飞机燃油箱线路设计研究

1固有安全线路屏蔽

燃油箱内的固有安全线路必须考虑由闪电、HIRF、EMI产生的电瞬态的影响，同时还要考虑电缆由于腐蚀、破损、老化等因素而引起的潜在故障。此外，对于评估固有安全线路由于环境等因素产生电瞬态影响时，燃油箱外的电缆也同样需要考虑其敷设、屏蔽和隔离，因为该类电瞬态可能在油箱外产生并通过电缆、电连接部件耦合到油箱内。值得指出的是由于闪电、HIRF、EMI等环境产生的电瞬态同样可能导致电弧、电火花等点火源，所以需要对固有安全线路进行闪电、HIRF、EMI的屏蔽防护并进行分析验证。必须对固有安全线路进行屏蔽防护，同时需要考虑屏蔽防护潜在失效的故障模式。该失效模式通常是由于磨损、腐蚀、老化等因素导致的，所以在设计固有安全线路方面需要考虑对屏蔽状态的监控功能，同时需要对线路维护上提出对应的维修任务要求，从多个方面确保固有安全线路的安全水平。据此，民用飞机燃油箱系统固有安全线路的屏蔽防护通常采用图1的设计方案。也就是说，对于燃油油箱测量整个线路均采用屏蔽并独立敷设，并且FQC监控经油箱的屏蔽线。此外，FQC的安装应尽可能地接近油箱，同时FQC应具备瞬态抑制功能，这样便可最大限度地避免外部干扰。

2固有安全线路分析验证

2.1分析验证基础

由于绝大部分燃油箱固有安全线路安装在油箱内，为了验证FQIS线路上电弧、电火花以及闪电、HIRF等产生的电瞬态影响满足固有安全的限制，需要在试验数据的基础上，对流经燃油量传感器电缆的瞬态电流进行理论计算。以闪电间接效应为例，探讨燃油箱固有安全线路设计验证方法。假设民用飞机闪电间接效应的概率为1，全机闪电间接效应试验是将FQIS线路断开（即FQC与燃油箱传感器线路断开），通过选取典型的测试点检测FQC线路上感应的瞬态电压和电流，即在FQIS线路上闪电瞬态电压电流是基于线路无负载的状态下测试纯导线的电流值和FQC设备端的电压值，基于闪电间接效应试验的开路电压计算分析带燃油量传感器负载后的瞬间电流。具体而言，根据DO160提到的插针注入式测试方法，检测FQC端闪电间接效应的开路电压和短路电流。所谓插针注入试验[5]是一种借以将所选瞬变（电压、电流）直接施加在瞬变发生器的连接器插针和设备机壳地之间，用于评估设备接口电路电介质耐压和损坏容限。这里，试验注入信号的电平为标准闪电波形电平的1/100，因此实际闪电环境数据是测试数据的100倍。

2.2计算分析

飞机闪电间接效应试验中燃油量传感器线路图可将燃油传感器电路简化为图2所示，为了简化计算做出如下假设（：1）整个飞机为理想导体，且等电势；（2）在闪电频段内，相对于燃油量传感器阻抗来说，设备地与飞机主结构之间的阻抗很小，在进行仿真计算时可将两者视为同一个地。如图2所示，由于13孔为燃油量传感器的公共端，5孔的电压为单个传感器感应燃油量的测量电压，那么试验中所测得开路电压应该大于接上燃油量传感器后的电压，因此在计算中将开路电压作为燃油量传感器的端口电压进行计算。按照DO-160中给出的插针式测试方法，检测FQC电缆的开路电压，根据试验结果可以看出测试数据最大峰值为20mV，由于模拟瞬态电平是实际闪电瞬态电平的1/100，经等比例放大后可得在闪电间接效应下燃油量传感器的开路电压为2V（1∶100）。燃油量传感器为可变电容式传感器，估算流经传感器电缆上的电流时，可将一个幅值和频率均大于上图曲线的电压函数作为传感器两端的电压。则传感器电缆上的电流可以计算出来。

3总结

对于进入燃油箱的固有安全线路的设计需要严格限制瞬态电能的能量，所以对燃油箱固有安全线路的保护采取非相似性的设计，即在线路敷设、屏蔽、隔离方面进行保护，同时在线路上设置具有瞬态抑制功能的设备。而瞬态电能是在带负载的条件下产生的，仅仅采用试验的方法是无法验证其是否符合瞬态电能要求的，所以本文在试验的基础上，采用等效建模的分析方法来计算分析固有安全线路是否满足要求。

作者：陈卓 李庆南 单位：上海飞机设计研究院电气系统设计研究部