移動(dòng)電子設(shè)備機(jī)載供電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)研究

楊 娟 任仁良 張 迪 董艇艦

（中國(guó)民航大學(xué)，天津 300300）

移動(dòng)電子設(shè)備機(jī)載供電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)研究

楊 娟 任仁良 張 迪 董艇艦

（中國(guó)民航大學(xué)，天津 300300）

研究了FAA/EASA適航認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，分析了PED機(jī)載供電系統(tǒng)的電氣功能、系統(tǒng)安裝、安全評(píng)估和持續(xù)適航、操作指南方面的要求，為CAAC適航認(rèn)證提供參考。

便攜式電子設(shè)備；機(jī)載供電系統(tǒng)；適航認(rèn)證

近年來(lái)，隨著移動(dòng)電子設(shè)備（Portable Electronic Devices，PED）的飛速發(fā)展和日益普及，越來(lái)越多的航空公司期望能夠在飛機(jī)上使用移動(dòng)電子設(shè)備，如便攜式電腦、手持計(jì)算設(shè)備和手持游戲設(shè)備等，以便給乘客帶來(lái)更高端、更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。此外，移動(dòng)電子設(shè)備能夠給機(jī)組人員帶來(lái)更便捷的技術(shù)服務(wù)終端。

2013年12月，歐洲航空安全局（EASA）對(duì)移動(dòng)電子設(shè)備的使用指南提出了修改意見(jiàn)，允許在一定條件制約下使用移動(dòng)電子設(shè)備。美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）也頒布了類(lèi)似的修改條例。鑒于FAA/ EASA等權(quán)威機(jī)構(gòu)的政策指引，2014年1月，葡萄牙航空公司TAP Portugal準(zhǔn)許乘客在使用飛行模式或類(lèi)似的設(shè)置且關(guān)閉其無(wú)線與藍(lán)牙功能條件下在所有航線上使用移動(dòng)電子設(shè)備，同年5月，瑞航給出了同樣的使用許可。

PED的機(jī)載供電系統(tǒng)（Power Supply Systems，PSS）在飛行過(guò)程將飛機(jī)電源（115V/400Hz）變換為110V/60Hz或220V/50Hz工頻高壓交流電源和5V USB低壓直流電源，為機(jī)組和乘客的移動(dòng)電子設(shè)備供電。目前，中國(guó)民航局（CAAC）針對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、功能與裝機(jī)標(biāo)準(zhǔn)還在起草和制定階段。FAA/ EASA早在1997年針對(duì)該系統(tǒng)已經(jīng)有了相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，研究FAA/EASA適航標(biāo)準(zhǔn)對(duì)我國(guó)PED的機(jī)載供電系統(tǒng)適航標(biāo)準(zhǔn)的研究具備一定參考價(jià)值。

1 PSS系統(tǒng)構(gòu)成

PSS由控制器MCU（Master Control Unit）、逆變電源IPS（Inverted Power Supply）和輸出插座OU（Outlet）組成，如圖1所示。MCU接收控制信號(hào)，將航空器電源經(jīng)過(guò)功率管理，分配給IPS，并具備保護(hù)功能。IPS將MCU輸入的航空器電源變換為110V/60Hz或220V/60Hz工頻交流電源和5V直流電源，并具備自動(dòng)調(diào)壓和保護(hù)功能。OU是為PED提供電源接口的連接器，安裝位置包括座椅、飛機(jī)墻壁或儲(chǔ)物柜壁等。

2 PSS的FAA/EASA適航要求

EASA 認(rèn)證政策和FAA政策為PED機(jī)載供電系統(tǒng)的適航取證提供指南。這些指南僅適用于為PED提供電源的PSS，包含了對(duì)PSS電氣功能、系統(tǒng)安裝、安全評(píng)估和持續(xù)適航、操作指南方面的要求。

