飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)火警狀態(tài)監(jiān)測(cè)教學(xué)演示系統(tǒng)

賈桂敏， 王 磊， 陳萬(wàn)通， 吳 維

(中國(guó)民航大學(xué) 1. 電子信息與自動(dòng)化學(xué)院，2. 空中交通管理學(xué)院， 天津300300)

0 引言

火災(zāi)是對(duì)飛機(jī)安全及飛行安全的最大威脅之一，適航標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定民用運(yùn)輸類飛機(jī)應(yīng)具備火警檢測(cè)能力。筆者依據(jù)現(xiàn)代大型運(yùn)輸飛機(jī)(如A320、B737等)在發(fā)動(dòng)機(jī)火警檢測(cè)中的探測(cè)方式，參照氣體感溫線傳感器和飛機(jī)火警檢測(cè)組件FDU(Fire Detection Unit)的工作原理，結(jié)合飛機(jī)駕駛艙發(fā)動(dòng)機(jī)火警狀態(tài)告警情況，設(shè)計(jì)一套用于教學(xué)的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)火警狀態(tài)監(jiān)測(cè)演示系統(tǒng)[1～3]。

該系統(tǒng)能夠?qū)怏w感溫線火警傳感器的工作原理進(jìn)行電子化實(shí)物模擬與動(dòng)態(tài)顯示，使學(xué)生更直觀地了解傳感器的控制過程，可用于傳感器及控制的相關(guān)課程教學(xué)。該系統(tǒng)還能用于電子專業(yè)多門相關(guān)課程的教學(xué)工作。例如，系統(tǒng)具備火警和傳感器故障的檢測(cè)功能，可以更形象地給學(xué)生演示和講解飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)火警監(jiān)測(cè)邏輯設(shè)計(jì)依據(jù)；通過對(duì)火警和故障狀態(tài)進(jìn)行聲光告警、故障信息記錄等動(dòng)態(tài)演示，使學(xué)生對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)火警探測(cè)和告警系統(tǒng)有更深入的了解；通過該系統(tǒng)的功能演示，能使學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)機(jī)載電子系統(tǒng)中常采用的雙余度、多余度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，對(duì)民航工程實(shí)踐問題有更深入的了解，鞏固對(duì)相關(guān)課程知識(shí)的理解[4]；通過對(duì)系統(tǒng)單元電路及程序的講解，教師可將飛機(jī)火警檢測(cè)與告警作為應(yīng)用實(shí)例，服務(wù)于“模擬電路”、“數(shù)字電路”、“嵌入式設(shè)計(jì)”等課程的教學(xué)工作，既貼近民航應(yīng)用實(shí)際，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，又能培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

1 演示系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)

本文介紹的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)火警狀態(tài)監(jiān)測(cè)演示教學(xué)系統(tǒng)根據(jù)中國(guó)民用航空技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(CTSO-C11e)、SAE航空航天標(biāo)準(zhǔn)(AS8028、HB6759-93)，考慮到演示的安全性和可操作性以及面向教學(xué)原理演示的設(shè)計(jì)需求，制定了如下的主要技術(shù)指標(biāo)：①能夠正確判斷火警及傳感器故障狀態(tài)，能夠?qū)怏w感溫線火警傳感器的工作原理進(jìn)行電子化實(shí)物模擬與動(dòng)態(tài)顯示，能夠?qū)鹁皞鞲衅鞴收蠣顟B(tài)進(jìn)行聲光告警、故障信息記錄等動(dòng)態(tài)演示；②傳感器火警告警延時(shí)：≤5s； ③虛警率(100次測(cè)試)：≤1次；④漏報(bào)率(100次測(cè)試)：≤1次；⑤火警告警溫度：≥45℃；⑥火警消警溫度：≤40℃。

2 演示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖1所示。該系統(tǒng)由供電單元、加熱裝置、氣體感溫線傳感器模擬單元、火警狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元、聲光告警單元和上位機(jī)單元六個(gè)部分組成。

(1)供電單元根據(jù)設(shè)計(jì)要求給系統(tǒng)的其他功能模塊供電。

(2)加熱裝置中包括一個(gè)溫度控制器和一組加熱絲，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)火警位置(“火源”)，為氣體感溫線傳感器模擬單元提供熱源。

(3)傳感器模擬單元采用雙回路布置方案，每一回路包括1個(gè)溫度傳感器、1組測(cè)溫電路、2個(gè)繼電器和1個(gè)開關(guān)，分別模擬氣體感溫線傳感器的感溫線體和雙電門動(dòng)作膜盒，兩個(gè)回路共用1個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)進(jìn)行溫度判斷并控制繼電器改變狀態(tài)，從而模擬火警或故障信號(hào)的輸出，通過1個(gè)顯示屏幕對(duì)傳感器模擬單元工作狀態(tài)同步顯示。

