民用飛機艙門控制系統的設計研究

趙靜雯 孫歡慶

引言

隨著民機技術的發展，飛機艙門控制系統逐漸由過去的機械控制轉變為電氣系統控制，并利用傳感器實時給出各個艙門的狀態。2004年FAA-114修正案中對艙門相關的條款進行了大幅修改，對艙門及其控制系統提出了嚴苛的要求，中國民航局在CCAR25 R4的783條款中加入了艙門控制相關的條款，要求大型客機的艙門控制系統必須滿足最新的適航條款要求，達到最新的民用飛機設計標準。

1.適航條款

在CCAR25中，艙門控制系統設計需考慮的相關條款如下：

（1）可能引起任何艙門解鎖或脫閂的所有動力源都必須在飛行前與上閂和上鎖系統自動脫開，并且在飛行中不得向艙門重新供能。

（2）每扇艙門必須有措施防止飛行中被人無意打開。此外，必須采取設計預防措施以把艙門在飛行中被人故意打開的可能性減到最低程度。如果這些預防措施中包括使用輔助裝置的話，那么這類裝置及其操作系統必須設計成使得單個故障不會造成一扇以上的艙門打不開的后果，并且發生導致著陸后會打不開艙門的故障的概率很小。

（3）必須有措施防止在任何一扇承受增壓的艙門沒有完全關閉、閂住和鎖定的情況下把飛機增壓到一個不安全的水平。

（4）警告、警戒和提示指示。

在每扇艙門的操作者位置處必須有可靠的手段指示：關閉、閂住和鎖定該艙門所需的全部操作均已完成。

必須有可靠的手段使每個操作者在其位置處均能清晰地看到對于一旦脫閂可能會造成危險的任何艙門的如下指示：該艙門是否沒有完全關閉、閂住和鎖定。

駕駛艙中必須有目視裝置在任何艙門沒有完全關閉、閂住和鎖定時向機組發出信號。對于以下的艙門，該裝置必須設計成使得導致誤示關閉、閂住和鎖定的任何故障或故障組合的概率很小：打開時首先作非內向運動的承受增壓的每扇艙門；或是如果未閂住可能會造成危險的每扇艙門。

（5）如果艙門的打開會妨礙安全起飛并導致返回著陸，那么在起飛滑跑之前或其開始階段期間一旦任何此類艙門沒有完全關閉、閂住和鎖定時必須向機組發出音響警告。

2.艙門控制系統的功能定義與分解

根據適航條款要求，艙門控制系統包括艙門信號系統、貨艙門電作動器和飛行鎖系統，其中貨艙門電作動器的上電和飛行鎖的控制都是由艙門信號系統來完成的。表1闡述了艙門控制系統從飛機級功能到系統級功能的分解。

3.艙門控制系統設計

3.1艙門信號系統設計

艙門信號系統以大量高精度接近傳感器為基礎，實現對全機艙門、滑梯和飛行鎖的狀態指示與報警，同時還集成了對飛行鎖、滑梯和貨艙門供電等的控制功能。

艙門信號系統包括艙門信號控制盒、接近傳感器、指示面板和指示燈以及實現補償功能的外部設備，其中，艙門信號控制盒是艙門信號系統的處理核心。

艙門信號系統接受航電空速總線信號，完成全機飛行鎖的控制；接受發動機關閉信號和起落架系統空地信號，完成貨艙門作動器的供電控制和狀態指示邏輯控制；集成艙門系統和滑梯系統接近傳感器信號的處理；顯示艙門狀態、滑梯狀態和剩余壓力。

3.2艙門電作動器設計

在以前的飛機設計中，采用電控方式驅動的電動艙門并未提供可靠的操作指示，這使得操作者無法得到艙門狀態的準確信息和操作的明確指示，容易因誤操作而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，飛機在飛行中不會切斷艙門的供電，由于電動控制系統邏輯錯誤或其他因素，可能會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性能要求和保證飛機安全。

艙門電作動器的設計目的是，提供一種既可以在地面給操作人員準確的指示，又可以在飛行中能夠可靠切斷電動艙門供電的安全控制系統，充分滿足適航條款要求和保證飛機安全。

采用接近傳感器來采集電動艙門的關閉、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一個單獨的控制器中，此控制器從飛機總線中接受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電動艙門控制器供電；采用一個單獨的控制面板，提供撥動開關、位置指示和錯誤指示給操作者可靠安全的指示和警告；電機控制器設計中加入輪載硬線信號輸入，作為電機起動的控制條件。

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。

3.3飛行鎖設計

為了保障飛機飛行安全，需要設計一種安全的飛行鎖控制系統，來保證艙門在飛行過程中不會被無意打開，同時又不會妨礙艙門的正常打開，滿足性能要求和安全要求；另外，安全的飛行鎖控制系統還需要防止艙門在飛機飛行過程中因誤操作打開也不會妨礙艙門的正常打開和應急撤離需求，充分滿足適航條款要求和保證飛機安全。

飛行鎖上鎖邏輯：通過接受輪載總線信號和空速總線信號，在飛機離地和空速大于80節的時候，并判斷當前艙門關閉狀態后，由邏輯處理及控制單元發出飛行鎖上鎖信號；飛行鎖邏輯單元在判斷輪載硬線信號為空中后，接通內部繼電器單元來給電磁螺線管上電，從而使飛行鎖上鎖。加入輪載硬線信號是為了避免單點失效而導致艙門非正常上鎖而帶來的安全問題。

飛行鎖解鎖邏輯：上鎖信號或輪載硬線信號有一者為低時，電磁螺線管即解鎖。

通過這樣的邏輯設計，使上鎖的條件比解鎖的條件要嚴格，既避免了單點故障和非指令上鎖帶來的影響，又能夠及時可靠的解鎖，滿足應急撤離的要求。

與現有技術相比，該設計進一步提高了飛機艙門，特別是登機門、服務門以及應急門的安全標準，避免單點失效的影響，能夠完全可靠的避免人為因素打開艙門的影響；并且，在飛機降落和緊急撤離時，能夠完全可靠實現解鎖開門，能夠充分滿足新適航條例要求和飛機設計安全標準。

4.總結

隨著民用飛機的發展，飛機逐漸變得更加多電化、智能化，更多的利用科技手段來避免人為因素導致的對艙門的誤操作，是民機未來的發展方向。

參考文獻：

[1]FAA.美國聯邦航空條例FAR-25部，2009.

[2]飛機設計委員會總編委會.飛機設計手冊·電氣系統設計.北京：航空工業出版社.1999