民用飛機防火系統(tǒng)研究及其電氣設(shè)計淺析

郭大可

摘 要：安全性是民用飛機能否順利取得適航資格的重要指標，防火系統(tǒng)作為應(yīng)急備份系統(tǒng)，是保障飛機安全運行的重要一環(huán)。該文介紹了民用飛機防火系統(tǒng)的功能構(gòu)架、設(shè)計需求及電氣原理，并以結(jié)合某型飛機實例，簡要分析了防火系統(tǒng)相關(guān)電氣設(shè)計流程，并舉例解釋了一些適航條款的驗證情況。

關(guān)鍵詞：民用飛機 防火系統(tǒng) 電氣設(shè)計 適航

中圖分類號：V19 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（a）-0091-01

安全性是民用飛機設(shè)計中需要考慮的重要一環(huán)，不管是飛行狀態(tài)還是地面狀態(tài)，火都是嚴重危害飛機安全的因素之一。據(jù)統(tǒng)計，在美國民航飛機墜毀事故中，墜毀后被火燒死的人數(shù)占全部死亡人數(shù)的15%；而在那些撞擊可生存的事故中，燒死的人數(shù)比例更是高達40%，由此可見，防火對于民用飛機而言至關(guān)重要。

該文對防火系統(tǒng)的功能需求以及實現(xiàn)該需求的電氣設(shè)計展開研究，旨在提高防火系統(tǒng)安全性，對提高飛機整體安全裕度有著積極意義。

1 系統(tǒng)概述

民機防火系統(tǒng)包括探測和滅火兩個子系統(tǒng)。探測系統(tǒng)通過控制器和探測器對指定區(qū)域的煙霧、過熱和著火進行探測和監(jiān)控，一旦危險發(fā)生，即對機組人員發(fā)出聲光告警信號，同時向指示記錄和維護系統(tǒng)提供監(jiān)控信號。指定探測區(qū)域通常包括發(fā)動機艙、輔助動力裝置（APU）艙、貨艙、盥洗室、起落架艙和引氣泄露區(qū)等，視機型不同，通常還包括電子設(shè)備艙和再循環(huán)風扇艙等。滅火系統(tǒng)通過滅火控制板、滅火裝置和手提滅火瓶等對相關(guān)區(qū)域進行滅火，通常包括發(fā)動機滅火瓶、APU滅火瓶、貨艙滅火瓶和客艙手提式滅火瓶等。

2 工作原理

防火系統(tǒng)主要由防火控制器、滅火控制板、著火過熱/煙霧傳感器和滅火裝置組成，以下簡述控制器和控制板的工作原理。

2.1 防火控制器

防火控制器通常安裝在飛機電子電氣設(shè)備艙。作為防火系統(tǒng)的核心設(shè)備，其主要功能是監(jiān)測火警、過熱和煙霧傳感器的信號，一旦產(chǎn)生告警或者故障信號，即發(fā)送給指示和維護系統(tǒng)。防火控制器對火警探測器的兩個通道進行實時監(jiān)控，當雙通道均正常工作時，控制器采用“與”邏輯。

2.2 滅火控制板

滅火控制板安裝在駕駛艙，包括火警指示燈、預位開關(guān)和滅火開關(guān)。當火警產(chǎn)生時，火警指示燈點亮用于對飛行員提供燈光告警，提示機組采取滅火動作。規(guī)定的滅火動作應(yīng)首先按下預位開關(guān)，切斷著火區(qū)域的燃油、液壓和氧氣供給，并為滅火開關(guān)供電。10 s之后按下滅火開關(guān)釋放滅火瓶，確保著火區(qū)域的可燃物燒盡，使釋放的滅火劑可以有效地撲滅火焰。

3 系統(tǒng)電氣設(shè)計輸入

作為一個大量使用電傳感器和總線信號的飛機系統(tǒng)，防火系統(tǒng)的電氣設(shè)計非常具有典型性，以下簡要分析防火系統(tǒng)電氣設(shè)計過程。首先需要從系統(tǒng)功能需求中提取系統(tǒng)與系統(tǒng)電氣設(shè)計相關(guān)的具體設(shè)計要求，以某型飛機為例，防火系統(tǒng)電氣設(shè)計要求主要來源于飛機頂層規(guī)范要求、適航條款要求和系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范要求等。