2.1 電氣功能要求

2.1.1 電路保護(hù)和對(duì)使用者的危害

PSS設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)提供電路保護(hù)，防止系統(tǒng)有意或無(wú)意的短路、故障等原因而導(dǎo)致的過(guò)載、煙霧和火災(zāi)。這些故障可能由于液體進(jìn)入或由于接口處進(jìn)入外來(lái)導(dǎo)體引起。因此，PSS插孔安裝的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)盡可能的防止液體流進(jìn)電源插孔。此外，設(shè)計(jì)應(yīng)將外來(lái)導(dǎo)體進(jìn)入電源插孔的可能性應(yīng)降至最低。否則申請(qǐng)者應(yīng)提供可適當(dāng)減少必然危害的設(shè)計(jì)方法。降低危害的辦法包括安裝帶童鎖的接口或僅當(dāng)接頭與插孔匹配時(shí)輸出電源才有效的設(shè)計(jì)。

圖1 PSS組成框圖

2.1.2 電源

PSS的電源應(yīng)來(lái)自飛機(jī)的非重要匯流條，如不為影響持續(xù)安全飛行和著陸的飛機(jī)系統(tǒng)提供電源的匯流條，例如：廚房和地面勤務(wù)匯流條。這將確保達(dá)到證明要求中的安全等級(jí)，且PSS失效或故障不會(huì)影響飛機(jī)安全操作的必要系統(tǒng)的工作。

2.1.3 電氣負(fù)載分析

實(shí)施電氣負(fù)載分析，考慮PSS可能產(chǎn)生的最大負(fù)載，以證實(shí)飛機(jī)的電源系統(tǒng)具備足夠的容量來(lái)安全提供PSS正常使用時(shí)所需的最大電量需求。型號(hào)合格證持有者的電氣負(fù)載分析可作為附加指南參考。開(kāi)展PSS電氣負(fù)載分析前，可進(jìn)行能夠準(zhǔn)確反映飛機(jī)的改裝前電氣負(fù)荷的電氣負(fù)載分析。如果這樣不適用，申請(qǐng)人應(yīng)測(cè)量飛機(jī)改裝前狀態(tài)，并使用這些測(cè)量進(jìn)行PSS電氣負(fù)載分析。

2.1.4 系統(tǒng)關(guān)斷設(shè)置

為了確保PSS不反向影響飛機(jī)重要安全操作系統(tǒng)，PSS可由機(jī)組人員在任何時(shí)候關(guān)斷。關(guān)斷整個(gè)PSS的清晰的標(biāo)簽和明顯的方法（on/off電門(mén)）應(yīng)設(shè)計(jì)在客艙或駕駛艙內(nèi)。不利用跳開(kāi)關(guān)來(lái)斷開(kāi)電源，因?yàn)橹貜?fù)使用跳開(kāi)關(guān)代替電門(mén)會(huì)降低其性能并影響其在額定電流跳開(kāi)值下跳開(kāi)。斷開(kāi)電源應(yīng)盡量離電源近些，允許所有出口的及時(shí)斷開(kāi)。至少有一個(gè)能夠作為允許整個(gè)PSS及時(shí)斷電的總電源開(kāi)關(guān)且應(yīng)明確作標(biāo)記以防止機(jī)組人員混淆并無(wú)意的斷開(kāi)系統(tǒng)。

如果使用多用電門(mén)，設(shè)計(jì)上應(yīng)防止機(jī)組人員混淆，并應(yīng)與主電源開(kāi)關(guān)串聯(lián)，防止機(jī)組誤操作。使用這些電門(mén)的程序應(yīng)寫(xiě)入適當(dāng)?shù)臋C(jī)組操作/訓(xùn)練手冊(cè)。

飛行手冊(cè)要注明PSS應(yīng)被關(guān)斷的飛行階段。

2.1.5 系統(tǒng)狀態(tài)指示

應(yīng)提供指示方法來(lái)使機(jī)組識(shí)別除USB口之外的正在使用接口。如果設(shè)計(jì)時(shí)使用了多用關(guān)斷電門(mén)，則應(yīng)關(guān)注包括每個(gè)電門(mén)位置的系統(tǒng)狀態(tài)指示。這一特性允許機(jī)艙機(jī)組成員來(lái)判斷單個(gè)乘客接口故障是否與安裝組件（例如，座椅安裝組件）或整個(gè)系統(tǒng)有關(guān)，并提供快速定位任何潛在安全事件的能力。駕駛艙P(yáng)SS的狀態(tài)指示（例如：“on”或“off”）應(yīng)與飛機(jī)制造商的系統(tǒng)狀態(tài)指示的設(shè)計(jì)理念一致。

