民用飛機貨艙門電作動控制系統設計

程海龍

【摘 要】隨著飛機多電化發展，民用飛機貨艙門越來越多地采用電作動。本文介紹了貨艙門電作動系統的功能和組成，并重點介紹了貨艙門電作動系統設計的關鍵技術，為民用飛機電動艙門設計提供參考。

【關鍵詞】民用飛機；電作動；貨艙門

0 引言

民用飛機貨艙門作動系統，用于飛機貨艙門的開啟和關閉控制，同時，對貨艙門及其控制系統狀態進行指示。貨艙門作動系統按照作動類型可分為液壓作動和電作動。空客飛機多采用液壓作動系統，例如A300-600飛機、A320飛機等，而波音飛機大多采用電動貨艙門，例如B747-400飛機、B777-200等，也有采用液壓作動的飛機，如B787飛機。電作動貨艙門系統相比較于液壓作動在系統可靠性及維護成本上具有較大優勢。

1 系統功能

隨著90年代兩次飛機貨艙門事故的發生，FAA對飛機艙門安全標準提出了非常嚴格的要求，并于2004年發布了FAR25-114修正案。對于貨艙門作動系統，最新修正案條款明確規定，所有起動任何門的解鎖和解閂的動力源必須在飛行前自動與鎖閂和鎖定系統斷開，并且在飛行中不能給門恢復動力。由此，結合飛機級功能需求，確定貨艙門作動系統功能。民用飛機貨艙門作動系統功能如下：

（a）貨艙門電作動控制，用于開啟或關閉貨艙門。

（b）貨艙門作動系統供電控制，根據飛機狀態，判斷是否給電作動系統供電。

（c）指示與告警，用于向地勤人員提供系統狀態信息并告警。

2 系統組成

根據系統功能要求，貨艙門作動系統由電作動器、控制面板以及軟軸組成，如圖1所示。

圖1 貨艙門電作動系統組成圖

2.1 電作動器

電作動器為貨艙門作動系統的主要組成部分，一般由電機組件和控制單元組成。電機組件為28V直流無刷電機，包括霍爾傳感器脈寬調制（PWM）組件、轉子組件、斷電機械剎車組件、安裝連接點等。電機集成了斷電剎車控制來預防電源失效或突然斷電對附近人員造成的傷害，系統架構的設計通過主動電機控制設計可以允許電機剎車，電機剎車的設計能夠提高系統可靠性和產品壽命。

控制單元以FPGA為基礎，結合電源模塊、濾波模塊，通過輸入輸出信號，實現作動系統控制與監控。FPGA提供錯誤狀態接口、作動器時序、作動器位置處理、電機速度及轉矩控制、電機驅動、剎車控制和自檢測功能。控制單元接收外部輸入的艙門關閉、上拴、上鎖、殘余壓力、打開、關閉和起落架輪載等信號，輸出殘余壓力指示、照明、指示燈控制等信號。

2.2 控制面板

控制面板為地勤人員提供貨艙門控制的開關，同時，提供貨艙門作動系統狀態指示燈，為地勤人員提供正確的操作提示。

2.3 軟軸

軟軸連接控制面板與電作動器，用于在斷電的情況下，人工手動驅動艙門關閉。在控制面板上會有手工驅動的接口，同時，應配備相應的工具實現人工操作。

3 關鍵技術

3.1 供電控制方案

之前的飛機設計中，采用電控方式驅動的電動艙門并未提供可靠的操作指示和在飛行中切斷艙門的供電。電動艙門的操作者無法得到艙門狀態的準確信息和操作的明確指示，容易誤操作損壞艙門的門鎖機構導致空中增壓過程中出現危險狀況。更為嚴重的是，以前的飛機設計中電動艙門是帶電飛行的，由于電動控制系統邏輯錯誤或其他因素，可能導致電動艙門在飛行中工作而打開艙門，造成飛機失壓而造成重大后果。新的適航條款中要求“所有起動任何門的解鎖和解閂的動力源必須在飛行前自動與鎖閂和鎖定系統斷開，并且在飛行中不能給門恢復動力”，因此電動艙門需要一種安全控制系統來滿足條款要求和保證飛機安全。

進行貨艙門作動系統供電控制邏輯設計需要引入艙門信號系統信號，采用接近傳感器來采集貨艙門的關閉、上閂和上鎖三個位置，接近傳感器的激勵和信號處理集成在艙門信號系統控制器中，此控制器從飛機總線中接收起落架輪載信號和空速信號。控制器根據這兩個信號和傳感器邏輯來判斷飛機狀態來控制貨艙門作動控制器供電，系統控制框圖如圖2所示。

與現有技術相比，該設計進一步提高了電動艙門的安全標準，能夠將操作人員的誤操作因素降低到可接受水平，并且能夠完全可靠的切斷飛行過程中電動艙門的供電，能夠充分滿足新適航條例要求和飛機設計安全標準。

圖2 貨艙門作動系統控制框圖

3.2 貨艙門電作動器自動停止技術

在貨艙門關門時，為了防止作動器撞擊門框，破壞門結構上的密封圈，應采用減速機制。當貨艙門接近關閉位置時，作動器將接收從艙門信號系統發出的艙門關閉信號。由于該信號在傳輸過程中存在延時，加上作動器停止需要一定的剎車時間，因此兩者之間的匹配設計成為關鍵，也成為貨艙門電動系統設計的難點。經過試驗測試和計算分析發現，某型艙門信號系統傳感器從探測到信號到發出信號到貨艙門電作動器的延時不能超過100ms，作動器的接近停止位的速度不得高于10mm/s，有了這些需求限制，作動器才能在安全區域停下從而不傷害門結構上的密封圈。

4 總結

隨著多電技術的發展，多電飛機已經成為民航飛機的發展趨勢，而貨艙門作動系統選擇電作動方案也將成為越來越多先進客機的首選。電作動方案也將引領國內大型客機艙門作動系統設計方向，提升國產大飛機的先進性和經濟性。

【參考文獻】

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[2]吳建民，吳銘望，李國經.大型客機航空電子系統研發關鍵技術分析及建議[R].中國航空學會2007年學術年會，2007.

[責任編輯：張濤]endprint