根據(jù)這些要求，防火系統(tǒng)電氣相關(guān)的設(shè)計要求主要包括。

3.1 防火系統(tǒng)功能冗余設(shè)計

在整體構(gòu)架上，防火系統(tǒng)大量使用雙余度設(shè)計。

（1）探測器采用雙余度設(shè)計，在正常工作時，采用與邏輯，A通道告警時，B通道要在5 s內(nèi)發(fā)出告警信號，此時控制器才判斷為真實告警信號，并向機組告警，否則判斷為誤報警，僅向維護系統(tǒng)記錄故障。

（2）滅火瓶釋放功能采用雙余度設(shè)計，兩路電源輸入分別為同一個滅火瓶爆炸帽，以保證當有一路失效時仍能執(zhí)行預定滅火動作。

（3）防火系統(tǒng)控制器與交聯(lián)系統(tǒng)的通信同樣使用雙余度設(shè)計，由兩路總線信號實現(xiàn)與指示記錄和維護等航電系統(tǒng)的通信。

針對以上功能冗余要求，防火系統(tǒng)電氣線路設(shè)計必須滿足：

（1）互為余度的電氣負載應(yīng)接入不同的電源匯流條。

（2）互為余度的系統(tǒng)功能線束應(yīng)獨立敷設(shè)在不同的飛機線束通道上，保證足夠的隔離距離，以保證轉(zhuǎn)子爆破等特定風險分析時不會使雙通道同時失效。

（3）互為于都的電氣設(shè)備應(yīng)獨立安裝，如斷路器、轉(zhuǎn)接連接器、接線模塊和接地樁等。

3.2 壓降要求

民用飛機供電系統(tǒng)對機載用電設(shè)備的要求規(guī)定，系統(tǒng)壓降設(shè)計必須滿足從直流匯流條到用電設(shè)備端的饋電線電壓降通常不應(yīng)大于2 V。同時各用電設(shè)備在各種工作狀態(tài)下，穩(wěn)態(tài)電壓應(yīng)在表1規(guī)定的范圍內(nèi)。

在實際計算中，系統(tǒng)電源線路壓降由匯流條到斷路器間的壓降、斷路器實際壓降、導線實際壓降三部分組成，線路中分離面連接器或者接線模塊等壓降很小，可忽略不計。

3.3 系統(tǒng)其他設(shè)計要求

防火系統(tǒng)電氣設(shè)計還應(yīng)滿足如下的通用要求防差錯要求，即同一區(qū)域不同功能的設(shè)備連接器需要設(shè)置不同鍵位等物理防差錯手段。

4 相關(guān)條款的要求和驗證舉例

CCAR 25.1203e條款要求：火區(qū)內(nèi)每個火警或過熱探測系統(tǒng)的導線和其它部件必須至少是耐火的。

對于該條款主要可以使用MOC1方法進行說明，首先“耐火”定義為材料或器件要求具有在1100 ℃環(huán)境條件下正常工作5 min的能力。其次，根據(jù)某型飛機防火系統(tǒng)布局定義，指定火區(qū)應(yīng)包括發(fā)動機核心區(qū)、發(fā)動機風扇區(qū)和APU艙。明確這些定義后，再根據(jù)該型飛機的線路圖可以確定這兩個區(qū)域用于防火探測的線路電氣部件包括電纜、連接器和接線端子。這些部件中，所有電纜使用M27500A20JF1N06型高溫耐火電纜，符合MIL-DTL-25038規(guī)范，可以在1100 ℃溫度下工作15 min；連接器采用專用于防火墻安裝的K級不銹鋼插座，符合MIL-DTL-83723規(guī)范，可在20 min內(nèi)防止火焰燒穿；接線端子材料為金屬鎳，熔點為1455 ℃，以上材料均高于耐火要求，所以指定火區(qū)的防火探測系統(tǒng)電氣功能滿足該條款要求。

5 結(jié)語

該文對防火系統(tǒng)功能構(gòu)架做了概況介紹，并以某型飛機為例，在系統(tǒng)電氣設(shè)計過程、要求進行了設(shè)計分析說明，并就適航條款的驗證進行舉例說明。該文對于國內(nèi)民用飛機防火系統(tǒng)電氣設(shè)計具有現(xiàn)實的指導意義，為今后防火的系統(tǒng)設(shè)計和電氣設(shè)計工作的開展奠定了一個良好的基礎(chǔ)。

參考文獻

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