B737NG防火實(shí)驗(yàn)箱的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：飛機(jī)防火系統(tǒng)是保證飛機(jī)安全的重要電氣系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)各重點(diǎn)區(qū)域的溫度監(jiān)控，以及在飛機(jī)出現(xiàn)火情時(shí)進(jìn)行人工或自動(dòng)滅火。防火系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)安全性起到重要作用，需要在航線維護(hù)、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)等工作中對(duì)防火系統(tǒng)進(jìn)行一系列測(cè)試和維護(hù)。因此，文章通過(guò)對(duì)飛機(jī)防火系統(tǒng)的研究，結(jié)合B737等主流機(jī)型維修文件對(duì)防火系統(tǒng)的規(guī)定，分析防火系統(tǒng)的整體功能，通過(guò)軟、硬件的設(shè)計(jì)來(lái)完成實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)地面防火系統(tǒng)測(cè)試、操作等功能。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)防火系統(tǒng)；溫度探測(cè)；煙霧探測(cè)；面板操作；滅火

引言

安全性是民用飛機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中最需著重考慮的方面。不管是飛行中還是在地面上，火對(duì)飛機(jī)來(lái)說(shuō)是最危險(xiǎn)的威脅之一。防火系統(tǒng)是現(xiàn)代民用飛機(jī)上的應(yīng)急備份系統(tǒng)，為飛機(jī)安全可靠地飛行提供重要保障?；鹁到y(tǒng)能否正常工作對(duì)飛機(jī)的安全性起到重要作用，需要在飛機(jī)的航前、航后、APU啟動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)等工作中都要對(duì)火警系統(tǒng)進(jìn)行一系列測(cè)試和維護(hù)。針對(duì)飛機(jī)火警系統(tǒng)的重要性及原理，按照飛機(jī)防火系統(tǒng)所要具備的功能，設(shè)計(jì)一套實(shí)驗(yàn)箱，完成相關(guān)的操作和測(cè)試工作，并在一定程度上進(jìn)行擴(kuò)展。使得最后完成的實(shí)驗(yàn)箱對(duì)防火系統(tǒng)的研究和培訓(xùn)有一定的優(yōu)勢(shì)和重要的意義，因此研究飛機(jī)防火系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱的設(shè)計(jì)就成為一個(gè)有意義的研究?jī)?nèi)容。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)

B737NG防火系統(tǒng)的分系統(tǒng)包括：探測(cè)系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、警告系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)等。

1.2 設(shè)計(jì)思路

綜合分析B737NG維修文件中對(duì)防火系統(tǒng)的規(guī)定，文章中實(shí)驗(yàn)箱的主要設(shè)計(jì)思路為：（1）煙霧探測(cè)器及其控制電路負(fù)責(zé)探測(cè)煙霧信號(hào)，在感受到足夠濃度的煙霧信號(hào)時(shí)，向P8面板傳遞火警警告信號(hào)。（2）熱敏電阻型感溫環(huán)線負(fù)責(zé)感受發(fā)動(dòng)機(jī)區(qū)的溫度，并在相應(yīng)區(qū)域出現(xiàn)過(guò)熱/火警警告信號(hào)時(shí)及時(shí)傳送到P8板。（3）主控制器負(fù)責(zé)接收飛機(jī)各處的火警/過(guò)熱信號(hào)進(jìn)行處理，然后發(fā)送P8火警面板加以顯示給機(jī)組成員，并由其通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)的方式發(fā)出滅火瓶釋放信號(hào)到滅火系統(tǒng)來(lái)釋放滅火瓶。

1.3 系統(tǒng)功能

電阻型感溫環(huán)線測(cè)試，光電式煙霧傳感器測(cè)試，P8火警面板操作功能，附加拓展功能：站位顯示功能，模擬排故功能。

2 實(shí)物設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

為了使實(shí)驗(yàn)箱能夠?qū)崿F(xiàn)B373NG防火系統(tǒng)的整體功能，實(shí)驗(yàn)箱實(shí)物設(shè)計(jì)包括硬、軟件兩方面內(nèi)容。

2.1 設(shè)計(jì)方案

其中設(shè)計(jì)方案主要包括以下三方面：（1）外觀結(jié)構(gòu)：外觀結(jié)構(gòu)遵循小型化，綜合化，多人操作等原則。（2）電路原理圖設(shè)計(jì)：在前期工作的基礎(chǔ)上，在電路仿真軟件altium designer上設(shè)計(jì)核心控制電路原理圖。（3）硬件電路：根據(jù)原理圖，制作電路板，并進(jìn)行電子元器件的焊接，同時(shí)將電氣附件與整體結(jié)構(gòu)組裝。

