摘要：本文聚焦电气工程及其自动化技术，深入探讨飞行器机载系统的可靠性设计与质量保障策略。剖析机载电气系统架构及工作原理，梳理可靠性设计面临的电磁干扰、电源波动、元件老化等挑战；从电路设计优化、电磁兼容处理、冗余备份配置等维度提出针对性方案，阐述质量保障涵盖的标准规范、测试验证、运维管理举措；旨在融合电气技术专长，全方位提升飞行器机载系统可靠性与质量，筑牢飞行安全根基。

关键词：电气工程及其自动化；飞行器机载系统；可靠性设计；质量保障

引言：

飞行器机载系统作为飞行任务的“神经中枢”与“动力心脏”，其可靠性与质量直接关联飞行安全、任务成败。电气工程及其自动化技术贯穿机载系统供配电、信号处理、设备控制各环节，凭借精准电路设计、高效电能管理、稳健信号传输，为系统稳定运行赋能。攻克电气可靠性难题、健全质量保障体系，是飞行器翱翔蓝天、执行复杂任务的关键支撑。

一、飞行器机载电气系统架构及原理剖析

1.1供配电系统

由主电源（发动机驱动发电机、APU 发电装置）、应急电源（蓄电池、冲压空气涡轮发电机）及配电网络构成。主电源依飞行工况输出稳定交流电，经变压、整流、滤波适配机载设备电压电流需求；应急电源在主电源故障时无缝切换，保障关键系统用电，配电网络依设备优先级与用电特性智能分配电能。

1.2航空电子系统

集成通信、导航、监视设备，通信系统借甚高频、高频电台实现空地/空空语音、数据交互；导航系统融合卫星、惯性导航精准定位；监视系统含雷达、应答机，实时监测周边空域态势；各子系统以数据总线互联，高速传输指令、信息，协同引导飞行。

1.3飞行控制系统

飞控计算机接收传感器（加速度计、陀螺仪、大气数据传感器）信号，经复杂算法解算生成舵面控制指令，驱动电动/液压作动器操控机翼、尾翼舵面，维持飞行姿态稳定；电传飞控取代机械传动，响应敏捷、精度高，但对电气可靠性要求严苛。

二、基于电气工程的机载系统可靠性设计面临的挑战

2.1电磁干扰问题

机载众多电子设备高频、高功率运行，电磁辐射与传导干扰严重；通信线路受发动机点火、电气设备开关瞬变干扰，信号失真、误码频发；导航设备受强磁场干扰致定位偏差；飞控系统遇电磁干扰，指令错乱，危及飞行安全。

2.2电源质量波动

发动机工况变化、用电设备启停引发电源电压、频率波动；瞬间大功率负载接入造成电压骤降“凹陷”，敏感电子元件欠压误动作；电源谐波污染干扰信号处理电路正常工作，降低系统稳定性与可靠性。

2.3电气元件老化与失效

高温、高湿、高振动飞行环境加速电阻、电容、晶体管等元件老化磨损；焊点热疲劳、插件松动引发接触不良；半导体元件受宇宙射线轰击性能衰退，随机失效隐患大，威胁机载系统连续运行。

2.4复杂系统集成难题

飞行器机载系统功能多元、设备繁杂，不同厂家设备电气接口、通信协议兼容性差；集成时信号匹配、时序协调困难，易现数据拥堵、传输中断，影响系统协同作业与整体可靠性。

三、电气工程及其自动化助力机载系统可靠性设计的策略

3.1优化电路设计

简化电路拓扑：精简冗余电路分支，降低故障概率；采用模块化设计，分解复杂电路为功能独立模块，便于故障定位、替换；优化布线布局，缩短信号传输路径，减少信号衰减与干扰引入。选用高可靠性元件：依机载环境筛选耐高温、耐振动、抗辐射元件；优先选军品级、宇航级产品，严控元件失效率；建立元件质量追溯体系，全程跟踪元件批次、性能，确保品质稳定。

