靜電即處于靜止?fàn)顟B(tài)的電荷或不流動的電荷，比如聚集在物體表面的大量正電荷或負(fù)電荷。大多數(shù)情況下，無人直升機(jī)產(chǎn)生靜電的原因可以用“接觸—分離”理論解釋，兩個物體緊密接觸后分離，物體表面便會帶上不同極性的電荷，這個過程中如果物體存在相互摩擦等力學(xué)因素可促進(jìn)電荷的轉(zhuǎn)移，增強(qiáng)靜電起電的效果。此外，帶有大量電荷的云層等外部電場會使無人直升機(jī)發(fā)生感應(yīng)起電。實際的靜電起電過程形成的帶電體電荷數(shù)量受物質(zhì)內(nèi)稟性質(zhì)及環(huán)境條件等多方面影響。攜帶靜電電荷的物體通常被稱為靜電源，所謂靜電放電，是指具有不同靜電電位的靜電源直接接觸或互相接近引起的電荷轉(zhuǎn)移。靜電放電過程具有高電位、強(qiáng)電場、瞬時大電流的特征，并會產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射形成上升沿時間極短的靜電放電電磁脈沖，這種瞬時大電流脈沖包含的諧波頻譜范圍可以達(dá)到數(shù)百兆赫茲。常見的靜電放電形式有電暈放電和火花放電。電暈放電是發(fā)生在帶電體尖端等電場強(qiáng)度較大處附近的局部放電，放電時常伴有輕微的嘶嘶聲和輝光，放電能量較小?；鸹ǚ烹娛菐щ婓w之間發(fā)生的通道單一的放電，放電時有明亮的閃光且伴有短促的爆裂聲，放電能量較大。

無人直升機(jī)應(yīng)控制和消除由沉積靜電效應(yīng)、燃油流動和晃動、人員操作以及其他電荷產(chǎn)生機(jī)理引起的靜電電荷的積累，以避免點(diǎn)燃燃油蒸汽和危害軍械，同時防止人員的電擊危害和防止電子產(chǎn)品的性能降低或損壞。無人直升機(jī)可能面臨的靜電源有人體靜電和自然環(huán)境中的靜電等，靜電放電能量主要通過傳導(dǎo)耦合和輻射耦合兩種模式影響無人直升機(jī)。無人直升機(jī)機(jī)載用電設(shè)備在安裝、使用、維護(hù)、維修等全過程壽命周期中遭遇靜電放電可能會引起設(shè)備內(nèi)部高靜電敏感性元器件的損壞，電起爆器意外點(diǎn)火等問題。同時，無人直升機(jī)燃油系統(tǒng)應(yīng)防止出現(xiàn)靜電打火以保證其安全性。無人直升機(jī)飛行過程中機(jī)體表面積累的沉積電荷放電時形成的電磁脈沖容易對機(jī)載高靈敏度接收機(jī)造成電磁干擾，影響飛行任務(wù)的完成。

靜電防護(hù)設(shè)計

電子電氣設(shè)備靜電防護(hù)設(shè)計

隨著各種電子設(shè)備技術(shù)的更新?lián)Q代，無人直升機(jī)機(jī)載用電設(shè)備包含越來越多的高集成化電子系統(tǒng)，這些以微處理器為核心的系統(tǒng)含有諸多如MOS管、晶體管等靜電敏感性元器件。靜電危害源形成的強(qiáng)電場不僅可使MOS場效應(yīng)器件的柵氧化層擊穿或金屬化線間介質(zhì)擊穿，造成電路失效。靜電放電引起的電磁脈沖及浪涌效應(yīng)會對用電設(shè)備造成硬損傷或軟損傷，并且由于累積效應(yīng)會形成隱蔽性較強(qiáng)的潛在性損傷，對系統(tǒng)和敏感電路的工作可靠性造成影響。靜電放電可能會使軍械系統(tǒng)應(yīng)急電路或安全互鎖組件失效，軍械系統(tǒng)中電起爆器在加電、測試、安全分離等階段出現(xiàn)靜電放電故障，可能影響信號處理、解除隔離和發(fā)火等功能，發(fā)生意外起爆影響安全或增加危險。針對靜電能量耦合方式，電子電氣設(shè)備靜電防護(hù)設(shè)計的一般措施如下：

