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民用飞机货舱烟雾虚警浅析

2017-08-21程书山

科技视界 2017年10期
关键词:虚警货舱飞机

程书山

【摘 要】飞机在飞行中出现火警的后果可能是灾难性的。飞机货舱是飞机防火系统需要保护的重要区域之一。由于飞机货舱环境异常复杂,同时受技术水平限制,传统的以烟雾探测器为主要手段的烟雾探测系统存在虚警率高的问题,对飞机的经济性和安全性有显著影响。采用新型的多传感器复合烟雾探测系统以及基于视频的货舱着火确认系统可能显著减少虚警的发生,提高货舱火警探测系统的可靠性,從而显著提高飞机运行过程中经济性和安全性。

【关键词】飞机;货舱;烟雾探测;虚警

【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 货舱烟雾探测概述

飞机货舱在飞行中着火是非常危险的,民用飞机货舱一般位于客舱地板下部,在飞行中人员无法进入和查看。根据FAR25第 25.858 条[1],此类货舱属于C级货舱,需安装有经批准的、独立的烟雾探测或火警探测器系统,可在驾驶员或飞行工程师工作位置处给出警告。

目前飞机普遍采用烟雾探测系统来探测货舱烟雾和着火。货舱烟雾探测系统由货舱烟雾探测器和控制器组成。烟雾探测器探测货舱出现的烟雾,控制器接收到烟雾探测器发出的烟雾告警后通过飞机航电系统在驾驶舱向飞行机组发出告警。飞机货舱起火可能会严重威胁飞机和乘员的安全,飞行机组在接收到烟雾告警后需立即执行货舱烟雾紧急程序,包括释放货舱灭火剂进行灭火并尽快着陆以及着陆后组织乘客的紧急撤离。当出现货舱烟雾虚警时,由于飞行机组无法进入货舱确认是否是虚警,只能按照最严酷的情况处理,立即执行货舱烟雾紧急程序,从而造成了不必要的灭火剂释放、航班改航以及紧急撤离。而飞行机组在不熟悉的机场降落以及紧急撤离过程中都可能出现不安全的事故。因此货舱烟雾虚警不仅会带来巨大的经济损失,甚至会影响飞行安全。货舱虚警的危害不仅表现的单次虚警对安全性和经济性的影响上,还表现在高的虚警率上。根据FAA和NASA统计的1990年~2011年间货舱烟雾告警的数据,不同年份的货舱的虚警率在90~100%之间,这意味着绝大多数的货舱烟雾告警为虚警[2]。

2 货舱烟雾虚警来源

目前民用飞机普遍采用的货舱烟雾探测器主要是光电型烟雾探测器,光电型烟雾探测器利用烟雾粒子对光的散射探测烟雾,其内部有一个光学室,光学室内布置有光源和接收器,光源发出的光照射到烟雾粒子时会被散射,当接受器接受的散射光超过阈值时烟雾探测器发出烟雾告警,参见图1。

图1 光电型烟雾探测器原理

烟雾探测器对所有散射光的粒子都会做出反应,因此其无法分辨是着火导致的烟雾粒子还是其他原因产生的烟雾粒子。而民用飞机货舱环境复杂多变,运载的货物也多种多样,因此造成虚警的原因也多种多样。漂浮在货舱内的沙尘、棉絮、花粉、盐雾、动物毛\羽屑、水蒸汽、杀虫剂/清洁剂喷雾等都可能会触发烟雾探测器告警。

3 货舱烟雾虚警预防

为了预防货舱烟雾虚警,需要针对烟雾探测系统的缺点进行改进,将着火导致的烟雾与非着火导致的烟雾区别开。下面介绍了两种可行的探测系统。

3.1 新型多传感器复合型烟雾探测系统

目前飞机烟雾探测器一般都是符合TSO-C1d标准,但是TSO-C1d标准引用的AS8036(1991年发布)并未要求烟雾探测器通过防虚警测试。SAE在2013年发布了AS8036A,AS8036A将烟雾探测器的防虚警测试纳入到烟雾探测器的最小性能标准中。2014年FAA发布了TSO-C1e,引用了AS8036A。因此新开发的烟雾探测器需通过防虚警测试,通过将烟雾探测器暴露在不同的虚警源验证烟雾探测器的防虚警功能。

为了满足防虚警要求,得益于技术的不断发展,可以开发和采用更先进的烟雾探测器来减少虚警率,例如开发多传感器复合型烟雾探测器。由于货舱火灾发生时,不光有烟雾产生,还会有其他的产物,如热量、一氧化碳、二氧化碳等。货舱着火时,温度、一氧化碳、二氧化碳的浓度会显著变化。通过对货舱烟雾浓度、温度、一氧化碳、二氧化碳浓度的绝对值及变化率的监测,结合合理的算法,可以极大减少虚警的发生[3]。

3.2 基于视频的货舱着火确认系统

开发基于视频的货舱着火确认系统可以减少虚警率,同时提高对无烟火灾的探测性能。对于远程宽体客机,由于航程较远且可能是跨极地飞行,在巡航阶段发生虚警火警,飞行员需释放灭火剂并改航。而航路上的备降机场可能是偏远且条件简陋的,因此付出的经济代价和对安全的影响更加显著。通过在货舱合理布置红外摄像头,并通过计算机对数字图像进行处理,通过开发合理的算法,可能快速准确的对高温火源点进行确认和探测。

对于包裹在集装箱中的火源点,红外特征不明显,可以通过在货舱顶部布置LED光源,以及温度和湿度传感器,辅助探测烟雾。烟雾对光源的光线产生散射,影响LED光源在红外摄像机中的成像,通过计算机视觉技术的应用,可以快速识别烟雾。图2为GOODRICH 公司为A340飞机开发的基于视频的货舱烟雾着火确认系统,性能符合FAA的要求。

图2 基于视频的货舱着火确认系统

视频控制器通过对视频图像的处理发出告警的同时,还可以对视频图像进行保存,飞行员在驾驶舱可以对货舱视频进行回放,通过视频回放对货舱火警进行进一步确认。飞行员也可以在释放灭火剂后利用货舱视频检查灭火效果,判断是否需要改航,降低货舱烟雾告警导致的改航次数,提高安全性和经济性[4]。

4 结论

飞机在飞行中出现火警的后果可能是灾难性的,飞机货舱是飞机防火系统需要保护的重要区域之一。由于飞机货舱环境异常复杂,同时受技术水平限制,传统的以烟雾探测器为主要手段的烟雾探测系统存在虚警率高的问题,对飞机的经济性和安全性有显著影响。采用新型的多传感器复合烟雾探测系统以及基于视频的货舱着火确认系统可能显著减少虚警的发生,提高货舱火警探测系统的可靠性,从而显著提高飞机运行过程中经济性和安全性。

【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.

[责任编辑:田吉捷]

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