劉滉 張繼鑫 鄭策 李仲華 葉子建 張宏偉

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714024

摘要：民航運(yùn)輸高效快捷，飛機(jī)給旅客出行帶來(lái)方便的同時(shí)，也伴隨著不安全的因素。乘客不正常的拿取行李會(huì)影響到客艙秩序甚至危及飛行安全，而新型行李架系統(tǒng)的研發(fā)旨在杜絕這一行為。此項(xiàng)研發(fā)能夠保證飛行中行李架自動(dòng)上鎖，除機(jī)組成員外，其他人不能隨意打開(kāi)行李箱。本系統(tǒng)從根本上避免了飛行中旅客取行李時(shí)發(fā)生行李滑脫的意外以及旅客逃生時(shí)拿行李而阻礙逃生的行動(dòng)。

關(guān)鍵詞：行李架；虛擬控制；飛行安全

本文主要研發(fā)一款新型行李架系統(tǒng)，在安全的情況下行李架能自動(dòng)開(kāi)鎖，而在非正常時(shí)間行李架處于常關(guān)狀態(tài)。本項(xiàng)目正是基于上述需求，保證飛行過(guò)程中行李架自動(dòng)上鎖，除機(jī)組成員外，其他人不能隨意打開(kāi)行李架；而在飛機(jī)落地停穩(wěn)后又能將行李架蓋板開(kāi)啟，更好地指導(dǎo)乘客在合適的時(shí)間取拿行李，從而更好地保障民航運(yùn)輸?shù)陌踩透咝А?/p>

1 行李架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 傳統(tǒng)行李架介紹

現(xiàn)代民航客機(jī)使用的行李架主要有兩種形式。一種是上拉式，應(yīng)用于使用年限較長(zhǎng)的飛機(jī)（包括部分波音777或空中客車(chē)320），這種方式比較占空間。另一種是下拉式，應(yīng)用于較新的飛機(jī)（如737MAX，777300ER，A320NEO，新版737800/900），這種行李架內(nèi)部容量很大，而且所占空間較小。對(duì)于傳統(tǒng)行李架，無(wú)論是上拉式還是下拉式，都只安裝了簡(jiǎn)單的機(jī)械鎖扣裝置，乘客對(duì)行李架的開(kāi)啟與否有完全的控制權(quán)。

1.2 行李架系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

行李架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的為增設(shè)限制功能，將單一的可由人為因素決定的開(kāi)啟與關(guān)閉轉(zhuǎn)變?yōu)槿?jí)權(quán)限系統(tǒng)，即在飛機(jī)飛行過(guò)程中、運(yùn)行尚未平穩(wěn)或者發(fā)生事故時(shí)，系統(tǒng)鎖定行李箱，而在飛機(jī)停好后自動(dòng)解鎖，如在飛行期間有特殊情況發(fā)生，可由乘務(wù)人員進(jìn)行手動(dòng)解鎖，即飛行系統(tǒng)、乘務(wù)員、乘客可分別開(kāi)啟或關(guān)閉行李架，只是相應(yīng)權(quán)限級(jí)別依次遞減。

本項(xiàng)目考慮到現(xiàn)代飛機(jī)機(jī)電一體化的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)思路為在保留原行李架機(jī)械鎖的基礎(chǔ)上，通過(guò)電路來(lái)控制整個(gè)裝置的運(yùn)作過(guò)程，這樣不僅讓乘客能更好的適應(yīng)行李架系統(tǒng)的改變，也能夠規(guī)避復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)帶來(lái)的可靠性低的弊端，和飛機(jī)維護(hù)過(guò)程中修理或更換故障部件的操作復(fù)雜性，既能減小維護(hù)成本，降低部件加工成本，亦能減小維護(hù)工時(shí)。

根據(jù)前文，新型行李架研究的關(guān)鍵在于控制電路的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的創(chuàng)新體現(xiàn)在通過(guò)起落架收回傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器以及機(jī)組人員的手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)控制行李架蓋，杜絕了乘客的人為因素對(duì)飛行安全的影響。本項(xiàng)目以LabVIEW軟件集成系統(tǒng)仿真模擬起落架收回傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器的信號(hào)，作為輸入，然后通過(guò)電路系統(tǒng)控制電磁鎖在不同情況下開(kāi)閉，以達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的。

1.3 行李架系統(tǒng)工作過(guò)程

飛機(jī)地面停車(chē)時(shí)，在乘客登機(jī)后，飛機(jī)起飛前，這段時(shí)間里設(shè)計(jì)電路不工作，乘客正常自行開(kāi)關(guān)行李架，收放行李。飛機(jī)起飛滑行時(shí)，輪速以及發(fā)動(dòng)機(jī)的功率都相應(yīng)增加，這時(shí)傳感器接收輪速和發(fā)動(dòng)機(jī)功率的信號(hào)，當(dāng)這個(gè)信號(hào)達(dá)到一定值的時(shí)候，飛機(jī)的控制系統(tǒng)發(fā)出電流信號(hào)，使電路連通，電磁鎖工作，行李架被強(qiáng)制鎖定，乘客無(wú)法自行開(kāi)鎖。在后續(xù)的爬升與巡航中均保持這樣的狀態(tài)。降落滑跑的過(guò)程中，輪速和發(fā)動(dòng)機(jī)功率傳感器接收信號(hào)，當(dāng)此信號(hào)低于一定值的時(shí)候，電路自行斷開(kāi)，乘客可在飛機(jī)速度降低至安全速度時(shí)自行取出行李。在緊急情況下，如乘客突發(fā)疾病，藥物存放于行李中，乘務(wù)員可以使用一個(gè)磁卡，通過(guò)刷卡，附加電路中的讀卡器進(jìn)行識(shí)別，控制單片機(jī)工作，改變接入電磁鐵電路的一個(gè)工作在常通狀態(tài)下的繼電器工作狀態(tài)變?yōu)閿嚅_(kāi)，進(jìn)而將電磁鎖斷電，實(shí)現(xiàn)對(duì)某特定行李架的開(kāi)啟。