（1）電路設(shè)計中盡量選擇抗靜電級別高的器件。電路中并聯(lián)如TVS二極管等放電器件對外部輸入的靜電進(jìn)行旁路泄放，串聯(lián)電阻或磁珠限制靜電放電電流。同時電路中需合理設(shè)計電子器件和走線的布局以增強(qiáng)抗靜電能力。

（2）電路除硬件設(shè)計措施外，也可增加軟件設(shè)計避免靜電放電造成干擾。軟件應(yīng)能對不正常狀態(tài)進(jìn)行常規(guī)檢查，軟件的設(shè)計應(yīng)做到當(dāng)程序瞬間失常時不會被鎖住，且可重新正常運(yùn)行。

（3）通過在縫隙和孔洞處增加導(dǎo)電襯墊、增加縫隙深度及減少縫隙長度等措施做好機(jī)箱表面屏蔽，使靜電放電電流局限在設(shè)備外表面，同時衰減干擾電磁波。設(shè)備間通過屏蔽電纜互連時，電纜屏蔽層需采用360°搭接方式，以保持低阻抗避免電位差。

（4）電子電氣設(shè)備需與機(jī)體機(jī)構(gòu)做好搭接措施以實現(xiàn)良好的電搭接，搭接處盡量采用面接觸，避免點(diǎn)接觸，良好的接地處理可以給靜電提供對應(yīng)的泄放通道。

燃油靜電防護(hù)設(shè)計

燃油在管道中流動時連續(xù)地發(fā)生液相與固相接觸分離行為，正負(fù)電荷會在固液接觸面上分離從而形成雙電層，這個雙電層一部分是緊貼在固體表面的電荷層，另一部分屬性相反的電荷層會隨燃油流動經(jīng)過加油軟管或受油管道進(jìn)入燃油箱。同時無人直升機(jī)在飛行過程中，尤其是大機(jī)動飛行會使燃油箱內(nèi)部燃油自身劇烈的晃動，以及燃油與燃油箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的劇烈摩擦和撞擊，會導(dǎo)致靜電的產(chǎn)生和積聚。當(dāng)燃油箱內(nèi)部靜電積累到一定程度，此時靜電形成的電場強(qiáng)度足夠大，且燃油箱內(nèi)油氣處于可燃狀態(tài)，存在擊穿空氣形成火花放電點(diǎn)燃燃油蒸汽的風(fēng)險。燃油靜電防護(hù)設(shè)計主要從消除靜電的產(chǎn)生、減少靜電的積累以及破壞靜電放電條件三方面考慮：

（1）限制燃油在管路中的流速，控制加油管路入口處的流速以降低燃油進(jìn)入燃油箱的速度，減少靜電的產(chǎn)生。

（2）航空燃油的電導(dǎo)率低，傳導(dǎo)電荷的能力低，易積聚靜電，為破壞靜電荷的積累過程，可在燃油中添加抗靜電添加劑，用于改變?nèi)加偷碾娮杪?，使燃油中不易積聚太多的電荷，同時燃油箱內(nèi)壁可使用抗靜電涂層加快靜電消散。

（3）燃油箱內(nèi)可能帶靜電的附件的外形設(shè)計應(yīng)盡量避免存在突出的尖端，可適當(dāng)增大曲率半徑，同時均需設(shè)計有可靠的電搭接措施，避免靜電荷積聚。

（4）燃油箱及所有金屬管路均應(yīng)搭接至無人直升機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)，燃油相關(guān)金屬管路應(yīng)彼此搭接形成連續(xù)的低阻抗電氣通路。

（5）無人直升機(jī)在加油口附近應(yīng)設(shè)計有電搭接插座，電搭接插座與機(jī)體結(jié)構(gòu)應(yīng)有良好的電搭接，保證加油設(shè)備、輸油導(dǎo)管、油噴咀和無人直升機(jī)搭接良好并可通過接地泄放產(chǎn)生的靜電荷。