3.2强化电磁兼容设计

屏蔽防护：金属机箱、屏蔽罩包裹敏感设备与线路，阻隔电磁辐射；优化屏蔽结构完整性，密封缝隙、孔洞，防止电磁泄漏；接地处理，确保屏蔽体与飞机机体良好电气连接，泄放干扰电流。滤波降噪：电源输入端、信号线路加装滤波器，滤除电源谐波、传导干扰；设计匹配滤波电路，依干扰频率特性定制，提升滤波效果；采用光纤传输取代部分电信号传输，规避电磁干扰。

3.3冗余备份系统配置

电源冗余：多台发电机并联运行，互为备份；设置自动切换装置，主电源故障瞬间激活应急电源、备用发电机；蓄电池组实时在线监测、涓流充电，确保应急供电容量与性能。关键设备冗余：飞控计算机、导航设备采用双机或多机冗余热备份；正常时同步运行，故障时自动切换至正常备份机；通信系统冗余收发机、天线配置，保障空地通信畅通，降低单点失效风险。

3.4智能故障诊断与容错设计

在线监测系统：遍布关键电气节点的传感器实时采集电压、电流、温度等参数，数据经机载计算机智能分析；运用机器学习、神经网络算法识别故障特征，提前预警潜在故障。容错控制策略：飞控系统引入容错算法，遇传感器部分失效，依剩余有效传感器数据重构飞行姿态；电子设备设计故障隔离机制，限制故障扩散，确保系统降级运行仍可控，维持飞行安全底线。

四、基于电气工程的机载系统质量保障举措

4.1制定严格标准规范

联合航空航天、电气行业专家编制机载电气系统设计、制造、安装标准；细化电气安全、电磁兼容、可靠性指标；接轨国际民航标准，规范国内飞行器电气设计流程、工艺，提升产品国际竞争力。

4.2加强测试验证环节

实验室模拟测试：在电磁兼容实验室模拟强干扰环境，测试系统抗干扰能力；电源特性测试台模拟电源波动，检验设备耐受度；振动、高温、高湿环境箱模拟飞行工况，筛查元件、设备可靠性短板。飞行试验验证：真机搭载测试系统，实地飞行收集电气数据；验证系统在复杂气象、飞行姿态下可靠性；结合试飞反馈优化设计，确保理论与实际契合。

4.3完善运维管理体系

定期巡检维护：依设备运行时长、工况制定维护计划；定期检查电气线路连接、元件外观、设备性能；清洁散热片、紧固插件，预防故障发生；更换到期元件，保证系统健康状态。技术人员培训：面向机载电气运维人员开展专业培训；理论讲解电气原理、故障诊断方法；实操训练设备检修、调试；培养技术精湛、责任心强的运维团队，为系统可靠运行护航。

五、电气工程技术与机载系统融合的未来展望

持续攻克耐高温超导材料、量子通信、人工智能芯片等前沿技术；超导材料降电阻、减能耗，提升供配电效率；量子通信保机载信息绝对安全；人工智能芯片赋能智能飞控、故障诊断，实现自主优化调整；深化电气系统与飞行器结构、动力融合，创新一体化设计，拓展飞行器性能边界，引领航空电气可靠性迈上新台阶。

结论：

电气工程及其自动化技术为飞行器机载系统可靠性设计与质量保障筑牢根基。经电路优化、电磁兼容处理、冗余备份配置、严格质检运维，化解电磁干扰、电源波动等难题，全方位护航飞行安全。展望未来，借前沿电气技术突破，持续革新机载系统，助力飞行器在复杂空域游刃有余、使命必达。

参考文献：

[1]魏虎章.提高航天电子产品可靠性的若干措施[J].质量与可靠性. 2022 （02）

[2]刘正高.航天质量与可靠性技术的发展趋势简评[J].质量与可靠性. 2021 （04）