飞机的静电防护技术.ppt

第四章飞机的电磁干扰的控制和静电放电防护技术,现代飞机新技术的应用，及先进的弱电子技术的应用，给飞机大型化、远程化和高度自动化创造了条件。但是也带来了两个方面的问题：一、许多系统存在着复杂的电磁干扰现象，还有自然界产生的一些电磁效应，影响飞机系统工作的可靠性。二、静电放电对飞机的影响也很严重。会危及飞机的静电放电敏感器件，危及设备的安全，甚至造成设备永久性的损坏。,概述,电磁干扰对飞机的电气、电子设备及电磁设施工作的性能有直接的关系,常常会例如飞机发动机点火系统产生的高频电磁振荡，直流电机的电刷与换向器之间产生的火花，以及开关电器触点间隙中发生的火花放电，会对飞机的无线电通信产生干扰；开关式稳压电源产生的高频浪涌噪声，变速恒频交流电源系统中的逆变器产生的电磁噪声等均会对飞机各个系统产生干扰。特别是计算机广泛应用于飞机系统中，对计算机的电磁干扰控制问题尤为突出。如继电器这种在飞机系统中用得很多的控制元件，当它工作时，触点通断所产生的瞬态电磁脉冲便可使计算机工作不正常。不仅飞机上许多系统存在着电磁干扰现象，自然界产生的雷电噪声、大气噪声和宇宙噪声等的一些电磁效应，也会对飞机系统产生电磁干扰。本章重点分析有关静电防护的知识。,第五节静电放电防护技术,在民航飞机维修实践中，主要有两类容易由静电放电引发的设备故障、威胁人身安全或影响飞行安全。一类是由于飞机在飞行过程中由沉积起电和静电感应产生的高压大电流的静电放电。另一类是由人体所穿着的各类容易产生静电的衣物等原因产生的静电对机载静电敏感设备的破坏。,一、飞机结构的静电的产生及其防护技术,（一）飞机结构中静电荷的产生及危害飞机在飞行期间，在其结构中会累积起静电荷。这些静电荷的产生有两方面的原因：1沉积起电飞行过程中，机身与空气中的雨滴、雪花、冰晶、沙尘、烟雾及其他大气污染物等粒子流发生撞击和摩擦时会引起一种所谓的沉积起电，粒子流中的静电荷就建立在飞机的外表面。,2静电感应当飞机飞入某些类型的云所形成的静电场时，在飞机中产生感应电荷。静电感应可以产生1千万伏电压和可能的数千安培的电流通过飞机。不管飞机是以何种方式获得静电荷，它与大气间造成的电位差会产生放电。由于飞机各分离零件以及飞机工作所需要的所有系统间有电位差，则飞机结构的各部分之间产生潜在的放电的危险。这种放电现象一旦发生就会干扰无线电通信和导航信号，甚至引发火灾。另外，人员在接触飞机的设备和零件时有触电的危险。,（二）飞机结构静电的防护技术为了防止飞机结构中静电荷积聚所带来的严重危害，可采取以下两种技术措施：1、电气搭铁就是接地2、静电放电索,1、电气搭铁：把飞机结构中各个分离部件之间形成低电阻连接，以消除各部分之间存在的电位差。电气搭铁可以是固定于金属零件（例如非金属连接件每一侧的管子）间的金属条导体，也可以是连接活动部件（如操纵连杆，飞机操纵面以及安装在柔性安装件，如仪表板、电子设备安装架上的元件）之间的短长度柔性编织导体构成。这种连接搭铁条（简称为搭铁条）的一些典型实例如图451所示。,图451搭铁方法,可使连杆运动的足够长的搭铁线,金属夹,飞行操纵面,一般说来，搭铁有主和辅之分，这是根据所存在的静电荷引起的电流大小来确定的。（）主搭铁：导体用于主要的部件、发动机、外部表面、（如飞机操纵面）与机体结构（飞机的接地）之间。（）辅搭铁：导体用在零部件与地之间以及按规定不需要主搭铁的地方，例如通有易燃流体的管路、金属管道、接线盒、门板等等。,某些静电荷常常会留在飞机上，为此要给停留到地面后的飞机提供漏电到地的路径。这有两种方法：一种是飞机前后起落架的轮胎采用具有良好导电性的橡胶制造；另一种是固定于起落架轮轴上的柔性钢丝与地面作实体接触。