無人直升機(jī)沉積靜電防護(hù)設(shè)計

飛行器在快速飛行時機(jī)體表面會和空氣中的塵埃、冰晶、雨滴等發(fā)生碰撞摩擦，從而在表面沉積大量靜電荷，使表面電位高達(dá)100-300kV。不同于其他類型飛行器，無人直升機(jī)大部分起電發(fā)生在旋翼上，這是因為無人直升機(jī)飛行時升力主要來源于高速旋轉(zhuǎn)的旋翼，大面積葉片的旋轉(zhuǎn)增強(qiáng)了靜電起電，同時無人直升機(jī)低空飛行或懸停時，旋翼下洗流使地面的塵埃飛揚(yáng)，會進(jìn)一步增大空氣中的沙礫與塵埃的顆粒濃度。靜電荷逐漸積累到一定程度后，會在機(jī)體表面形成一個強(qiáng)電場，由于機(jī)體蒙皮、口蓋及天線罩等材料特性和幾何結(jié)構(gòu)的差異，各表面充電電位不同，當(dāng)表面沉積靜電電位差達(dá)到一定閾值時，便會以電暈、電弧及流光等形式放電，同時產(chǎn)生寬帶電磁干擾噪聲。為避免沉積靜電影響無人直升機(jī)的安全及任務(wù)完成，無人直升機(jī)可采取以下設(shè)計措施：

（1）在無人直升機(jī)結(jié)構(gòu)后緣曲率半徑較小處安裝靜電放電器并將其電搭接至機(jī)體結(jié)構(gòu)，由于靜電放電器放電閾值低于結(jié)構(gòu)放電閾值，因此靜電電荷能在靜電放電器上提前釋放，降低射頻輻射干擾強(qiáng)度。

（2）無人直升機(jī)結(jié)構(gòu)件之間以及結(jié)構(gòu)件、設(shè)備、附件與基本結(jié)構(gòu)之間應(yīng)具有有低阻抗通路的可靠電搭接，避免出現(xiàn)孤立導(dǎo)體的靜電累積。通過搭接接地可避免靜電荷在無人直升機(jī)上積聚，提供靜電泄放的通路。

（3）在天線罩等絕緣或介電表面噴涂導(dǎo)電涂料，形成的導(dǎo)電涂層應(yīng)搭接到機(jī)體結(jié)構(gòu)上以轉(zhuǎn)移電荷。

（4）無人直升機(jī)應(yīng)采用靜電導(dǎo)電輪胎及放電鋼索等措施用于著陸時接大地泄放靜電，同時無人直升機(jī)應(yīng)設(shè)計有接地點(diǎn)用于停機(jī)時泄放殘留的靜電荷。

靜電防護(hù)驗證

電子電氣設(shè)備靜電防護(hù)驗證

針對大多數(shù)機(jī)載用電設(shè)備承受人體靜電放電干擾能力的考核，采用GJB151B-2013《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》（以下簡稱GJB151B）中CS112靜電放電敏感度項目。GJB151B中規(guī)定安全性關(guān)鍵設(shè)備和分系統(tǒng)或?qū)?zhí)行任務(wù)起關(guān)鍵作用的設(shè)備和分系統(tǒng)定義為A類受試品，其他設(shè)備和分系統(tǒng)定義為B類受試品。A類受試品應(yīng)同時滿足標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗等級一至試驗等級四試驗電壓的考核，B類受試品試驗等級一至試驗等級三試驗電壓的考核，按規(guī)定限值進(jìn)行試驗時，受試品不應(yīng)出現(xiàn)任何故障、性能降低或偏離規(guī)定的指標(biāo)值以表明其設(shè)計符合性。同時，GJB151B中明確了CS112靜電放電敏感度項目的測試設(shè)備、測試步驟及測試配置應(yīng)滿足GB/T 17262.2靜電放電抗擾度試驗的相關(guān)要求，即軍民品采用同樣的考核標(biāo)準(zhǔn)。靜電放電抗擾度試驗包含接觸放電和空氣放電兩種方法。接觸放電法試驗等級一至等級四對應(yīng)的試驗電壓分別為2kVYJ1B0wVJVRFWGmQwePSitmBYgZzy6+VBuejOAeA6+14=、4kV、6kV、8kV，空氣放電法試驗等級一至等級四對應(yīng)的試驗電壓分別為2kV、4kV、8kV、15kV。接觸放電是優(yōu)先選擇的試驗方法，空氣放電則用在不能使用接觸放電的場合中。接觸放電包含直接放電和間接放電兩種方式，直接放電即直接對受試設(shè)備實施放電，模擬人或物體直接接觸設(shè)備引起的放電，間接放電即對受試設(shè)備附近的耦合板實施放電，以模擬人或物體對受試設(shè)備附近的物體的放電。

