民用飛機(jī)貨艙煙霧虛警淺析

程書山

【摘 要】飛機(jī)在飛行中出現(xiàn)火警的后果可能是災(zāi)難性的。飛機(jī)貨艙是飛機(jī)防火系統(tǒng)需要保護(hù)的重要區(qū)域之一。由于飛機(jī)貨艙環(huán)境異常復(fù)雜，同時(shí)受技術(shù)水平限制，傳統(tǒng)的以煙霧探測器為主要手段的煙霧探測系統(tǒng)存在虛警率高的問題，對(duì)飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和安全性有顯著影響。采用新型的多傳感器復(fù)合煙霧探測系統(tǒng)以及基于視頻的貨艙著火確認(rèn)系統(tǒng)可能顯著減少虛警的發(fā)生，提高貨艙火警探測系統(tǒng)的可靠性，從而顯著提高飛機(jī)運(yùn)行過程中經(jīng)濟(jì)性和安全性。

【關(guān)鍵詞】飛機(jī)；貨艙；煙霧探測；虛警

【Abstract】Fire occur in fight may be catastrophic.Aircraft cargo compartment is an import area for fire protect.The traditional smoke detect system has high false alarm rate for complex cargo compartment environment and technology limitation.Using multisensor smoke detection and video-based cargo fire verification system can decrease the false alarm rate largely，and improve the reliability of smoke detection system and make aircraft more safe and economical.

【Key words】Aircraft；Cargo Compartment；Smoke detection；False Alarm

1 貨艙煙霧探測概述

飛機(jī)貨艙在飛行中著火是非常危險(xiǎn)的，民用飛機(jī)貨艙一般位于客艙地板下部，在飛行中人員無法進(jìn)入和查看。根據(jù)FAR25第 25.858 條[1]，此類貨艙屬于C級(jí)貨艙，需安裝有經(jīng)批準(zhǔn)的、獨(dú)立的煙霧探測或火警探測器系統(tǒng)，可在駕駛員或飛行工程師工作位置處給出警告。

目前飛機(jī)普遍采用煙霧探測系統(tǒng)來探測貨艙煙霧和著火。貨艙煙霧探測系統(tǒng)由貨艙煙霧探測器和控制器組成。煙霧探測器探測貨艙出現(xiàn)的煙霧，控制器接收到煙霧探測器發(fā)出的煙霧告警后通過飛機(jī)航電系統(tǒng)在駕駛艙向飛行機(jī)組發(fā)出告警。飛機(jī)貨艙起火可能會(huì)嚴(yán)重威脅飛機(jī)和乘員的安全，飛行機(jī)組在接收到煙霧告警后需立即執(zhí)行貨艙煙霧緊急程序，包括釋放貨艙滅火劑進(jìn)行滅火并盡快著陸以及著陸后組織乘客的緊急撤離。當(dāng)出現(xiàn)貨艙煙霧虛警時(shí)，由于飛行機(jī)組無法進(jìn)入貨艙確認(rèn)是否是虛警，只能按照最嚴(yán)酷的情況處理，立即執(zhí)行貨艙煙霧緊急程序，從而造成了不必要的滅火劑釋放、航班改航以及緊急撤離。而飛行機(jī)組在不熟悉的機(jī)場降落以及緊急撤離過程中都可能出現(xiàn)不安全的事故。因此貨艙煙霧虛警不僅會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí)绊戯w行安全。貨艙虛警的危害不僅表現(xiàn)的單次虛警對(duì)安全性和經(jīng)濟(jì)性的影響上，還表現(xiàn)在高的虛警率上。根據(jù)FAA和NASA統(tǒng)計(jì)的1990年～2011年間貨艙煙霧告警的數(shù)據(jù)，不同年份的貨艙的虛警率在90～100%之間，這意味著絕大多數(shù)的貨艙煙霧告警為虛警[2]。

2 貨艙煙霧虛警來源

目前民用飛機(jī)普遍采用的貨艙煙霧探測器主要是光電型煙霧探測器，光電型煙霧探測器利用煙霧粒子對(duì)光的散射探測煙霧，其內(nèi)部有一個(gè)光學(xué)室，光學(xué)室內(nèi)布置有光源和接收器，光源發(fā)出的光照射到煙霧粒子時(shí)會(huì)被散射，當(dāng)接受器接受的散射光超過閾值時(shí)煙霧探測器發(fā)出煙霧告警，參見圖1。

圖1 光電型煙霧探測器原理

煙霧探測器對(duì)所有散射光的粒子都會(huì)做出反應(yīng)，因此其無法分辨是著火導(dǎo)致的煙霧粒子還是其他原因產(chǎn)生的煙霧粒子。而民用飛機(jī)貨艙環(huán)境復(fù)雜多變，運(yùn)載的貨物也多種多樣，因此造成虛警的原因也多種多樣。漂浮在貨艙內(nèi)的沙塵、棉絮、花粉、鹽霧、動(dòng)物毛＼羽屑、水蒸汽、殺蟲劑/清潔劑噴霧等都可能會(huì)觸發(fā)煙霧探測器告警。

3 貨艙煙霧虛警預(yù)防

為了預(yù)防貨艙煙霧虛警，需要針對(duì)煙霧探測系統(tǒng)的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，將著火導(dǎo)致的煙霧與非著火導(dǎo)致的煙霧區(qū)別開。下面介紹了兩種可行的探測系統(tǒng)。

