民用飛機防火系統研究及其電氣設計淺析

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，防火系統作為應急備份系統，是保障飛機安全運行的重要一環。該文介紹了民用飛機防火系統的功能構架、設計需求及電氣原理，并以結合某型飛機實例，簡要分析了防火系統相關電氣設計流程，并舉例解釋了一些適航條款的驗證情況。

關鍵詞：民用飛機 防火系統 電氣設計 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計中需要考慮的重要一環，不管是飛行狀態還是地面狀態，火都是嚴重危害飛機安全的因素之一。據統計，在美國民航飛機墜毀事故中，墜毀后被火燒死的人數占全部死亡人數的15%；而在那些撞擊可生存的事故中，燒死的人數比例更是高達40%，由此可見，防火對于民用飛機而言至關重要。

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

1 系統概述

民機防火系統包括探測和滅火兩個子系統。探測系統通過控制器和探測器對指定區域的煙霧、過熱和著火進行探測和監控，一旦危險發生，即對機組人員發出聲光告警信號，同時向指示記錄和維護系統提供監控信號。指定探測區域通常包括發動機艙、輔助動力裝置（APU）艙、貨艙、盥洗室、起落架艙和引氣泄露區等，視機型不同，通常還包括電子設備艙和再循環風扇艙等。滅火系統通過滅火控制板、滅火裝置和手提滅火瓶等對相關區域進行滅火，通常包括發動機滅火瓶、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備艙。作為防火系統的核心設備，其主要功能是監測火警、過熱和煙霧傳感器的信號，一旦產生告警或者故障信號，即發送給指示和維護系統。防火控制器對火警探測器的兩個通道進行實時監控，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、預位開關和滅火開關。當火警產生時，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。規定的滅火動作應首先按下預位開關，切斷著火區域的燃油、液壓和氧氣供給，并為滅火開關供電。10 s之后按下滅火開關釋放滅火瓶，確保著火區域的可燃物燒盡，使釋放的滅火劑可以有效地撲滅火焰。

3 系統電氣設計輸入

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

根據這些要求，防火系統電氣相關的設計要求主要包括。

3.1 防火系統功能冗余設計

在整體構架上，防火系統大量使用雙余度設計。

（1）探測器采用雙余度設計，在正常工作時，采用與邏輯，A通道告警時，B通道要在5 s內發出告警信號，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，僅向維護系統記錄故障。

（2）滅火瓶釋放功能采用雙余度設計，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行預定滅火動作。

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

針對以上功能冗余要求，防火系統電氣線路設計必須滿足：

（1）互為余度的電氣負載應接入不同的電源匯流條。

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

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

3.2 壓降要求

民用飛機供電系統對機載用電設備的要求規定，系統壓降設計必須滿足從直流匯流條到用電設備端的饋電線電壓降通常不應大于2 V。同時各用電設備在各種工作狀態下，穩態電壓應在表1規定的范圍內。

在實際計算中，系統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 系統其他設計要求

防火系統電氣設計還應滿足如下的通用要求防差錯要求，即同一區域不同功能的設備連接器需要設置不同鍵位等物理防差錯手段。

4 相關條款的要求和驗證舉例

CCAR 25.1203e條款要求：火區內每個火警或過熱探測系統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 ℃環境條件下正常工作5 min的能力。其次，根據某型飛機防火系統布局定義，指定火區應包括發動機核心區、發動機風扇區和APU艙。明確這些定義后，再根據該型飛機的線路圖可以確定這兩個區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規范，可在20 min內防止火焰燒穿；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，所以指定火區的防火探測系統電氣功能滿足該條款要求。

5 結語

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

參考文獻

[1] 向淑蘭，付堯明.現代飛機貨艙火警探測系統研究[J].中國測試技術，2004，30（5）：18-20.

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