民用飞机舱门控制系统的设计研究

赵静雯 孙欢庆

引言

随着民机技术的发展，飞机舱门控制系统逐渐由过去的机械控制转变为电气系统控制，并利用传感器实时给出各个舱门的状态。2004年FAA-114修正案中对舱门相关的条款进行了大幅修改，对舱门及其控制系统提出了严苛的要求，中国民航局在CCAR25 R4的783条款中加入了舱门控制相关的条款，要求大型客机的舱门控制系统必须满足最新的适航条款要求，达到最新的民用飞机设计标准。

1.适航条款

在CCAR25中，舱门控制系统设计需考虑的相关条款如下：

（1）可能引起任何舱门解锁或脱闩的所有动力源都必须在飞行前与上闩和上锁系统自动脱开，并且在飞行中不得向舱门重新供能。

（2）每扇舱门必须有措施防止飞行中被人无意打开。此外，必须采取设计预防措施以把舱门在飞行中被人故意打开的可能性减到最低程度。如果这些预防措施中包括使用辅助装置的话，那么这类装置及其操作系统必须设计成使得单个故障不会造成一扇以上的舱门打不开的后果，并且发生导致着陆后会打不开舱门的故障的概率很小。

（3）必须有措施防止在任何一扇承受增压的舱门没有完全关闭、闩住和锁定的情况下把飞机增压到一个不安全的水平。

（4）警告、警戒和提示指示。

在每扇舱门的操作者位置处必须有可靠的手段指示：关闭、闩住和锁定该舱门所需的全部操作均已完成。

必须有可靠的手段使每个操作者在其位置处均能清晰地看到对于一旦脱闩可能会造成危险的任何舱门的如下指示：该舱门是否没有完全关闭、闩住和锁定。

驾驶舱中必须有目视装置在任何舱门没有完全关闭、闩住和锁定时向机组发出信号。对于以下的舱门，该装置必须设计成使得导致误示关闭、闩住和锁定的任何故障或故障组合的概率很小：打开时首先作非内向运动的承受增压的每扇舱门；或是如果未闩住可能会造成危险的每扇舱门。

（5）如果舱门的打开会妨碍安全起飞并导致返回着陆，那么在起飞滑跑之前或其开始阶段期间一旦任何此类舱门没有完全关闭、闩住和锁定时必须向机组发出音响警告。

2.舱门控制系统的功能定义与分解

根据适航条款要求，舱门控制系统包括舱门信号系统、货舱门电作动器和飞行锁系统，其中货舱门电作动器的上电和飞行锁的控制都是由舱门信号系统来完成的。表1阐述了舱门控制系统从飞机级功能到系统级功能的分解。

3.舱门控制系统设计

3.1舱门信号系统设计

舱门信号系统以大量高精度接近传感器为基础，实现对全机舱门、滑梯和飞行锁的状态指示与报警，同时还集成了对飞行锁、滑梯和货舱门供电等的控制功能。

舱门信号系统包括舱门信号控制盒、接近传感器、指示面板和指示灯以及实现补偿功能的外部设备，其中，舱门信号控制盒是舱门信号系统的处理核心。

舱门信号系统接受航电空速总线信号，完成全机飞行锁的控制；接受发动机关闭信号和起落架系统空地信号，完成货舱门作动器的供电控制和状态指示逻辑控制；集成舱门系统和滑梯系统接近传感器信号的处理；显示舱门状态、滑梯状态和剩余压力。

3.2舱门电作动器设计

在以前的飞机设计中，采用电控方式驱动的电动舱门并未提供可靠的操作指示，这使得操作者无法得到舱门状态的准确信息和操作的明确指示，容易因误操作而损坏舱门的门锁机构，导致空中增压过程中出现危险状况。更为严重的是，飞机在飞行中不会切断舱门的供电，由于电动控制系统逻辑错误或其他因素，可能会导致电动舱门在飞行中工作而打开舱门，造成飞机失压而造成重大后果。

新的适航条款中要求“所有起动任何门的解锁和解闩的动力源必须在飞行前自动与锁闩和锁定系统断开，并且在飞行中不能给门恢复动力”，因此电动舱门需要一种安全控制系统来满足性能要求和保证飞机安全。

舱门电作动器的设计目的是，提供一种既可以在地面给操作人员准确的指示，又可以在飞行中能够可靠切断电动舱门供电的安全控制系统，充分满足适航条款要求和保证飞机安全。

采用接近传感器来采集电动舱门的关闭、上闩和上锁三个位置，接近传感器的激励和信号处理集成在一个单独的控制器中，此控制器从飞机总线中接受起落架轮载信号和空速信号，控制器根据这两个信号和传感器逻辑来判断飞机状态来控制电动舱门控制器供电；采用一个单独的控制面板，提供拨动开关、位置指示和错误指示给操作者可靠安全的指示和警告；电机控制器设计中加入輪载硬线信号输入，作为电机起动的控制条件。

与现有技术相比，该设计进一步提高了电动舱门的安全标准，能够将操作人员的误操作因素降低到可接受水平，并且能够完全可靠的切断飞行过程中电动舱门的供电，能够充分满足新适航条例要求和飞机设计安全标准。

3.3飞行锁设计

为了保障飞机飞行安全，需要设计一种安全的飞行锁控制系统，来保证舱门在飞行过程中不会被无意打开，同时又不会妨碍舱门的正常打开，满足性能要求和安全要求；另外，安全的飞行锁控制系统还需要防止舱门在飞机飞行过程中因误操作打开也不会妨碍舱门的正常打开和应急撤离需求，充分满足适航条款要求和保证飞机安全。

飞行锁上锁逻辑：通过接受轮载总线信号和空速总线信号，在飞机离地和空速大于80节的时候，并判断当前舱门关闭状态后，由逻辑处理及控制单元发出飞行锁上锁信号；飞行锁逻辑单元在判断轮载硬线信号为空中后，接通内部继电器单元来给电磁螺线管上电，从而使飞行锁上锁。加入轮载硬线信号是为了避免单点失效而导致舱门非正常上锁而带来的安全问题。

飞行锁解锁逻辑：上锁信号或轮载硬线信号有一者为低时，电磁螺线管即解锁。

通过这样的逻辑设计，使上锁的条件比解锁的条件要严格，既避免了单点故障和非指令上锁带来的影响，又能够及时可靠的解锁，满足应急撤离的要求。

与现有技术相比，该设计进一步提高了飞机舱门，特别是登机门、服务门以及应急门的安全标准，避免单点失效的影响，能够完全可靠的避免人为因素打开舱门的影响；并且，在飞机降落和紧急撤离时，能够完全可靠实现解锁开门，能够充分满足新适航条例要求和飞机设计安全标准。

4.总结

随着民用飞机的发展，飞机逐渐变得更加多电化、智能化，更多的利用科技手段来避免人为因素导致的对舱门的误操作，是民机未来的发展方向。

参考文献：

[1]FAA.美国联邦航空条例FAR-25部，2009.

[2]飞机设计委员会总编委会.飞机设计手册·电气系统设计.北京：航空工业出版社.1999