(4)火警狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元也采用雙回路、雙備份的設(shè)計(jì)方案，其中信號(hào)調(diào)理電路將傳感器模擬單元的輸出電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓變化，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后由雙備份設(shè)計(jì)的邏輯門電路進(jìn)行雙回路邏輯判斷，火警和故障檢測(cè)邏輯根據(jù)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)火警檢測(cè)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過CAN總線輸出火警或故障信息。

(5)聲光告警單元接收火警狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元發(fā)出的信息，參照飛機(jī)實(shí)際火警的聲光告警方式，一是采用發(fā)光二極管組進(jìn)行燈光告警，二是采用語(yǔ)音合成芯片進(jìn)行中文語(yǔ)音告警。

(6)上位機(jī)單元接收火警狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元發(fā)出的信息，采用具備觸摸控制功能的嵌入式顯示終端設(shè)計(jì)，可以對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)火警的告警信息進(jìn)行圖形化動(dòng)態(tài)演示，模擬ECAM組件火警及故障信息顯示、記錄等功能。同時(shí)，上位機(jī)單元還具備控制整個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)復(fù)位的功能。

3 演示系統(tǒng)指標(biāo)影響因素分析及測(cè)試

3.1 演示系統(tǒng)指標(biāo)影響因素分析

(1)傳感器火警告警延時(shí)影響因素：根據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，演示系統(tǒng)中傳感器火警告警延時(shí)指

標(biāo)是指被測(cè)“火源”溫度達(dá)到火警告警溫度后，采用直接接觸“火源”的探測(cè)方式，氣體感溫線傳感器模擬單元發(fā)出火警告警信號(hào)的時(shí)間間隔。因此，本系統(tǒng)傳感器火警告警延時(shí)主要影響因素包括：①“火源”溫度探測(cè)傳感器熱慣性延時(shí)和測(cè)溫精度；②模擬電路延時(shí)，主要包括溫度測(cè)量電路、繼電器驅(qū)動(dòng)電路，以及軟件處理延時(shí)，合計(jì)約2 s。

(2)系統(tǒng)虛警率和漏報(bào)率指標(biāo)的影響因素主要包括：①火警信號(hào)探測(cè)、信號(hào)處理、火警狀態(tài)告警等子系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的容錯(cuò)性；②火警狀態(tài)監(jiān)測(cè)邏輯設(shè)計(jì)的嚴(yán)密性；③火警狀態(tài)信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)的可靠性；④火警狀態(tài)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)與火警告警子系統(tǒng)通信的可靠性。

(3)傳感器告警溫度和消警溫度指標(biāo)的影響因素主要包括：①氣動(dòng)線模擬單元“火源”溫度探測(cè)傳感器測(cè)量精度；②測(cè)溫電路設(shè)計(jì)合理性和溫度檢測(cè)軟件處理方法。

3.2 演示系統(tǒng)測(cè)試及實(shí)物

按照實(shí)際火警探測(cè)器性能指標(biāo)驗(yàn)收要求，演示系統(tǒng)測(cè)試的環(huán)境溫度為室溫，近似標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力，傳感器與“火源”采用直接接觸方式進(jìn)行探測(cè)，同時(shí)“火源”的溫度測(cè)量傳感器與待測(cè)試火警探測(cè)器放置于同一位置，以確保測(cè)試試驗(yàn)條件處于同一測(cè)量溫度下。演示系統(tǒng)經(jīng)100次完整測(cè)試的試驗(yàn)結(jié)果如表1所示?？梢钥闯?，系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。演示系統(tǒng)實(shí)物如圖2所示。

表1飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)火警狀態(tài)監(jiān)測(cè)教學(xué)演示系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一種民航飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)火警狀態(tài)監(jiān)測(cè)教學(xué)演示系統(tǒng)，不僅能用于“傳感器”、”自動(dòng)控制”、“模擬電路”、“數(shù)字電路”、“機(jī)載電子系統(tǒng)”等相關(guān)課程的教學(xué)演示，還能作為應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行演示，使學(xué)生通過對(duì)民航火警實(shí)際問題的分析、建模和解決，鞏固理論知識(shí)，鍛煉工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

(a) 系統(tǒng)外觀

(b) 系統(tǒng)內(nèi)部圖2演示系統(tǒng)實(shí)物