飞机新型行李架系统的研发

刘滉 张继鑫 郑策 李仲华 叶子建 张宏伟

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714024

摘要：民航运输高效快捷，飞机给旅客出行带来方便的同时，也伴随着不安全的因素。乘客不正常的拿取行李会影响到客舱秩序甚至危及飞行安全，而新型行李架系统的研发旨在杜绝这一行为。此项研发能够保证飞行中行李架自动上锁，除机组成员外，其他人不能随意打开行李箱。本系统从根本上避免了飞行中旅客取行李时发生行李滑脱的意外以及旅客逃生时拿行李而阻碍逃生的行动。

关键词：行李架；虚拟控制；飞行安全

本文主要研发一款新型行李架系统，在安全的情况下行李架能自动开锁，而在非正常时间行李架处于常关状态。本项目正是基于上述需求，保证飞行过程中行李架自动上锁，除机组成员外，其他人不能随意打开行李架；而在飞机落地停稳后又能将行李架盖板开启，更好地指导乘客在合适的时间取拿行李，从而更好地保障民航运输的安全和高效。

1 行李架系统的设计

1.1 传统行李架介绍

现代民航客机使用的行李架主要有两种形式。一种是上拉式，应用于使用年限较长的飞机（包括部分波音777或空中客车320），这种方式比较占空间。另一种是下拉式，应用于较新的飞机（如737MAX，777300ER，A320NEO，新版737800/900），这种行李架内部容量很大，而且所占空间较小。对于传统行李架，无论是上拉式还是下拉式，都只安装了简单的机械锁扣装置，乘客对行李架的开启与否有完全的控制权。

1.2 行李架系统设计思想

行李架系统的设计目的为增设限制功能，将单一的可由人为因素决定的开启与关闭转变为三级权限系统，即在飞机飞行过程中、运行尚未平稳或者发生事故时，系统锁定行李箱，而在飞机停好后自动解锁，如在飞行期间有特殊情况发生，可由乘务人员进行手动解锁，即飞行系统、乘务员、乘客可分别开启或关闭行李架，只是相应权限级别依次递减。

本项目考虑到现代飞机机电一体化的特点，设计思路为在保留原行李架机械锁的基础上，通过电路来控制整个装置的运作过程，这样不仅让乘客能更好的适应行李架系统的改变，也能够规避复杂机械结构带来的可靠性低的弊端，和飞机维护过程中修理或更换故障部件的操作复杂性，既能减小维护成本，降低部件加工成本，亦能减小维护工时。

根据前文，新型行李架研究的关键在于控制电路的设计。系统的创新体现在通过起落架收回传感器、发动机传感器以及机组人员的手动控制开关控制行李架盖，杜绝了乘客的人为因素对飞行安全的影响。本项目以LabVIEW软件集成系统仿真模拟起落架收回传感器、发动机传感器的信号，作为输入，然后通过电路系统控制电磁锁在不同情况下开闭，以达到系统设计的目的。

1.3 行李架系统工作过程

飞机地面停车时，在乘客登机后，飞机起飞前，这段时间里设计电路不工作，乘客正常自行开关行李架，收放行李。飞机起飞滑行时，轮速以及发动机的功率都相应增加，这时传感器接收轮速和发动机功率的信号，当这个信号达到一定值的时候，飞机的控制系统发出电流信号，使电路连通，电磁锁工作，行李架被强制锁定，乘客无法自行开锁。在后续的爬升与巡航中均保持这样的状态。降落滑跑的过程中，轮速和发动机功率传感器接收信号，当此信号低于一定值的时候，电路自行断开，乘客可在飞机速度降低至安全速度时自行取出行李。在紧急情况下，如乘客突发疾病，药物存放于行李中，乘务员可以使用一个磁卡，通过刷卡，附加电路中的读卡器进行识别，控制单片机工作，改变接入电磁铁电路的一个工作在常通状态下的继电器工作状态变为断开，进而将电磁锁断电，实现对某特定行李架的开启。

1.4 系统控制原理

飞机的飞行状态（轮速和发动机功率）由LabVIEW模拟，飞机控制系统由数据采集卡模拟。起飞滑行时，当轮速和发动机功率达到一定值，LabVIEW控制电脑通过数据采集卡发出电流信号（飞机的控制系统发出电流信号），干路继电器通电，改变工作状态为连通，这时，飞机电源供电，电磁锁通电工作，行李架被强制锁定，红色指示灯亮起。降落滑跑时，当轮速和发动机功率低于一定值，LabVIEW控制电脑通过数据采集卡发出的电流信号中断，干路继电器断电，工作状态变回为常断，电路自行断开，绿色指示灯亮起。飞行过程中，如果出现特殊情况，磁卡接触连接单片机的读卡器，使附加电路通电，此时支路继电器通电，改变工作状态为断开，对应支路电流中断，相应的电磁锁失去供电不工作，当再次刷卡时，支路继电器断电，工作状态变回为常通，对应支路重新通电，相应的电磁锁重新工作，锁紧行李架。

2 行李架实物制作

2.1 行李架箱体制作

基于CATIA建模软件，对民机行李架进行设计，

采用壳体命令对行李架进行建模，为模拟实际行李架形状，在建模时注意行李架背部有斜接角度，且口盖区域有圆弧过渡，其模型如下图所示。在完成箱体建模以后，根据AMM手册确认行李箱尺寸，采用PE板作为外蒙皮，完成实物模型的制作。

2.2 LabVIEW模拟及电路连接

LabVIEW作为一种图形化的编程语言，现已广泛使用于工程实际中，在本项目中，它作为数据采集和仪器控制的工具，模拟了飞机使用过程中实际参数的变化情况，为系统实际应用提供了方便。

在设计过程中，将整机机舱内的行李架分割成各个独立的单元，每部分结构配置红色与绿色指示灯，串联在电路中，开启时绿灯亮，关闭时红灯亮，起到状态指示的作用。按照相关功能LabVIEW软件编程图如下所示：

在计算机端口使用数据采集卡连接电路，即可实现软件对系统的控制，由于计算机输出电压较低，在电路中需连接电压放大器，达到控制系统要求后，在软件首页的控制面板中即可模拟飞机驾驶舱面板对行李架系统的控制功能。

2.3 行李架的安装

将电磁锁与前述电路连接完成，通过机械部件安装于行李箱盖上，经试验，在输入信号大小变化，即飞行状态改變时，电磁锁可以正常开闭，且信号灯指示无误，行李架系统工作正常，实现了系统设计的功能。

3 总结

通过CATIA建模、LabVIEW模拟及电路设计以及實物模型的制造，设计并制作的飞机新型行李架系统能够根据不同的飞行状况由飞行员锁定行李架，并在紧急情况下可用磁卡开启，避免了乘客人为因素违规开启而导致的安全事故，具备创新性、可靠性以及实用性，为民航客机行李架的改进提供了参考。

指导教师：张宏伟

参考文献：

[1]Boeing737300AMM手册.

[2]LabVIEW从入门到精通.

[3]CATIA从入门到精通.

基金项目：中国民航大学大学生创新创业训练计划项目（201610059003）