2.1.6 輻射和傳導(dǎo)發(fā)射

PSS設(shè)備通過(guò)電源饋線或其它系統(tǒng)部件的傳導(dǎo)和輻射干擾可能會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)其它系統(tǒng)的性能下降。如果使用濾波器來(lái)解決傳導(dǎo)和輻射干擾，應(yīng)明確人員產(chǎn)生的靜電對(duì)濾波器產(chǎn)生的影響。此外，周期維護(hù)可以保證濾波器的可用性。

根據(jù)EUROCAE ED-14/RTCA DO-160G《機(jī)載設(shè)備的環(huán)境條件和測(cè)試程序》第21章中描述，傳導(dǎo)的試驗(yàn)應(yīng)包括150kHz到至少30MHz。PSS設(shè)備的電磁兼容評(píng)估應(yīng)在所有預(yù)期操作和備用條件下完成。

典型的PED負(fù)載應(yīng)用于檢查來(lái)自PSS在載荷條件下的傳導(dǎo)和電磁干擾輻射。應(yīng)測(cè)試在最差位置下熟知的最壞載荷情況。如果沒(méi)有輻射分析，應(yīng)考慮下述情況：

· 無(wú)負(fù)載；

· 一個(gè)負(fù)載：PSS提供的最小和最大電源容量；

· 多個(gè)負(fù)載連接；

· 所有的負(fù)載連接：PSS提供的最小和最大電源。

將上述特定的負(fù)載連接至PSS來(lái)進(jìn)行傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試。但這并非取證要求，可使用能夠證實(shí)型號(hào)技術(shù)的額外測(cè)試。PED電磁輻射可能無(wú)法達(dá)到H等級(jí)（參考EUROCAE ED-14/RTCA DO-160 21章），但PSS應(yīng)濾去由于PED或PSS自身產(chǎn)生的有害傳導(dǎo)輻射，避免影響飛機(jī)其他系統(tǒng)。

2.1.7 超溫保護(hù)

PSS應(yīng)包括超溫保護(hù)。如果探測(cè)到超溫發(fā)生，系統(tǒng)自動(dòng)切斷，降低發(fā)生火災(zāi)的可能。由于超溫而發(fā)生自動(dòng)切斷后不可自動(dòng)復(fù)位，只能經(jīng)過(guò)檢查并根據(jù)操作程序來(lái)人工完成。

2.1.8 易燃要求

PSS的所有部件應(yīng)滿足適用的易燃要求。

2.1.9 功率限制

PSS的功能是提供能夠供PED工作的電源。PSS不用提供比正常預(yù)期更多的電量。PSS的最大可用功率應(yīng)限制在200W。特殊情況下，需要更高的電量，例如醫(yī)療或其他特殊設(shè)備或特殊功能飛機(jī)，申請(qǐng)者應(yīng)向適航當(dāng)局提供申請(qǐng)來(lái)增加電容量。該申請(qǐng)應(yīng)包括提出增加容量的理由和相關(guān)設(shè)計(jì)特性。

2.1.10 油箱防火保護(hù)

與PSS有關(guān)的所有導(dǎo)線和設(shè)備，應(yīng)該按照CS25.981 102號(hào)修正案《運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)燃油箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)評(píng)審、降低可燃性以及維護(hù)和檢查要求》或更新修正案來(lái)設(shè)計(jì)。為了滿足這些要求，如果油箱系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)線沒(méi)有受到快速抑制設(shè)備或其它能夠降低油箱危險(xiǎn)能量等級(jí)的方法的保護(hù)，所有的PSS導(dǎo)線應(yīng)與下述導(dǎo)線分隔開(kāi)：

