飛機新型行李架系統的研發

劉滉 張繼鑫 鄭策 李仲華 葉子建 張宏偉

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714024

摘要：民航運輸高效快捷，飛機給旅客出行帶來方便的同時，也伴隨著不安全的因素。乘客不正常的拿取行李會影響到客艙秩序甚至危及飛行安全，而新型行李架系統的研發旨在杜絕這一行為。此項研發能夠保證飛行中行李架自動上鎖，除機組成員外，其他人不能隨意打開行李箱。本系統從根本上避免了飛行中旅客取行李時發生行李滑脫的意外以及旅客逃生時拿行李而阻礙逃生的行動。

關鍵詞：行李架；虛擬控制；飛行安全

本文主要研發一款新型行李架系統，在安全的情況下行李架能自動開鎖，而在非正常時間行李架處于常關狀態。本項目正是基于上述需求，保證飛行過程中行李架自動上鎖，除機組成員外，其他人不能隨意打開行李架；而在飛機落地停穩后又能將行李架蓋板開啟，更好地指導乘客在合適的時間取拿行李，從而更好地保障民航運輸的安全和高效。

1 行李架系統的設計

1.1 傳統行李架介紹

現代民航客機使用的行李架主要有兩種形式。一種是上拉式，應用于使用年限較長的飛機（包括部分波音777或空中客車320），這種方式比較占空間。另一種是下拉式，應用于較新的飛機（如737MAX，777300ER，A320NEO，新版737800/900），這種行李架內部容量很大，而且所占空間較小。對于傳統行李架，無論是上拉式還是下拉式，都只安裝了簡單的機械鎖扣裝置，乘客對行李架的開啟與否有完全的控制權。

1.2 行李架系統設計思想

行李架系統的設計目的為增設限制功能，將單一的可由人為因素決定的開啟與關閉轉變為三級權限系統，即在飛機飛行過程中、運行尚未平穩或者發生事故時，系統鎖定行李箱，而在飛機停好后自動解鎖，如在飛行期間有特殊情況發生，可由乘務人員進行手動解鎖，即飛行系統、乘務員、乘客可分別開啟或關閉行李架，只是相應權限級別依次遞減。

本項目考慮到現代飛機機電一體化的特點，設計思路為在保留原行李架機械鎖的基礎上，通過電路來控制整個裝置的運作過程，這樣不僅讓乘客能更好的適應行李架系統的改變，也能夠規避復雜機械結構帶來的可靠性低的弊端，和飛機維護過程中修理或更換故障部件的操作復雜性，既能減小維護成本，降低部件加工成本，亦能減小維護工時。

根據前文，新型行李架研究的關鍵在于控制電路的設計。系統的創新體現在通過起落架收回傳感器、發動機傳感器以及機組人員的手動控制開關控制行李架蓋，杜絕了乘客的人為因素對飛行安全的影響。本項目以LabVIEW軟件集成系統仿真模擬起落架收回傳感器、發動機傳感器的信號，作為輸入，然后通過電路系統控制電磁鎖在不同情況下開閉，以達到系統設計的目的。

1.3 行李架系統工作過程

飛機地面停車時，在乘客登機后，飛機起飛前，這段時間里設計電路不工作，乘客正常自行開關行李架，收放行李。飛機起飛滑行時，輪速以及發動機的功率都相應增加，這時傳感器接收輪速和發動機功率的信號，當這個信號達到一定值的時候，飛機的控制系統發出電流信號，使電路連通，電磁鎖工作，行李架被強制鎖定，乘客無法自行開鎖。在后續的爬升與巡航中均保持這樣的狀態。降落滑跑的過程中，輪速和發動機功率傳感器接收信號，當此信號低于一定值的時候，電路自行斷開，乘客可在飛機速度降低至安全速度時自行取出行李。在緊急情況下，如乘客突發疾病，藥物存放于行李中，乘務員可以使用一個磁卡，通過刷卡，附加電路中的讀卡器進行識別，控制單片機工作，改變接入電磁鐵電路的一個工作在常通狀態下的繼電器工作狀態變為斷開，進而將電磁鎖斷電，實現對某特定行李架的開啟。

1.4 系統控制原理

飛機的飛行狀態（輪速和發動機功率）由LabVIEW模擬，飛機控制系統由數據采集卡模擬。起飛滑行時，當輪速和發動機功率達到一定值，LabVIEW控制電腦通過數據采集卡發出電流信號（飛機的控制系統發出電流信號），干路繼電器通電，改變工作狀態為連通，這時，飛機電源供電，電磁鎖通電工作，行李架被強制鎖定，紅色指示燈亮起。降落滑跑時，當輪速和發動機功率低于一定值，LabVIEW控制電腦通過數據采集卡發出的電流信號中斷，干路繼電器斷電，工作狀態變回為常斷，電路自行斷開，綠色指示燈亮起。飛行過程中，如果出現特殊情況，磁卡接觸連接單片機的讀卡器，使附加電路通電，此時支路繼電器通電，改變工作狀態為斷開，對應支路電流中斷，相應的電磁鎖失去供電不工作，當再次刷卡時，支路繼電器斷電，工作狀態變回為常通，對應支路重新通電，相應的電磁鎖重新工作，鎖緊行李架。

2 行李架實物制作

2.1 行李架箱體制作

基于CATIA建模軟件，對民機行李架進行設計，

采用殼體命令對行李架進行建模，為模擬實際行李架形狀，在建模時注意行李架背部有斜接角度，且口蓋區域有圓弧過渡，其模型如下圖所示。在完成箱體建模以后，根據AMM手冊確認行李箱尺寸，采用PE板作為外蒙皮，完成實物模型的制作。

2.2 LabVIEW模擬及電路連接

LabVIEW作為一種圖形化的編程語言，現已廣泛使用于工程實際中，在本項目中，它作為數據采集和儀器控制的工具，模擬了飛機使用過程中實際參數的變化情況，為系統實際應用提供了方便。

在設計過程中，將整機機艙內的行李架分割成各個獨立的單元，每部分結構配置紅色與綠色指示燈，串聯在電路中，開啟時綠燈亮，關閉時紅燈亮，起到狀態指示的作用。按照相關功能LabVIEW軟件編程圖如下所示：

在計算機端口使用數據采集卡連接電路，即可實現軟件對系統的控制，由于計算機輸出電壓較低，在電路中需連接電壓放大器，達到控制系統要求后，在軟件首頁的控制面板中即可模擬飛機駕駛艙面板對行李架系統的控制功能。

2.3 行李架的安裝

將電磁鎖與前述電路連接完成，通過機械部件安裝于行李箱蓋上，經試驗，在輸入信號大小變化，即飛行狀態改變時，電磁鎖可以正常開閉，且信號燈指示無誤，行李架系統工作正常，實現了系統設計的功能。

3 總結

通過CATIA建模、LabVIEW模擬及電路設計以及實物模型的制造，設計并制作的飛機新型行李架系統能夠根據不同的飛行狀況由飛行員鎖定行李架，并在緊急情況下可用磁卡開啟，避免了乘客人為因素違規開啟而導致的安全事故，具備創新性、可靠性以及實用性，為民航客機行李架的改進提供了參考。

指導教師：張宏偉

參考文獻：

[1]Boeing737300AMM手冊.

[2]LabVIEW從入門到精通.

[3]CATIA從入門到精通.

基金項目：中國民航大學大學生創新創業訓練計劃項目（201610059003）