軍械系統(tǒng)經(jīng)受由于人員操作引起的靜電放電，不應(yīng)意外點(diǎn)火或啞彈。采用GJB573B-2020《引信及引信零部件環(huán)境與性能試驗方法》中方法601靜電放電試驗開展試驗考核以評價其安全性和可工作性。試驗過程中將一個低損耗、低電感500pF電容器充電到25kV，然后通過一個電阻放電模擬人體靜電放電對軍械系統(tǒng)的危害，放電試驗點(diǎn)應(yīng)選擇在具有顯著靜電效應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式下進(jìn)行。

燃油靜電防護(hù)驗證

由于現(xiàn)階段燃油靜電放電相關(guān)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)的空缺，針對燃油靜電防護(hù)設(shè)計有效性的驗證采用類比、分析說明等綜合評估的方式。

測量燃油箱材料及燃油的電導(dǎo)率、介電常數(shù)及靜電衰減時間常數(shù)等參數(shù)，與以往型號參數(shù)對比分析。同時可在各種模擬工況下，測量燃油箱試驗件上預(yù)先選定的測量點(diǎn)的靜電電位值，燃油箱試驗件的技術(shù)狀態(tài)需與裝機(jī)技術(shù)狀態(tài)保持一致。結(jié)合測量點(diǎn)電位值與等效電容值，推算各測量點(diǎn)的靜電放電能，靜電放電能最大值小于燃油蒸汽的點(diǎn)火閾值即說明滿足安全性要求。

無人直升機(jī)沉積靜電防護(hù)驗證

為考核無人直升機(jī)的安全性與機(jī)載分系統(tǒng)功能可靠性，無人直升機(jī)可參考 GJB 8848-2016《系統(tǒng)電磁環(huán)境效應(yīng)試驗方法》中方法702機(jī)載分系統(tǒng)靜電放電試驗方法開展沉積電荷靜電放電試驗，試驗電平為300kV或機(jī)體設(shè)計允許最大靜電電壓。

開展試驗前需檢查機(jī)上所有電搭接措施以保證其符合設(shè)計指標(biāo)。為保證輸入電荷不因接地而轉(zhuǎn)移，試驗時需將無人直升機(jī)與陪試電源車等設(shè)備與大地隔離絕緣。無人直升機(jī)上電使各機(jī)載分系統(tǒng)處于實際典型工作狀態(tài)，通過放電裝置對預(yù)先選定的注入點(diǎn)直接接觸充電至靜電電壓限值，考核機(jī)載電磁敏感設(shè)備工作是否正常，燃油及軍械的安全性。除地面試驗外，無人直升機(jī)需開展沉積靜電飛行試驗驗證其環(huán)境適應(yīng)性，典型氣象條件包括干燥的雪和沙塵區(qū)域等。

結(jié)語

針對靜電放電方式及損傷模式，無人直升機(jī)應(yīng)采取合理的設(shè)計措施，結(jié)合相應(yīng)的試驗驗證或綜合評估說明其靜電防護(hù)設(shè)計的符合性?，F(xiàn)階段除燃油靜電放電外，大多數(shù)場景下的靜電放電均具有標(biāo)準(zhǔn)推薦的試驗方法。設(shè)計人員應(yīng)與試驗單位等相關(guān)方加強(qiáng)合作盡早明確試驗規(guī)范，為燃油靜電放電試驗驗證提供參考和指導(dǎo)。