2.2 電路圖設(shè)計(jì)思路

針對(duì)B737NG飛機(jī)防火系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其主控制器的設(shè)計(jì)為核心電路板，主要由以下幾部分構(gòu)成：溫度傳感器測(cè)試電路板、煙霧傳感器測(cè)試電路板、雙環(huán)路邏輯控制電路板、駕駛艙面板顯示及測(cè)試電路板、滅火系統(tǒng)指示電路板，具體的控制方式為：傳感器測(cè)試部分既可以獨(dú)立進(jìn)行傳感器的測(cè)試，又可以為邏輯控制電路板提供報(bào)警信號(hào)，邏輯控制系統(tǒng)既可以處理傳感器給出的報(bào)警信號(hào)，又可以處理來(lái)自駕駛艙面板的測(cè)試信號(hào)，然后駕駛艙面板將處理過(guò)的信號(hào)給出顯示，最后可以在面板上操控滅火系統(tǒng)，給出滅火指示。

2.3 電路原理圖

以B737-NG系列各維修文件為參考，通過(guò)altium designer軟件自主設(shè)計(jì)控制器實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

2.3.1 煙霧傳感器控制電路

在設(shè)計(jì)中，將SW1作為總開(kāi)關(guān)，SW2為測(cè)試開(kāi)關(guān)，SW3為光電式煙霧探測(cè)器感應(yīng)開(kāi)關(guān)。當(dāng)沒(méi)有火災(zāi)時(shí)，信標(biāo)燈發(fā)出的光不能直接照射在光電管上也不能通過(guò)反射或折射的方式照射在光電管上，SW3斷開(kāi)，電路無(wú)警報(bào)。當(dāng)失火產(chǎn)生煙霧，信標(biāo)燈所發(fā)出的燈光通過(guò)反射折射的方式照射到光電管上，其內(nèi)部電阻獲得能量，使得另一路的報(bào)警電路工作，警鈴響，火警燈亮，通知機(jī)組成員相應(yīng)位置失火。煙霧探測(cè)器控制電路提供用于地面測(cè)試的測(cè)試開(kāi)關(guān)SW2，在地面撥動(dòng)測(cè)試開(kāi)關(guān)可以測(cè)試煙霧探測(cè)器的警鈴、警告燈及相關(guān)線路的好壞。

2.3.2 溫度傳感器控制電路

常溫時(shí)感溫環(huán)線的陶瓷半導(dǎo)體呈高阻值狀態(tài)（阻值約500K左右），阻礙電流流過(guò)電橋感溫環(huán)線側(cè)輸出的電壓低于電橋另一側(cè)輸出的基準(zhǔn)電壓，電壓比較器不輸出信號(hào)。當(dāng)感溫環(huán)線的某一段感受到350華氏度的高溫時(shí)，陶瓷半導(dǎo)體材料阻值將下降到小于100K，電橋感溫環(huán)線側(cè)輸出的電壓高于電橋另一側(cè)輸出的基準(zhǔn)電壓，比較器輸出過(guò)熱報(bào)警信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路傳送到火警控制盒，發(fā)出過(guò)熱警報(bào)，通知機(jī)組成員。

2.3.3 P8面板模擬電路

P8飛機(jī)火警面板主要是實(shí)現(xiàn)測(cè)試、警告和滅火瓶操作功能。

在設(shè)計(jì)中使用三個(gè)繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制功能，故障信號(hào)則由開(kāi)關(guān)手動(dòng)模擬。當(dāng)沒(méi)有故障信號(hào)時(shí)需要LOOP A和LOOP B同時(shí)有信號(hào)才能使繼電器2工作并將過(guò)熱信號(hào)輸入過(guò)熱警告電路，只有一路有過(guò)熱信號(hào)或者兩路均無(wú)過(guò)熱信號(hào)時(shí)繼電器2不工作或繼電器2工作但無(wú)過(guò)熱信號(hào)輸入過(guò)熱警告電路。當(dāng)手動(dòng)給出故障信號(hào)時(shí)，LOOP A與LOOP B中任意一個(gè)有過(guò)熱信號(hào)則繼電器3工作輸入過(guò)熱警告信號(hào)至過(guò)熱警告電路實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。