这两种方法可以单独使用其中的一种。也可以是两者组合使用。,电晕放电：飞机在空中飞行期间，为了均衡大气与飞机结构中静电荷的电位，需要不断地产生静电放电。然而，通常放电的速率要比飞机累积电荷的速率低，结果仍然会使飞机的电位升高到产生电晕放电的数值。在能见度很低时或在夜间就可看到电晕放电时的辉光。电晕放电往往发生在飞机结构的弯曲部位处和最小半径部位处，譬如翼梢、尾缘、螺旋桨尖、水平和垂直安定面、无线电天线、空速管等并引起干扰，特别是对无线电频率信号的严重干扰，使飞机的通信、导航系统无法正常工作。,静电放电器：为了使电晕放电发生在干扰为最小的地方，所采用的措施是用静电放电索（或称为静电放电器）。静电放电器为飞机结构中累积的静电荷提供较容易逸出的出口，使电晕放电在人为预定点发生。静电放电器安装位：通常把静电放电器安装在飞机的副翼、升降舵和方向舵的后缘。典型的静电放电器用镍线制成刷状或索状，以便提供更多的放电点。如图452所示，安装于机翼后缘和安装于机翼翼尖上的静电放电器，就是制成小金属杆的形式。,图452静电放电器,铝基座,定位螺钉,定位螺钉,铝基座,安装在机翼翼尖,安装在机翼后缘,二、人体静电的产生与机载静电敏感设备的静电故障的防护技术,现代飞机的机载设备因其内部的集成电路由于静电放电而失效，使整台设备处于故障状态。这种因静电放电而引起的设备故障称为静电故障。那些遭受静电放电而失效的集成电路称为静电放电敏感器件。可见静电故障是由静电放电所引起的，而人为地随便触摸和错误操作静电放电敏感器件是造成静电故障的直接原因。,（一）静电放电敏感器件微电子技术的飞速发展，大规模、超大规模集成电路在机载设备中的广泛使用，使得现代飞机的性能越来越先进。高密度集成电路的功能很强，尺寸很小，速度很快，功耗很低，而且价格愈益便宜，这使机载设备的设计应用带来极大的技术经济效益。但与此同时，因为线距缩小而带来耐压降低，线路面积减小而使耐流容量降低。使高密度集成电路只能承受毫伏级电压和毫安级电流，在遭受到静电放电的能量时就可发生击穿或烧熔现象而导致器件失效，成为静电放电敏感器件。,由于集成电路其集成度高，集成线路间分布电容容量很小，导线之间、元器件之间的绝缘层均为0.10.3m，氧化膜的分布电容也很小。所以，静电稍有积累，电容上即产生很高的电场强度，线路很容易损坏。许多微电路，例如CPU，RAM，ROM，I/O，D/A，A/D等都是用导电薄膜、介质薄膜、绝缘薄膜等构成电阻、电容、电感、器件的隔离介质，由于非常薄，所以对静电的防护能力特别弱。,静电放电的能量，对传统的元器件影响甚微且不易察觉。但对于高密度集成电路来说，静电场和静电流却成为致命的杀手。凡是静电放电敏感器件，不管它是安装在设备里面的，还是安装在产品组件上和印制电路板上的，或者是单个集成电路片，一旦遭受到静电放电，就会使器件的物理和电气性能发生改变而失效。器件在遭受静电放电以后，放电电流会烧穿器件的氧化膜。在电子显微镜底下可以观察到器件心片上有像“弹坑”一样的孔洞，图453所示的是一个集成运算放大器芯片，在遭到静电放电破坏以后，用电子显微镜拍下的照相图。在照片上可以清楚地,图453一个集成运算放大器芯片，在遭到静电放电破坏后，电子显微镜拍下的照相图,看到有一个直径为6m的“弹坑”。图中所示的部分是芯片的敷铝薄膜；所示的部分是二氧化硅基底。不同的静电放电敏感器件所能承受的静电电压的大小也不相同，表4-1列出了几种器件芯片的静电破坏电压的数值。,表41几种器件的静电破坏电压,（二）静电的产生及其性质造成静电放电敏感器件损坏的静电是很容易产生的物理现象，两种不同材料的相互摩擦是产生静电荷的主要原因。