民用飞机防火系统研究及其电气设计浅析

郭大可

摘 要：安全性是民用飞机能否顺利取得适航资格的重要指标，防火系统作为应急备份系统，是保障飞机安全运行的重要一环。该文介绍了民用飞机防火系统的功能构架、设计需求及电气原理，并以结合某型飞机实例，简要分析了防火系统相关电气设计流程，并举例解释了一些适航条款的验证情况。

关键词：民用飞机 防火系统 电气设计 适航

中图分类号：V19 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（a）-0091-01

安全性是民用飞机设计中需要考虑的重要一环，不管是飞行状态还是地面状态，火都是严重危害飞机安全的因素之一。据统计，在美国民航飞机坠毁事故中，坠毁后被火烧死的人数占全部死亡人数的15%；而在那些撞击可生存的事故中，烧死的人数比例更是高达40%，由此可见，防火对于民用飞机而言至关重要。

该文对防火系统的功能需求以及实现该需求的电气设计展开研究，旨在提高防火系统安全性，对提高飞机整体安全裕度有着积极意义。

1 系统概述

民机防火系统包括探测和灭火两个子系统。探测系统通过控制器和探测器对指定区域的烟雾、过热和着火进行探测和监控，一旦危险发生，即对机组人员发出声光告警信号，同时向指示记录和维护系统提供监控信号。指定探测区域通常包括发动机舱、辅助动力装置（APU）舱、货舱、盥洗室、起落架舱和引气泄露区等，视机型不同，通常还包括电子设备舱和再循环风扇舱等。灭火系统通过灭火控制板、灭火装置和手提灭火瓶等对相关区域进行灭火，通常包括发动机灭火瓶、APU灭火瓶、货舱灭火瓶和客舱手提式灭火瓶等。

2 工作原理

防火系统主要由防火控制器、灭火控制板、着火过热/烟雾传感器和灭火装置组成，以下简述控制器和控制板的工作原理。

2.1 防火控制器

防火控制器通常安装在飞机电子电气设备舱。作为防火系统的核心设备，其主要功能是监测火警、过热和烟雾传感器的信号，一旦产生告警或者故障信号，即发送给指示和维护系统。防火控制器对火警探测器的两个通道进行实时监控，当双通道均正常工作时，控制器采用“与”逻辑。

2.2 灭火控制板

灭火控制板安装在驾驶舱，包括火警指示灯、预位开关和灭火开关。当火警产生时，火警指示灯点亮用于对飞行员提供灯光告警，提示机组采取灭火动作。规定的灭火动作应首先按下预位开关，切断着火区域的燃油、液压和氧气供给，并为灭火开关供电。10 s之后按下灭火开关释放灭火瓶，确保着火区域的可燃物烧尽，使释放的灭火剂可以有效地扑灭火焰。

3 系统电气设计输入

作为一个大量使用电传感器和总线信号的飞机系统，防火系统的电气设计非常具有典型性，以下简要分析防火系统电气设计过程。首先需要从系统功能需求中提取系统与系统电气设计相关的具体设计要求，以某型飞机为例，防火系统电气设计要求主要来源于飞机顶层规范要求、适航条款要求和系统设计规范要求等。

根据这些要求，防火系统电气相关的设计要求主要包括。

3.1 防火系统功能冗余设计

在整体构架上，防火系统大量使用双余度设计。

（1）探测器采用双余度设计，在正常工作时，采用与逻辑，A通道告警时，B通道要在5 s内发出告警信号，此时控制器才判断为真实告警信号，并向机组告警，否则判断为误报警，仅向维护系统记录故障。

（2）灭火瓶释放功能采用双余度设计，两路电源输入分别为同一个灭火瓶爆炸帽，以保证当有一路失效时仍能执行预定灭火动作。

（3）防火系统控制器与交联系统的通信同样使用双余度设计，由两路总线信号实现与指示记录和维护等航电系统的通信。

针对以上功能冗余要求，防火系统电气线路设计必须满足：

（1）互为余度的电气负载应接入不同的电源汇流条。

（2）互为余度的系统功能线束应独立敷设在不同的飞机线束通道上，保证足够的隔离距离，以保证转子爆破等特定风险分析时不会使双通道同时失效。

（3）互为于都的电气设备应独立安装，如断路器、转接连接器、接线模块和接地桩等。

3.2 压降要求

民用飞机供电系统对机载用电设备的要求规定，系统压降设计必须满足从直流汇流条到用电设备端的馈电线电压降通常不应大于2 V。同时各用电设备在各种工作状态下，稳态电压应在表1规定的范围内。

在实际计算中，系统电源线路压降由汇流条到断路器间的压降、断路器实际压降、导线实际压降三部分组成，线路中分离面连接器或者接线模块等压降很小，可忽略不计。

3.3 系统其他设计要求

防火系统电气设计还应满足如下的通用要求防差错要求，即同一区域不同功能的设备连接器需要设置不同键位等物理防差错手段。

4 相关条款的要求和验证举例

CCAR 25.1203e条款要求：火区内每个火警或过热探测系统的导线和其它部件必须至少是耐火的。

对于该条款主要可以使用MOC1方法进行说明，首先“耐火”定义为材料或器件要求具有在1100 ℃环境条件下正常工作5 min的能力。其次，根据某型飞机防火系统布局定义，指定火区应包括发动机核心区、发动机风扇区和APU舱。明确这些定义后，再根据该型飞机的线路图可以确定这两个区域用于防火探测的线路电气部件包括电缆、连接器和接线端子。这些部件中，所有电缆使用M27500A20JF1N06型高温耐火电缆，符合MIL-DTL-25038规范，可以在1100 ℃温度下工作15 min；连接器采用专用于防火墙安装的K级不锈钢插座，符合MIL-DTL-83723规范，可在20 min内防止火焰烧穿；接线端子材料为金属镍，熔点为1455 ℃，以上材料均高于耐火要求，所以指定火区的防火探测系统电气功能满足该条款要求。

5 结语

该文对防火系统功能构架做了概况介绍，并以某型飞机为例，在系统电气设计过程、要求进行了设计分析说明，并就适航条款的验证进行举例说明。该文对于国内民用飞机防火系统电气设计具有现实的指导意义，为今后防火的系统设计和电气设计工作的开展奠定了一个良好的基础。

参考文献

[1] 向淑兰，付尧明.现代飞机货舱火警探测系统研究[J].中国测试技术，2004，30（5）：18-20.

[2] 向淑兰，付尧明.基于神经网络数据融合技术的飞机货舱火警方法研究[J].探测与控制学报，2005，27（4）：47-50.endprint