3.1 新型多傳感器復(fù)合型煙霧探測系統(tǒng)

目前飛機(jī)煙霧探測器一般都是符合TSO-C1d標(biāo)準(zhǔn)，但是TSO-C1d標(biāo)準(zhǔn)引用的AS8036（1991年發(fā)布）并未要求煙霧探測器通過防虛警測試。SAE在2013年發(fā)布了AS8036A，AS8036A將煙霧探測器的防虛警測試納入到煙霧探測器的最小性能標(biāo)準(zhǔn)中。2014年FAA發(fā)布了TSO-C1e，引用了AS8036A。因此新開發(fā)的煙霧探測器需通過防虛警測試，通過將煙霧探測器暴露在不同的虛警源驗(yàn)證煙霧探測器的防虛警功能。

為了滿足防虛警要求，得益于技術(shù)的不斷發(fā)展，可以開發(fā)和采用更先進(jìn)的煙霧探測器來減少虛警率，例如開發(fā)多傳感器復(fù)合型煙霧探測器。由于貨艙火災(zāi)發(fā)生時(shí)，不光有煙霧產(chǎn)生，還會(huì)有其他的產(chǎn)物，如熱量、一氧化碳、二氧化碳等。貨艙著火時(shí)，溫度、一氧化碳、二氧化碳的濃度會(huì)顯著變化。通過對(duì)貨艙煙霧濃度、溫度、一氧化碳、二氧化碳濃度的絕對(duì)值及變化率的監(jiān)測，結(jié)合合理的算法，可以極大減少虛警的發(fā)生[3]。

3.2 基于視頻的貨艙著火確認(rèn)系統(tǒng)

開發(fā)基于視頻的貨艙著火確認(rèn)系統(tǒng)可以減少虛警率，同時(shí)提高對(duì)無煙火災(zāi)的探測性能。對(duì)于遠(yuǎn)程寬體客機(jī)，由于航程較遠(yuǎn)且可能是跨極地飛行，在巡航階段發(fā)生虛警火警，飛行員需釋放滅火劑并改航。而航路上的備降機(jī)場可能是偏遠(yuǎn)且條件簡陋的，因此付出的經(jīng)濟(jì)代價(jià)和對(duì)安全的影響更加顯著。通過在貨艙合理布置紅外攝像頭，并通過計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處理，通過開發(fā)合理的算法，可能快速準(zhǔn)確的對(duì)高溫火源點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)和探測。

對(duì)于包裹在集裝箱中的火源點(diǎn)，紅外特征不明顯，可以通過在貨艙頂部布置LED光源，以及溫度和濕度傳感器，輔助探測煙霧。煙霧對(duì)光源的光線產(chǎn)生散射，影響LED光源在紅外攝像機(jī)中的成像，通過計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的應(yīng)用，可以快速識(shí)別煙霧。圖2為GOODRICH 公司為A340飛機(jī)開發(fā)的基于視頻的貨艙煙霧著火確認(rèn)系統(tǒng)，性能符合FAA的要求。

圖2 基于視頻的貨艙著火確認(rèn)系統(tǒng)

視頻控制器通過對(duì)視頻圖像的處理發(fā)出告警的同時(shí)，還可以對(duì)視頻圖像進(jìn)行保存，飛行員在駕駛艙可以對(duì)貨艙視頻進(jìn)行回放，通過視頻回放對(duì)貨艙火警進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)。飛行員也可以在釋放滅火劑后利用貨艙視頻檢查滅火效果，判斷是否需要改航，降低貨艙煙霧告警導(dǎo)致的改航次數(shù)，提高安全性和經(jīng)濟(jì)性[4]。

4 結(jié)論

飛機(jī)在飛行中出現(xiàn)火警的后果可能是災(zāi)難性的，飛機(jī)貨艙是飛機(jī)防火系統(tǒng)需要保護(hù)的重要區(qū)域之一。由于飛機(jī)貨艙環(huán)境異常復(fù)雜，同時(shí)受技術(shù)水平限制，傳統(tǒng)的以煙霧探測器為主要手段的煙霧探測系統(tǒng)存在虛警率高的問題，對(duì)飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和安全性有顯著影響。采用新型的多傳感器復(fù)合煙霧探測系統(tǒng)以及基于視頻的貨艙著火確認(rèn)系統(tǒng)可能顯著減少虛警的發(fā)生，提高貨艙火警探測系統(tǒng)的可靠性，從而顯著提高飛機(jī)運(yùn)行過程中經(jīng)濟(jì)性和安全性。

【Reference】

[1]Code of Federal Regulations 14 CFR Part 25.858，“Cargo or Baggage Compartment Smoke or Fire Detection Systems，”2006.

[2]Bell Ken，Cargo Compartment Smoke Detector AS8036 Standard Revision， Society of Automotive Engineer International，2011.

[3]Adityanand Girdhari.Aircraft Cargo Compartment Multisensor Smoke Detection Algorithm Development[Z].The State University of New Jersey，2008.

[4]Radoslaw R.Zakrzewski.Video-based Cargo Fire Verification System for Commercial Aircraft，Goodrich Corporation，USA，2004.

[責(zé)任編輯：田吉捷]