例如当人穿塑料底或皮底鞋在铺有绝缘橡胶、地毯上行走时，就会因摩擦引起带电；人穿的各种化纤制品服装、鞋、袜彼此之间互相摩檫产生静电，这些静电传给人体，使人体带电（当人体对地绝缘时）。有人做过测试，在室温20，相对湿度40%时测得人体带电的电压如表4-2所列的数据。,表4-2人体的带电电压（KV）,下身衣物,上身衣物,表4-2中所列的数据，说明人体带电电压的高低与所穿衣料有关。不同的衣料所带电压是不同的。当然这是在人体与地绝缘的情况下测得的。如果人体与地相连接，则人体中的静电荷都会泄漏到地而不可能累积静电荷，也就不会有静电压产生。用人造革、泡沫塑料、橡胶、塑料贴面板等容易产生静电的材料制成的工作台、家具、工作室墙壁及各种塑料包装盒，在使用过程中不可避免要发生摩擦，从而产生静电；高速流动的气体或液体，因为与设备的腔壁和管壁发生了摩擦也会引起静电。,静电的产生与空气的湿度有很大关系。湿度高时，空气中所含有的水分子就多，物体表面吸附的水分子也多，表面的电阻率降低，使静电荷容易由高电位传到低电位而积聚不起来，产生的静电电压必然较低。相反，空气的湿度较低时，同样的活动就会产生较高的静电电压。产生以后，具有以下两个显著的特性：静电荷会在与地绝缘的各种材料、物体以及人体不断地聚积起来，使其周围空间形成静电场，这种电场的强度足以击穿目前各类集成电路的绝缘层，使其失效。,聚积起来的静电荷与地之间形成了电位差，并伺机与地之间形成放电。因此，只要带电体（包括人体各部分）触及微电路时就会产生放电电流。这种放电的电流有可能将微电路的导体烧熔（见图453）。,三、静电防护系统,1、人体静电的防护：人体静电防护的主要目的包括：防止人体电击事故及由此引起的二次事故的发生；防止带电的人体放电成为气体、粉尘、液体的点火源，并防止由此引发燃爆事故的出现；防止带电的人体放电造成经典敏感电子元器件或其它敏感产品（硅片、感光胶片等）的击穿损坏。人体静电防护措施有：,（1）接地：决定触电强度的最主要因素是电流而不是电压，流过人体的安全电流的上限为5mA。实现人体接地具体措施包括：是用导电性地坪或导电性地垫，并且人员穿上防静电鞋袜，形成组合接地；佩戴防静电腕带并可靠接地。,（2）服装防护人应穿戴防静电工作服装等，其作用也包括减少静电的发生、增强静电的泄漏和防止静电荷的局部堆积等。（3）环境防护在可能的条件下应维持足够高的湿度，例如50%以上的房间内湿度。使用洁净技术，包括洁净厂房、吹离子风等，以减少空气中和衣物上的含尘浓度，这是防止人体附着带电的有效措施。,2、消除静电的方法使产生的电荷迅速泄漏掉是静电防护中行之有效的方法。最积极也是最有效的抗静电方法是：把产生的静电迅速地向大地泄漏掉。泄漏静电方法，大致有3种：接地；提高周围环境湿度；增加材料的电导率。,3、静电防护接地技术接地是经典防护最有效和最基本的技术措施之一，良好的接地是保证事故发生时静电电荷迅速泄漏，从而避免静电危害发生的有效手段。因此，静电接地是一切静电敏感产品在生产加工、仓储运输和使用维护过程中必须随时注意的技术问题。,静电接地的目的是使物体与大地之间构成电气上的泄漏通路，将物体上产生的静电电荷及时泄漏至大地，防止物体上静电荷的积聚；防止物体处于带电体附近时受到带电体的静电感应；限制带电物体的静电电位上升，从而限制由此产生的静电放电。,接地的方式主要有硬接地和软接地两种：(1)硬接地：是使物体直接或通过一个低阻抗同大地相连接。(2)软接地:是使物体通过一个足够高的阻抗接往大地，以便发生触电事故时把电流限制在人身安全电流（一般规定为5mA）之下。,接地类型主要有直接接地、间接接地和跨度接地三种。