飞机发动机火警状态监测教学演示系统

贾桂敏， 王 磊， 陈万通， 吴 维

(中国民航大学 1. 电子信息与自动化学院，2. 空中交通管理学院， 天津300300)

0 引言

火灾是对飞机安全及飞行安全的最大威胁之一，适航标准中明确规定民用运输类飞机应具备火警检测能力。笔者依据现代大型运输飞机(如A320、B737等)在发动机火警检测中的探测方式，参照气体感温线传感器和飞机火警检测组件FDU(Fire Detection Unit)的工作原理，结合飞机驾驶舱发动机火警状态告警情况，设计一套用于教学的飞机发动机火警状态监测演示系统[1～3]。

该系统能够对气体感温线火警传感器的工作原理进行电子化实物模拟与动态显示，使学生更直观地了解传感器的控制过程，可用于传感器及控制的相关课程教学。该系统还能用于电子专业多门相关课程的教学工作。例如，系统具备火警和传感器故障的检测功能，可以更形象地给学生演示和讲解飞机发动机火警监测逻辑设计依据；通过对火警和故障状态进行声光告警、故障信息记录等动态演示，使学生对飞机发动机火警探测和告警系统有更深入的了解；通过该系统的功能演示，能使学生深刻认识机载电子系统中常采用的双余度、多余度设计准则，对民航工程实践问题有更深入的了解，巩固对相关课程知识的理解[4]；通过对系统单元电路及程序的讲解，教师可将飞机火警检测与告警作为应用实例，服务于“模拟电路”、“数字电路”、“嵌入式设计”等课程的教学工作，既贴近民航应用实际，激发学生的学习热情，又能培养学生的工程实践能力。

1 演示系统设计指标

本文介绍的飞机发动机火警状态监测演示教学系统根据中国民用航空技术标准规定(CTSO-C11e)、SAE航空航天标准(AS8028、HB6759-93)，考虑到演示的安全性和可操作性以及面向教学原理演示的设计需求，制定了如下的主要技术指标：①能够正确判断火警及传感器故障状态，能够对气体感温线火警传感器的工作原理进行电子化实物模拟与动态显示，能够对火警及传感器故障状态进行声光告警、故障信息记录等动态演示；②传感器火警告警延时：≤5s； ③虚警率(100次测试)：≤1次；④漏报率(100次测试)：≤1次；⑤火警告警温度：≥45℃；⑥火警消警温度：≤40℃。

2 演示系统设计

如图1所示。该系统由供电单元、加热装置、气体感温线传感器模拟单元、火警状态监测单元、声光告警单元和上位机单元六个部分组成。

(1)供电单元根据设计要求给系统的其他功能模块供电。

(2)加热装置中包括一个温度控制器和一组加热丝，模拟发动机火警位置(“火源”)，为气体感温线传感器模拟单元提供热源。

(3)传感器模拟单元采用双回路布置方案，每一回路包括1个温度传感器、1组测温电路、2个继电器和1个开关，分别模拟气体感温线传感器的感温线体和双电门动作膜盒，两个回路共用1个单片机最小系统进行温度判断并控制继电器改变状态，从而模拟火警或故障信号的输出，通过1个显示屏幕对传感器模拟单元工作状态同步显示。

(4)火警状态监测单元也采用双回路、双备份的设计方案，其中信号调理电路将传感器模拟单元的输出电阻变化转换为电压变化，经电平转换后由双备份设计的逻辑门电路进行双回路逻辑判断，火警和故障检测逻辑根据飞机发动机火警检测实际需求进行设计，并通过CAN总线输出火警或故障信息。

(5)声光告警单元接收火警状态监测单元发出的信息，参照飞机实际火警的声光告警方式，一是采用发光二极管组进行灯光告警，二是采用语音合成芯片进行中文语音告警。

(6)上位机单元接收火警状态监测单元发出的信息，采用具备触摸控制功能的嵌入式显示终端设计，可以对飞机发动机火警的告警信息进行图形化动态演示，模拟ECAM组件火警及故障信息显示、记录等功能。同时，上位机单元还具备控制整个系统状态复位的功能。

3 演示系统指标影响因素分析及测试

3.1 演示系统指标影响因素分析

(1)传感器火警告警延时影响因素：根据相关技术标准规定，演示系统中传感器火警告警延时指

标是指被测“火源”温度达到火警告警温度后，采用直接接触“火源”的探测方式，气体感温线传感器模拟单元发出火警告警信号的时间间隔。因此，本系统传感器火警告警延时主要影响因素包括：①“火源”温度探测传感器热惯性延时和测温精度；②模拟电路延时，主要包括温度测量电路、继电器驱动电路，以及软件处理延时，合计约2 s。

(2)系统虚警率和漏报率指标的影响因素主要包括：①火警信号探测、信号处理、火警状态告警等子系统功能设计的容错性；②火警状态监测逻辑设计的严密性；③火警状态信号处理电路设计的可靠性；④火警状态监测子系统与火警告警子系统通信的可靠性。

(3)传感器告警温度和消警温度指标的影响因素主要包括：①气动线模拟单元“火源”温度探测传感器测量精度；②测温电路设计合理性和温度检测软件处理方法。

3.2 演示系统测试及实物

按照实际火警探测器性能指标验收要求，演示系统测试的环境温度为室温，近似标准大气压力，传感器与“火源”采用直接接触方式进行探测，同时“火源”的温度测量传感器与待测试火警探测器放置于同一位置，以确保测试试验条件处于同一测量温度下。演示系统经100次完整测试的试验结果如表1所示。可以看出，系统各项指标均满足设计要求。演示系统实物如图2所示。

表1飞机发动机火警状态监测教学演示系统测试结果

4 结语

本文介绍了一种民航飞机发动机火警状态监测教学演示系统，不仅能用于“传感器”、”自动控制”、“模拟电路”、“数字电路”、“机载电子系统”等相关课程的教学演示，还能作为应用实例进行演示，使学生通过对民航火警实际问题的分析、建模和解决，巩固理论知识，锻炼工程实践能力，培养创新意识，提高学生的综合素质。

(a) 系统外观

(b) 系统内部图2演示系统实物