火警信號(hào)直接輸入火警警告電路和過(guò)熱警告電路，并接有二極管防止過(guò)熱警告信號(hào)輸入火警警告電路。

通過(guò)使用撥碼開(kāi)關(guān)將過(guò)熱警告信號(hào)、火警警告信號(hào)輸入兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)和APU模仿發(fā)動(dòng)機(jī)1、發(fā)動(dòng)機(jī)2、APU的過(guò)熱警告信號(hào)和火警警告信號(hào)。

2.3.4 滅火系統(tǒng)電路

滅火系統(tǒng)主要通過(guò)各指示燈來(lái)實(shí)現(xiàn)滅火瓶測(cè)試、滅火瓶釋放等指示功能。

本設(shè)計(jì)中，開(kāi)關(guān)SW-SPDT S1按鈕供地面測(cè)試滅火瓶線路是否能正常運(yùn)行。SW-DPST S2按鈕供地面測(cè)試滅火瓶釋放按鈕是否能正常工作，將SW-DPST S2按鈕撥至測(cè)試檔位，此時(shí)撥動(dòng)滅火瓶釋放開(kāi)關(guān)釋放燈點(diǎn)亮，而滅火瓶不釋放。SW-DPST S2按鈕和SW-SPDT S1按鈕均不在測(cè)試檔位時(shí)滅火系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，工作指示燈亮，APU釋放按鈕、ENG1釋放按鈕、ENG2釋放按鈕分別控制相應(yīng)的滅火瓶的釋放電路并接通相應(yīng)的滅火瓶釋放指示燈。按下釋放按鈕時(shí)相對(duì)應(yīng)的滅火瓶釋放，與此同時(shí)相對(duì)應(yīng)的滅火瓶釋放指示燈點(diǎn)亮。

滅火系統(tǒng)配備滅火瓶的過(guò)壓欠壓探測(cè)器檢測(cè)滅火瓶的狀態(tài)，并通過(guò)相應(yīng)的過(guò)壓欠壓指示燈給出指示。仿真中使用開(kāi)關(guān)模擬過(guò)壓欠壓狀態(tài)。

2.4 硬件電路板及實(shí)物

根據(jù)煙霧探測(cè)器控制仿真電路、熱敏電阻型感溫環(huán)線控制仿真電路、P8板仿真電路、滅火系統(tǒng)仿真電路，焊接制作相應(yīng)的電路板來(lái)實(shí)現(xiàn)仿真中的功能。將上述電路板組裝，并裝配到實(shí)驗(yàn)箱中進(jìn)行調(diào)試，即完成該實(shí)驗(yàn)箱的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)對(duì)B737/NG手冊(cè)防火系統(tǒng)部分的研究，分析了飛機(jī)防火系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)和飛機(jī)防火系統(tǒng)的各子系統(tǒng)的功能，然后使用altium designer軟件設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)防火系統(tǒng)的煙霧探測(cè)器控制電路、熱敏電阻型感溫環(huán)線控制電路、P8火警面板模擬電路、滅火系統(tǒng)電路等主控制核心電路板，并對(duì)照原理圖，在僅使用常用民用元件的情況下完成了選擇元器件、排版、布線、焊接、調(diào)試的任務(wù)，制作了核心電路板，實(shí)現(xiàn)了防火系統(tǒng)的部分功能。

具體來(lái)說(shuō)，本項(xiàng)目主要完成了以下工作：（1）通過(guò)研究B737NG維修手冊(cè)等相關(guān)資料，掌握了飛機(jī)防火系統(tǒng)的基本原理和作用，以及實(shí)際機(jī)務(wù)工作中有關(guān)防火系統(tǒng)的工作內(nèi)容。（2）依據(jù)對(duì)原理等的研究，明確了文章設(shè)計(jì)的防火系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱所要實(shí)現(xiàn)的功能，并使用altium designer軟件完成對(duì)核心控制器的電路設(shè)計(jì)。（3）制作電路板，并完成調(diào)試，同時(shí)對(duì)飛機(jī)防火系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱的機(jī)械構(gòu)型進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。

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作者簡(jiǎn)介：周明帥（1995-），男，四川省廣漢人，本科在讀，漢族，中國(guó)民航大學(xué)電子信息與自動(dòng)化學(xué)院，學(xué)生。