直接接地是将金属导体与大地进行导电性连接，从而使金属导体的电位接近于大地电位的一种接地类型；为了使金属导体外部的静电导体和静电亚导体进行静电接地，将其表面的全部或局部与接地的金属导体紧密相连，将此金属导体作为接地电极的接地类型为间接接地；跨接接地，是通过机械或化学方法把金属物体间进行结构固定，从而使两个或两个以上互相绝缘的金属导体进行导电性连接，以建立一个供电流流动的低阻抗通路，然后再接地的一种接地类型。,设施和设备内的金属导体一般采用硬接地方式，直接接地或跨接接地类型。金属导体外部的静电导体、静电亚导体一般采用硬接地方式，间接接地类型。操作者及其所使用的器具、工具一般采用软接地方式，直接接地类型。加工、存储和运输装置、工具、设备和器具，若其上所带静电会危害产品或使人遭受静电电击时，应进行静电接地。加工、调试、检测、包装、维护静电敏感产品的人员，为防止所带静电危害产品，应进行静电接地。,4、静电防护接地系统静电接地系统的建立，可以有效地消除静电放电发生的条件，从而防止静电对人员的意外电击伤害和对静电敏感产品（包括静电敏感电子元器件、组件和设备及其他静电敏感的化工、轻工产品）的损害。静电防护接地系统主要由人体静电防护接地系统（腕带、服装等）、防静电地坪接地系统和静电防护操作装置（包括工具、器具、工艺装置等）接地系统组成。,在设施内，静电防护接地系统的设置，通常采用在房屋地面上或墙围下脚安装接地母线，该母线一般使用厚度为3mm、宽度约25mm的紫铜带或截面大约46mm的铜芯软线。该接地母线与大地相连通。在接地母线上，应设置若干接地连接点，以供各静电防护接地系统使用。,（1）人体静电防护接地系统活动的人体是最重要的静电来源之一，人体皮肤上的静电是导致静电放电事故的最常见原因。佩戴防静电腕带是解决释放人体静电的有效方法，腕带与人体皮肤的直接接触，把人体皮肤上的静电电荷通过连接导线传导泄漏至大地。对腕带的要求是：具有一个快速松脱连接机构；接地电阻值在51051107范围内，通常工程上常用1M；使用腕带的注意事项包括：要保持腕带内表面与人体皮肤接触良好；所串接的1M保护电阻器不应失效；使用中与操作台上共用接地插口相连，该共用接地插口再通过一个1M电阻器与静电接地线相连。此外穿防静电工作服也是解决人体带电的方法之一，工作服与皮肤接触把工作服上静电荷通过皮肤经腕带传导泄漏至大地。,（2）防静电地坪接地系统主要作用是使操作人员人体电荷和工作器具上的电荷经防静电坪顺利流向大地。防静电地板和台面（包括工作台、台垫等）的性能通常使用系统对地电阻和表面电阻来表征，一般规定为11051109。,（3）静电防护操作装置接地系统操作静电敏感产品的工作台面应防静电或防静电台垫，并进行软接地。工作面表面电阻一般要求为11051109。防静电工作台上设置可供腕带等接地用的公共端子。在工作台垫与设施接地母线之间串接一个兼做电荷泄漏和安全保护之用的电阻器，一般阻值为1M。工艺设备也需要有接地系统，例如示波器、电源等设备应设置其接地线与接地母线相连接。,（4）静电防护工作的日常管理静电防护主管部门要对防静电设施、设备、器具和环境条件定期检查鉴别，确保其处于正常可用状态；加强对相关人员的静电防护知识和操作技能的培训及考核；组织技术人员负责对静电防护日常工作实施监测。机务人员在内外场维护和修理含有静电放电敏感器件的机载设备时，必须严格执行静电防护的安全操作规程。,（一）维修过程中的静电防护管理,1首先识别静电放电敏感器件。在现代飞机电子设备的器件上，凡是含有静电放电敏感器件的设备和安装这种设备的地方，都标有静电放电敏感标志（ESDS）,凡印有ESDS标志的航线可更换件（LRU）表示需要特殊处理。