是通过各部件、电气及控制系统等的可靠工作来保证的。

在整机试验、部分部件试验过程中，电气系统常会出现由于产品内部电子元器件故障、绝缘性能降低、导线短路断路、线路虚焊脱焊、绕组击穿、漏油、膜片损坏、线路连接不可靠等原因引发故障，寻求其中根本原因发现有的是设计不合理，有的是制造加工存在问题。

为了有效地提供产品的可靠性须把可靠性工作的主要项目安排在整个产品寿命周期内，尤其在产品研制阶段。在设计、制造与加工、试验、使用及维护过程中采取相应的技术及组织管理措施，对其进行严密的监控，才能达到预期的目的。

3 电气系统轻量化技术

在航空发展史上，不降低零部件性能的前提下，降低重量一直是研究的重点，更加先进的传感器技术、通信技术、复合材料技术等正在快速发展、广泛应用，因此，关注当前的新型技术、引进新型技术在研究中变得尤为重要。在电气附件轻量技术研究中可以从以下几个方面入手：

a)总线技术研究

目前常规的发动机数据采集系统使用点对点测控的方式，具有传感器分布范围大，采集点众多、布线困难、接线复杂、成本高等特点。而现场总线是连接现场设备和控制系统之间的一种开放、全数字化、双向传输、多分支的通信网络。

基于总线的网络测控系统，使用若干个现场监控节点用来采集信号、信号调理、驱动执行机构等，其功能根据要求设计并实现，通过配置一个或多个适配器节点，实现总线上的信息与控制设备的通信。总线技术的使用能优化传统的点对点采集控制方式，使系统硬件设计得以极大简化，安装调试方便，易于实现标准化、模块化。

b)光纤传感器技术研究

光纤传感器是一类与电类传感器并行、互补的新型传感器。光纤传感技术代表了新一代传感器的发展趋势，它集材料、光电子、信息、光机电一体化、物理、化学、计算机等多学科交叉与多种技术于一体而形成的一种高新技术领域。具有以下突出优点：尺寸小、重量轻；带宽宽、灵敏度高；信号传输距离远；绝对测量且现场无须标定；易于埋入材料内部，对温度、压力、加速度进行高精度、准分布式测量。

基于光纤技术的传感器以上一系列的优点，能很好地弥补传统传感器的不足，现今，随着光电子学以及光纤通信的快速发展，使得光纤传感器和光纤仪器已经从实验室试验研究阶段扩展到了现场实际应用场合，在航空航天领域已开始应用。今后，总线通讯需要的适配器、光纤传感器需要的调节设备会朝着小型化、集成化、轻型化的方向发展。因此，在航空航天领域使用的范围也会越来越广。

c)复合材料技术研究

复合材料是使用两种或两种以上的不同物质以不用方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，因此具有重量轻、强度高、耐腐蚀等特性，已逐渐取代金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子领域。随着科技的发展，复合材料的性能越来越优越，现今，先进的复合材料的性能已开始优于铝合金材料，在航空航天领域复合材料的使用已经越来越广泛。基于复合材料的自身优势，航空发动机上的电连接器外壳已开始采用复合材料，使用复合材料研制电连接器的外壳较完全使用铝合金材料的外壳轻30%。

d)先进的设计理念

集成技术已成为当今设计的主流方向，大量使用集成技术，能有效减轻重量、提高可靠性、减少产品体积等。目前发动机数据采集系统使用点对点的测控方式，而发动机上的电气附件也是相互独立的元器件，先进的发动机设计，以减轻重量、减少油耗、增加性能为前提，因此，可使用集成化设计思想进行电气附件轻量化的研究，此外，分析已有发动机的电气附件，为研究该发动机电气附件的轻量化提供依据。

4电磁兼容性

随着电气、电子技术的迅速发展，电磁环境日趋复杂，电磁干扰和电磁兼容问题日渐突出，有干扰就必须抑制，否则系统就无法正常工作。现代工业和生活中几乎所有的用电设备都要解决电磁兼容问题。同样，在航空发动机电气系统设计中，如何使处在同一环境下的各种电气附件能够正常工作而又互不干扰，到达所谓的电磁兼容状态是航空发动机电气设计人员必须研究和解决的技术问题。通常所说的电磁兼容是指电气、电子设备或系统的一种工作状态，在这种工作状态下，它们不会因为内部或彼此间存在电磁干扰而影响正常工作。电磁兼容性则是指电气、电子设备或系统在预期的电磁环境中按设计要求能正常工作的一种能力。

4.1电磁干扰来源

一是来自各电气附件在传输信号时相互之间产生的干扰；

二是来自电气系统外部的各种电磁辐射对电气系统产生的干扰；

三是电气系统本身某些附件在工作过程中会产生电磁辐射（如开关闭合与断开，起动发电机及点火系统工作时会产生电磁干扰波和火花放电）。因此，电磁干扰是发动机电气系统工作过程中最为常见的干扰源，也是导致故障发生的主要来源。

4.2有效解决电磁干扰

降低电磁干扰有效途径如下：电磁干扰，必须具备电磁干扰源、耦合途径、敏感设备这三个因素。所以，在解决电磁干扰问题时，要从这三个因素入手，对症下药，消除其中某一因素，就能解决电磁兼容问题干扰。

4.2.1完善线路设计

在干扰源处或在受影响的接收机处或沿耦合途径都可以采取防护措施。在干扰源处抑制干扰是很有效的。选择干扰小的元器件，采用良好的电路设计和完好的屏蔽等，可以阻止或减小产生干扰信号，并把它封闭在干扰源内。在设计接收机电路时可以使用一些特殊电路来降低干扰。

应设计和选用自身发射小、抗干扰能力强的电子线路（包括集成电路）作为电子设备的单元电路。

4.2.2根据电磁环境决定防护措施

是否能形成干扰是由时域、空域、频域、量值等因素的巧合决定的。因此要具体分析电磁环境，关注那些容易产生干扰、工作频率比较接近的设备，找出易受干扰影响的线路或设备，从电路、结构、工艺、安装等方面确定必要的防护措施，求得最佳费效比。

4.2.3屏蔽

用屏蔽体将干扰源包围起来可以防止干扰。电磁场通过空间向外传播，反之，用屏蔽体将感受器包封就可以使传感器免受外界空间电磁场的影响。屏蔽技术虽然能有效的中断近场感应和远场辐射等电磁干扰的传播通道，但它有可能使设备的通风散热困难。维修不便并导致重量、体积和成本等增加。所以设计人员权衡利弊，采用合理的措施，以最佳费效比来满足电磁兼容要求。

4.2.4接地

在电子设备中，接地是抑制噪声和防止干扰的重要措施之一。设计中如能周密地设计地线系统，把地线、滤波和屏蔽正确地结合使用，往往事半功倍，有效提高设备的电磁兼容性。

4.2.5合理布局

合理布局包括系统、设备内各单元之间的相对位置和电缆走线等，基本原则是使感受器和干扰源尽可能远离，输入与输出口妥善分隔。高电平电缆及脉冲引线与低电平电缆分别铺设，通过合理布局使相互干扰减小到最小程度而花费不多。

5 结论

航空发动机电气系统的可靠性、轻量化和抗干扰技术本身就涉及发动机的可靠性、安全性设计，在这方面的设计一直处在探索、实践阶段，前进中必然会有一些新的问题等待我们去研究、分析、解决。

参考文献

[1] 航空电子系统的发展历程及趋势陈因华空军装备  2003年.

[2] 电磁兼容原理及应用 林福昌，李化  机械工艺出版社  2009年.