· 與油箱內(nèi)部件相連的電路導(dǎo)線，例如油量傳感器、加油閥和浮子電門(mén)；

· 直接與油箱內(nèi)部件關(guān)聯(lián)設(shè)備的電路導(dǎo)線，以及那些油箱和非油箱之間沒(méi)有被充分電氣隔離的電路導(dǎo)線。要特別注意電源導(dǎo)線和與非油箱導(dǎo)線連接的導(dǎo)線之間發(fā)生的短路，這些與非油箱導(dǎo)線連接的導(dǎo)線連接了油箱系統(tǒng)有關(guān)的LRU組件（如油量程序組件），組件內(nèi)可能會(huì)發(fā)生PC電路板的短路，由此增大危險(xiǎn)能量等級(jí)。

2.2 PSS的安裝要求

2.2.1 一般要求

與PSS相關(guān)的電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)（EWIS）的安裝，應(yīng)符合相關(guān)要求，參考如下要求：導(dǎo)線的安裝應(yīng)該滿足飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)線路施工手冊(cè)的要求；應(yīng)該使用標(biāo)準(zhǔn)OEM導(dǎo)線或替代類(lèi)型；所有的設(shè)計(jì)需有必要的數(shù)據(jù)來(lái)支撐，包括可用的安裝圖和線路圖，符合Commission Regulation (EC) No 1702/2003 附錄21A.31部分的要求；EWIS導(dǎo)線路徑應(yīng)沿著標(biāo)準(zhǔn)的飛機(jī)線槽、隔離或等效隔離，用符合標(biāo)準(zhǔn)線路施工手冊(cè)（SWPM）要求，保持最小距離。

當(dāng)缺少SWPM中更多指定的要求時(shí)，230V交流電源導(dǎo)線不應(yīng)沿著飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)線槽安裝。PSS相關(guān)EWIS導(dǎo)線穿過(guò)機(jī)艙，由于導(dǎo)線暴露在危險(xiǎn)中（例如座椅框摩擦、旅客踩踏或座椅電氣盒敲擊、溢出液體等），造成系統(tǒng)潛在故障發(fā)生的可能性將增加。由于這些系統(tǒng)暴露在危險(xiǎn)中，反向影響其他安全必要系統(tǒng)以及發(fā)生人員電擊的可能性大幅增加。防止安裝其座椅內(nèi)EWIS組件受損，適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施以防止其受到旅客腳的損壞或用手打開(kāi)接近?？刂艵WIS和設(shè)備安裝的工程數(shù)據(jù)應(yīng)包括對(duì)路徑、支撐和保護(hù)的明確的、清晰的要求，以完成對(duì)安裝所需部件的識(shí)別。

2.2.2 高壓交流電源安裝的特殊要求

由于給飛機(jī)和擁有人會(huì)帶來(lái)更大的風(fēng)險(xiǎn)，PSS高壓交流電源（例如110 V AC 60 Hz，230 V AC 50 Hz）還應(yīng)考慮下述標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2.1 接口標(biāo)簽

由于PSS高壓交流部分增加了人員傷害風(fēng)險(xiǎn)，輸出電壓和頻率應(yīng)在電源插孔做好標(biāo)記（例如，110 V AC 60 Hz）。這樣的標(biāo)記也能夠避免用戶(hù)連接不恰當(dāng)?shù)母邏弘娫唇涌?。?yīng)給出用于不同電源和不同插頭適配器的各種接口和插頭的類(lèi)型，僅僅考慮插孔類(lèi)型是不夠的。高壓設(shè)備的電源插孔應(yīng)標(biāo)記其最大輸出功率。

2.2.2.2 故障保護(hù)

為了避免人員傷害，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施例如差動(dòng)保護(hù)和/或漏電隔離（隔離變壓）來(lái)使得乘客或機(jī)組人員電擊的可能降至最低。這將防止無(wú)意觸碰系統(tǒng)的帶電部分。故障保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)包括監(jiān)控故障探測(cè)電路狀態(tài)的特性，如果探測(cè)到故障，出口電源應(yīng)自動(dòng)移除，且不允許自動(dòng)復(fù)位。

電源接通差動(dòng)保護(hù)具備的特性（或等效特性）見(jiàn)表1。

2.2.2.3 艙內(nèi)釋壓

由于可能發(fā)生艙內(nèi)釋壓并導(dǎo)致電弧，當(dāng)出現(xiàn)艙內(nèi)快速釋壓時(shí)應(yīng)能自動(dòng)切斷PSS，除非系統(tǒng)可滿足EUROCAE ED-14/RTCA DO-160，在快速釋壓環(huán)境下不會(huì)發(fā)生電弧。