如图454（a）所示为静电放电敏感器件标志，这些标志底色为黄色上加黑色图案。针对不同部位和器件的类型，ESDS有不同的标签，如图454（b）所示。,图454（a）静电放电敏感器件标志,图454（b）各种静电放电敏感设备标签,图454（b）各种静电放电敏感设备标签,图454（c）插件柜上的各种防静电标签,一般将这些标志粘贴在醒目的和操作人员需要操作的部位，例如安装设备的框架和搁板上，外场可更换件的金属外壳上，印制电路板插件夹上，以及印制电路板插件的两片锁定翼片等。另外，外场可更换件金属外壳背面的插头座旁边也贴有黄色标志。各种工作人员在贴有黄色标志的部位或设备上需要进行各种操作时，应该按照黄色标志的提示进行。如图454（c）所示为插件柜上的各种防静电标签。,2、可靠的接地是防止静电故障的最主要的一种措施，始终使人体与地之间保持等电位，就能有效地防止因静电放电而引起的故障。为此，机务人员在飞机上拆装贴有黄色标志的设备或部件时，或者在安装贴有黄色标志的设备的部位进行检查或测试时，必须配带腕带。配带的腕带既要与手腕裸露的皮肤密切接触，还要用一条柔软的导线把腕带与地（机身）连接起来，使其良好地接地。图455所示的是操作人员在B767飞机电气系统的印制电路组件工作时的照片。图中可以看到每个印制电路插件的两个锁定翼片上贴有黄色标志，操作人员配带接地的腕带。,图455波音B767飞机电气系统印制电路组件,3内场维护和修理含有静电放电敏感器件的设备应做到以下几点：（1）所有的操作要严格地限制在静电安全工作区域内进行；（2）静电安全工作区域要有良好的接地系统，工作区域内的地垫和桌垫均用导电性的塑料片，并分别接地，如图456所示。工作人员的座椅上加松紧式导电椅罩。,（3）工作人员进行各种操作时必须配带腕带，腕带与座垫用柔性导线连接好。工作区域内若存放未经防静电包装代包装的静电放电敏感器件时，在其周围2英尺以内的所有人员必须配带有良好的接地的腕带或脚带。,（4）针对整机的使用、维护中的静电防护，要求：检修调试印制板插件应在防经典工作区域内进行；操作人员进行人体防护，穿防静电工作服，佩戴腕带；插、拔印制板组件应在断开保持接地良好；维修后的和拔下待修的印制板插件均应装入防静电包装内，不得不裸露放置时，印制板组件的逋凡课挥吧导电条或防静电盲盖。,图456静电安全工作区,地垫,接地,离子化空气,桌垫,腕带,4搬运或储存含有静电放电敏感器件的设备时，必须用导电的防尘罩将设备的插头座罩住，以避免手指等触及插脚。导电的防尘罩有两类，使用时要加以区分。如图457所示为电器和电子设备的防尘罩。其中一类是用导电材料制成的防尘罩，其外表涂成黑色并压印上“导电”字样。另外一类是非导电材料制成的防尘罩，常常用抗静电溶剂作处理，增大表面的导电率。这种经过处理的防尘罩是白色的，附加处理日期的标记，因为目前的抗静电溶剂的有效期只有1年。,图457电器和电子设备的防尘罩,5未经防静电包装袋包装的静电放电敏感器件只能在安全工作区域内部传送，传送时传送者要配带脚带并在导电的地垫上经过。静电放电敏感器件需要长期存放或转移出静电安全工作区域以外的地方去时，必须要用特殊制造的防静电包装袋包装起来。包装时要将器件完全包裹起来，任何部分不得暴露在外面。防静电包装袋如图458所示，它有三层材料制成，内层是抗静电聚乙烯，不产生静电；中层是加强聚酯纤维，用来增加机械强度；外层是镀镍的良导体，可瞬间释放电荷，形成法拉第容器。,图458防静电包装袋,镍层,抗静电聚乙烯,聚酯,6在防静电包装袋里拿取或包装静电放电敏感器件时，也要配带接地的腕带。包装袋上要贴上相应的黄色标志，如图459所示。,图459防静电包装袋的使用,