[发明专利]电气布线互联系统线缆串扰的快速预测方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种快速预测方法，尤其涉及一种对电气布线互联系统中线缆串扰问题的快速预测方法。

背景技术：

现代飞机中的各个系统正朝着多电化和全电化方向发展，机载电气系统和设备在平台中的智能化分布并通过物理布线实现电气系统之间的互联，成为影响最终飞机质量和可靠性的关键步骤。作为各类电气设备的连接纽带，线束自身的电磁兼容问题严重影响着整机的电磁兼容性。在过去很长一段时间里，机载电气线路设计的重要性未得到充分重视，一系列因线路设计缺陷导致的重大航空事故时有发生，使得各家航空公司对飞机的电磁兼容性要求不断提高，各国科研机构在相关领域都投入了大量的人力物力，已成为飞机设计工作中不可缺少的关键一环。

2007年，美国联邦航空局(FAA)对联邦航空条例(FAR)的第25部做了重大修正，在原有7大分部的基础上新增加了第H分部——电气布线互联系统(Electrical Wiring Interconnection System，简称EWIS)，它将以往分散于各个系统中的电气布线互联系统的设计要求单独归纳成部，规定了与飞机电气线路设计相关的内容，包括安装在飞机任何区域的各种电线、布线器件以及它们的组合、两个或多个预制端接点间传输的数据和信号的电性能等等。目前，EWIS规范是商用飞机适航认证流程的一个部分，所有商用飞机必须经过认证。对某一型号的飞机，如波音777或空客A380，会有针对飞机型号的EWIS认证，对单独的某架飞机，也会有相应的认证。美国联邦航空管理局，欧洲航空安全局(Europe Aviation Safety Agency：EASA)以及欧洲联合航空署(JAA)都已应用了EWIS法规。

在国内，民用和军用飞机中电气互联布线需按照《HB6524-91飞机电线、电缆电磁兼容性分类及布线要求》进行设计，受限于安装空间以及缺少有效的计算机仿真工具，技术人员一般仅能凭经验设计，这对简单的布线系统是有效的。然而，对于大型客机中的复杂布线系统，由于缺少足够的设计依据，传统的设计方法往往会导致某些线缆内部或线束间电磁干扰严重，最终导致设计失败。目前，我国正在进行的大飞机项目，目标是研制具有我国自主知识产权的C919大型客机，作为适航取证申请人——中国商飞公司计划2014年实现大型客机首飞，2016年取得中国民航局型号合格证及相关证件，最终通过中国民航局取得欧美适航当局的适航批准，其中EWIS是必不可少的一个重要认证部分。为严格按照EWIS法规进行电气互联系统设计，有效辅助设计员在设计初期阶段对电性能、故障模式进行有效仿真分析，使设计工作有据可依，缩减设计周期，提高设计成功率，降低设计费用。但是，真实大型客机中电气系统繁多复杂，布线又受到安装空间的严格限制，线束中的线缆数目少则十几根多则成百上千根，当线缆数目到达一定量级时传统的MTLN方法效率太低，无法满足实际分析需要。同时，不同飞机的布线又各不相同，显然要想对EWIS中复杂线束的串扰分析做进一步研究，必须发展一种更高效的算法，在不影响分析精度的同时极大提高仿真效率，为EWIS复杂线束的电气仿真提供高效可靠的分析手段。

上世纪60年代以来，国外在简单线缆串扰方面的研究已经取得了一些成果并应用到实际工程中，其中主要方法有：集总参数电路模型法、多导体传输线法、电磁场数值方法，如时域有限差分法FDTD、矩量法MoM等，这些方法从电磁场理论出发，结合数值计算技术，严格考虑传输线上传输的横电磁波、横电波(TE波)以及横磁波(TM波)，在相当宽的频率范围内，其计算精度都非常高，但该方法分析步骤较为繁琐，计算量大，在求解复杂电大尺寸模型时无能为力。国内关于线缆线束串扰的研究大部分都是基于准静态假设的多导体传输线方法，也有采用全波分析与多导体传输线理论相结合的方法。