航空发动机点火系统电磁兼容性研究

发表时间:2020/7/22   来源:《科学与技术》2020年2月第6期   作者:王璇
[导读] 航空发动机的点火系统是其动力系统的较为核心部分

         摘要:航空发动机的点火系统是其动力系统的较为核心部分,该系统能否克服电磁干扰而正常运行,完成系统既定的控制工作内容也极为重要。本文针对航空发动机的点火系统在电磁干扰环境下的运行进行分析与研究,阐述航空发动机点火系统的运行原理,对电磁干扰性及提高其兼容的方法进行了基本论述,最后对兼容方法进行了基本验证。
         关键词:航空发动机;点火装置;电磁兼容性
0、引言
         电子技术的快速发展,使得其应用于许多高精尖领域,如航空发动机的电子控制等。电子设备在电磁环境下工作,不可避免的会受到不同电磁信号的干扰,使得系统控制信号产生偏差,这可能会导致严重的生产及安全事故,尤其是对于航空系统而言,其工作环境受到电磁干扰的因素更多,需要更为精确的控制信号,制造成本也更高,鉴于此,对设备的电磁兼容进行研究极为必要。航空发动机的点火系统是其动力端控制的核心问题,使得点火系统在复杂电磁环境下依然可以较为准确的接收并执行控制信号,也是控制的核心问题。
1、点火系统简介
         点火装置在航空发动机动力系统的核心系统,对于航空发动机而言,点火装置可以是动力系统必不可少的一个组成部分,其主要作用是在发动机启动过程中,将燃烧室中燃料点燃,以提供给系统足够的动力及功来进行发射运行。点火系统主要是由点火导线、电嘴及其他点火装置构成。点火系统在运行过程中,可将输入的低压直流电压转换成高压脉冲电压进行输出,在高压脉冲电压的作用下,燃料系统可被引燃并给航空发动机提供一定的动力,带动系统进行运转。
2、航空发动机点火系统工作原理
         航空发动机的点火系统在整体动力系统里面而言,起着极为重要的作用。点火系统的点火装置利用电容等储能器进行电压放大,可将输入的低压直流电转换成高压脉冲电压进行输出,释放出的脉冲电压可使其流经线圈等部件,由点火电缆将其引出到点火电嘴上。高压脉冲电压在经过电嘴时,以较高的频率进行放电,从而将发动机系统中的燃料等进行点燃,便可使得航空设备发射运行。
3、电磁干扰和电磁兼容
         设备在进行电子控制的过程中,比可避免的会受到电磁信号的干扰。电磁干扰是指设备在被电磁环境及信号干扰的情况下,其信号或系统受到降级影响的现象。一般而言,要形成电磁干扰,需满足三个条件,即:存在电磁干扰源、存在被电磁干扰的设备及设施、存在设备被干扰的耦合通道。干扰源广泛存在于现代电磁控制系统中,携带不同信息的电磁信号都会对被控制设备产生一定的干扰;被干扰设备即需要被控制的设备对象,其较易受到不同电磁信号的干扰,给控制端带来一定的困扰,因而我们需对其进行一定的抗干扰设计使其在实际工况条件下的工作抗干扰能力得以提升;设备在进行控制时的电磁信号是通过电路进行信号传输的,而其他信号也可通过线路对设备进行干扰,因而这也是我们对设备进行干扰设计中的一个关键节点之一。

电磁兼容是指在一定的时间、空间及一定的信号传输条件下,使得各电磁信号可以更好在传输过程中进行共存而不会彼此造成一定的干扰,对设备进行一定的电磁兼容研究极为必要。
4、点火系统电磁兼容初步试验及验证
         文章针对航空发动机的点火系统电磁兼容初步试验采用CE102进行验证。连接图包括LISN、27V直流电源、信号输入器、点火系统、衰减器以及信号接收机。27V直流电源连接于LISN上面,试验附带两条负载路,点火系统将信号通过电源线传输于LISN,信号输出通过衰减之后由接收器进行接收,便可显示出系统运行信号了。
         对航空发动机的点火装置的电磁兼容性进行相关试验,在保证点火系统正常运行的条件下,对CE102装置的电磁兼容性进行试验。在信号为10kHz~10MHz范围内对CE102装置进行考核验证,发现在该频率范围内及国军标条件下,系统带两路负载进行验证时,点火装置将信号传输于LISN时,信号接收器接收到的信号不满足于国军标要求。
5、 点火系统电磁兼容超标原因分析
         航空发动机点火系统在工作时,其工作机理是将低压直流电转换为高压脉冲电输出,便可使得系统将燃料引燃,故而航空发动机可正常运转。而将高电压脉冲进行输出时,因为脉冲信号的原因,且其以一定的频率进行放电,故使得电路中的电磁干扰信号得以增强,难以达到既定的电磁兼容目标。同时,点火装置的其他设备,如插座等为普通插座,未设置电磁屏蔽系统,故而使得这种电磁干扰性较大。为了使电路中电磁干扰减小,可将点火系统的电路进行重新设计,设计为RLC电路。在点火系统开关开断时,会在电路中形成一定的感应电动势,感应电动势的存在会阻碍电路中电流的升降,并可将电能储存到电容中,形成具有一定周期性的感应电动势,这些周期性振荡电动势使得系统对外界电磁的抗干扰能力增强。
6、提高点火装置电磁兼容性方案
  针对航空发动机在工作过程中所存在的电磁干扰问题进行讨论,电磁干扰广泛存在于航空发动机点火系统工作环境中,为了使外界电磁干扰尽可能降低,可在点火系统中加入滤波器的方式来进行。为了降低增加滤波器的工作量,使点火系统的改动较小的前提下,可在为点火系统供电的外电源线上安装滤波系统。
针对增加滤波器后点火系统的测试情况进行分析。未增加滤波器的点火系统,测试结果显示,其最大测量量为40分贝,在10kHz~80kHz频率范围内。其电磁干扰超标较多;而增加了滤波器之后的试验结果显示为最大测量值为30分贝,较未加滤波器时减小值较多,因而整体效果相对未增加滤波器时改善明显。
7、结论
航空发动机点火系统在工作时,其主要工作机理是通过将低压的直流电源输入转换为脉冲的高压电压进行输出,较高的电压可使点火装置正常运作,但是脉冲电压的一定频率输出,使得系统的抗干扰能力较弱,针对此原因,在点火系统供电线路上增设滤波装置,可以较好的将外界电磁干扰过滤掉,进而保证系统的正常运行,也使得系统整体的电磁兼容能力得以较大程度的提升。
参考文献:
[1]吴贤.电子设备机箱的电磁屏蔽特性研究[D].成都:电子科技大学,2011.
[2]涂冰峰.电磁兼容性设计的元件选择[J].科技信息,2002,36:75.
[3]鲁亮.航空发动机电子控制器机箱电磁兼容设计技术研究[D].南京:南京航空航天大学,2011.
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