1.4 系統(tǒng)控制原理

飛機(jī)的飛行狀態(tài)（輪速和發(fā)動(dòng)機(jī)功率）由LabVIEW模擬，飛機(jī)控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集卡模擬。起飛滑行時(shí)，當(dāng)輪速和發(fā)動(dòng)機(jī)功率達(dá)到一定值，LabVIEW控制電腦通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡發(fā)出電流信號(hào)（飛機(jī)的控制系統(tǒng)發(fā)出電流信號(hào)），干路繼電器通電，改變工作狀態(tài)為連通，這時(shí)，飛機(jī)電源供電，電磁鎖通電工作，行李架被強(qiáng)制鎖定，紅色指示燈亮起。降落滑跑時(shí)，當(dāng)輪速和發(fā)動(dòng)機(jī)功率低于一定值，LabVIEW控制電腦通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡發(fā)出的電流信號(hào)中斷，干路繼電器斷電，工作狀態(tài)變回為常斷，電路自行斷開(kāi)，綠色指示燈亮起。飛行過(guò)程中，如果出現(xiàn)特殊情況，磁卡接觸連接單片機(jī)的讀卡器，使附加電路通電，此時(shí)支路繼電器通電，改變工作狀態(tài)為斷開(kāi)，對(duì)應(yīng)支路電流中斷，相應(yīng)的電磁鎖失去供電不工作，當(dāng)再次刷卡時(shí)，支路繼電器斷電，工作狀態(tài)變回為常通，對(duì)應(yīng)支路重新通電，相應(yīng)的電磁鎖重新工作，鎖緊行李架。

2 行李架實(shí)物制作

2.1 行李架箱體制作

基于CATIA建模軟件，對(duì)民機(jī)行李架進(jìn)行設(shè)計(jì)，

采用殼體命令對(duì)行李架進(jìn)行建模，為模擬實(shí)際行李架形狀，在建模時(shí)注意行李架背部有斜接角度，且口蓋區(qū)域有圓弧過(guò)渡，其模型如下圖所示。在完成箱體建模以后，根據(jù)AMM手冊(cè)確認(rèn)行李箱尺寸，采用PE板作為外蒙皮，完成實(shí)物模型的制作。

2.2 LabVIEW模擬及電路連接

LabVIEW作為一種圖形化的編程語(yǔ)言，現(xiàn)已廣泛使用于工程實(shí)際中，在本項(xiàng)目中，它作為數(shù)據(jù)采集和儀器控制的工具，模擬了飛機(jī)使用過(guò)程中實(shí)際參數(shù)的變化情況，為系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用提供了方便。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，將整機(jī)機(jī)艙內(nèi)的行李架分割成各個(gè)獨(dú)立的單元，每部分結(jié)構(gòu)配置紅色與綠色指示燈，串聯(lián)在電路中，開(kāi)啟時(shí)綠燈亮，關(guān)閉時(shí)紅燈亮，起到狀態(tài)指示的作用。按照相關(guān)功能LabVIEW軟件編程圖如下所示：

在計(jì)算機(jī)端口使用數(shù)據(jù)采集卡連接電路，即可實(shí)現(xiàn)軟件對(duì)系統(tǒng)的控制，由于計(jì)算機(jī)輸出電壓較低，在電路中需連接電壓放大器，達(dá)到控制系統(tǒng)要求后，在軟件首頁(yè)的控制面板中即可模擬飛機(jī)駕駛艙面板對(duì)行李架系統(tǒng)的控制功能。

2.3 行李架的安裝

將電磁鎖與前述電路連接完成，通過(guò)機(jī)械部件安裝于行李箱蓋上，經(jīng)試驗(yàn)，在輸入信號(hào)大小變化，即飛行狀態(tài)改變時(shí)，電磁鎖可以正常開(kāi)閉，且信號(hào)燈指示無(wú)誤，行李架系統(tǒng)工作正常，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能。

3 總結(jié)

通過(guò)CATIA建模、LabVIEW模擬及電路設(shè)計(jì)以及實(shí)物模型的制造，設(shè)計(jì)并制作的飛機(jī)新型行李架系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的飛行狀況由飛行員鎖定行李架，并在緊急情況下可用磁卡開(kāi)啟，避免了乘客人為因素違規(guī)開(kāi)啟而導(dǎo)致的安全事故，具備創(chuàng)新性、可靠性以及實(shí)用性，為民航客機(jī)行李架的改進(jìn)提供了參考。

指導(dǎo)教師：張宏偉

參考文獻(xiàn)：

[1]Boeing737300AMM手冊(cè).

[2]LabVIEW從入門(mén)到精通.

[3]CATIA從入門(mén)到精通.

基金項(xiàng)目：中國(guó)民航大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201610059003）