表1 電源接通差動(dòng)保護(hù)具備的特性

2.2.3 有水區(qū)域安裝PSS電源接口的附加標(biāo)準(zhǔn)

如果PSS電源接口安裝在有水的空間或區(qū)域（例如水龍頭）或淋?。ㄔ∈遥?，下述要求應(yīng)滿足：水龍頭和電源接口的距離不少于0.6m；如果電源接口和水源距離在0.3m到0.6m之間，電源接口應(yīng)加裝蓋子，或安裝時(shí)讓接口的前側(cè)朝下；任何淋浴室應(yīng)封頂；淋浴室內(nèi)不允許裝此類(lèi)電源接口；電源接口不允許安裝在淋浴室門(mén)附近的0.6m以?xún)?nèi)。

2.3 安全評(píng)估與持續(xù)適航要求

2.3.1 安全評(píng)估

對(duì)每個(gè)PSS進(jìn)行適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量和/或數(shù)量失效分析來(lái)證明其滿足適航要求，分析應(yīng)考慮PSS的環(huán)境影響、EWIS安裝和隔離、冷卻以及用來(lái)防止PSS火災(zāi)、超溫和電擊的安全特性。

2.3.2 持續(xù)適航的操作指南（ICA）

ICA應(yīng)包括維持PSS的所有必要維護(hù)行為以保持飛機(jī)的持續(xù)適航。

2.4 操作指南要求

機(jī)組執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中，可根據(jù)適當(dāng)?shù)牟僮?訓(xùn)練手冊(cè)，或根據(jù)必須包括下述最小技術(shù)數(shù)據(jù)和操作信息的操作指南來(lái)完成。

· 系統(tǒng)描述；

· 激活/切斷PSS的說(shuō)明，例如系統(tǒng)控制電門(mén)和旅客控制；

· 每個(gè)飛行階段的使用限制說(shuō)明（例如PSS應(yīng)在關(guān)鍵飛行階段切斷：起飛和降落）；

· 客艙機(jī)組人員對(duì)旅客使用情況的監(jiān)控。

此外，建議考慮執(zhí)行下述操作，并由適當(dāng)人員來(lái)檢查。

· 飛行和客艙機(jī)組通訊/合作，如適用；

· 危害，例如絆倒，由于覆蓋了枕頭、毛毯等物而造成的旅客設(shè)備超溫；

· 旅客信息，例如播放安全預(yù)防和警告時(shí)不應(yīng)沒(méi)有任何提示而中斷電源；

· 系統(tǒng)故障和/或個(gè)別組件和糾正措施的辨識(shí)。

3 總結(jié)

機(jī)載設(shè)備是飛機(jī)不可或缺的功能和保障系統(tǒng)，是完成各項(xiàng)使命所需的任務(wù)系統(tǒng)。機(jī)載系統(tǒng)的技術(shù)水平是現(xiàn)代飛機(jī)高科技含量和先進(jìn)性的重要體現(xiàn)，也是提高飛機(jī)安全性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性的重要技術(shù)基礎(chǔ)。隨著我國(guó)對(duì)機(jī)上使用PED設(shè)備政策的放開(kāi)，亟需制定PED供電系統(tǒng)相關(guān)的民航政策指南，以提供在保障飛行安全的前提下加裝或改裝該系統(tǒng)；此外，隨著中國(guó)大飛機(jī)產(chǎn)業(yè)的飛速進(jìn)程，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)在必行。FAA/EASA針對(duì)移動(dòng)電子設(shè)備的機(jī)載供電系統(tǒng)的政策和標(biāo)準(zhǔn)為我國(guó)PED機(jī)載供電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)研究提供了重要技術(shù)支持。

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（編輯：雨晴）

V221+.91

C

1003-6660（2016）06-0032-04

10.13237/j.cnki.asq.2016.06.008

[收修訂稿日期]2015-12-25

民航行業(yè)安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)重大項(xiàng)目（AADSA0038）；中國(guó)民航大學(xué)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（CAUCETRN-2015-03）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目（3122016D009）