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：民航運輸高效快捷，飛機給旅客出行帶來方便的同時，也伴隨著不安全的因素。乘客不正常的拿取行李會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。此項研發(fā)能夠保證飛行中行李架自動上鎖，除機組成員外，其他人不能隨意打開行李箱。本系統(tǒng)從根本上避免了飛行中旅客取行李時發(fā)生行李滑脫的意外以及旅客逃生時拿行李而阻礙逃生的行動。

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開鎖，而在非正常時間行李架處于常關(guān)狀態(tài)。本項目正是基于上述需求，保證飛行過程中行李架自動上鎖，除機組成員外，其他人不能隨意打開行李架；而在飛機落地停穩(wěn)后又能將行李架蓋板開啟，更好地指導(dǎo)乘客在合適的時間取拿行李，從而更好地保障民航運輸?shù)陌踩透咝А?/p>

1 行李架系統(tǒng)的設(shè)計

1.1 傳統(tǒng)行李架介紹

現(xiàn)代民航客機使用的行李架主要有兩種形式。一種是上拉式，應(yīng)用于使用年限較長的飛機（包括部分波音777或空中客車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（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。對于傳統(tǒng)行李架，無論是上拉式還是下拉式，都只安裝了簡單的機械鎖扣裝置，乘客對行李架的開啟與否有完全的控制權(quán)。

1.2 行李架系統(tǒng)設(shè)計思想

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

本項目考慮到現(xiàn)代飛機機電一體化的特點，設(shè)計思路為在保留原行李架機械鎖的基礎(chǔ)上，通過電路來控制整個裝置的運作過程，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)雜機械結(jié)構(gòu)帶來的可靠性低的弊端，和飛機維護過程中修理或更換故障部件的操作復(fù)雜性，既能減小維護成本，降低部件加工成本，亦能減小維護工時。

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。系統(tǒng)的創(chuàng)新體現(xiàn)在通過起落架收回傳感器、發(fā)動機傳感器以及機組人員的手動控制開關(guān)控制行李架蓋，杜絕了乘客的人為因素對飛行安全的影響。本項目以LabVIEW軟件集成系統(tǒng)仿真模擬起落架收回傳感器、發(fā)動機傳感器的信號，作為輸入，然后通過電路系統(tǒng)控制電磁鎖在不同情況下開閉，以達到系統(tǒng)設(shè)計的目的。

1.3 行李架系統(tǒng)工作過程

飛機地面停車時，在乘客登機后，飛機起飛前，這段時間里設(shè)計電路不工作，乘客正常自行開關(guān)行李架，收放行李。飛機起飛滑行時，輪速以及發(fā)動機的功率都相應(yīng)增加，這時傳感器接收輪速和發(fā)動機功率的信號，當(dāng)這個信號達到一定值的時候，飛機的控制系統(tǒng)發(fā)出電流信號，使電路連通，電磁鎖工作，行李架被強制鎖定，乘客無法自行開鎖。在后續(xù)的爬升與巡航中均保持這樣的狀態(tài)。降落滑跑的過程中，輪速和發(fā)動機功率傳感器接收信號，當(dāng)此信號低于一定值的時候，電路自行斷開，乘客可在飛機速度降低至安全速度時自行取出行李。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)員可以使用一個磁卡，通過刷卡，附加電路中的讀卡器進行識別，控制單片機工作，改變接入電磁鐵電路的一個工作在常通狀態(tài)下的繼電器工作狀態(tài)變?yōu)閿嚅_，進而將電磁鎖斷電，實現(xiàn)對某特定行李架的開啟。

1.4 系統(tǒng)控制原理

飛機的飛行狀態(tài)（輪速和發(fā)動機功率）由LabVIEW模擬，飛機控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集卡模擬。起飛滑行時，當(dāng)輪速和發(fā)動機功率達到一定值，LabVIEW控制電腦通過數(shù)據(jù)采集卡發(fā)出電流信號（飛機的控制系統(tǒng)發(fā)出電流信號），干路繼電器通電，改變工作狀態(tài)為連通，這時，飛機電源供電，電磁鎖通電工作，行李架被強制鎖定，紅色指示燈亮起。降落滑跑時，當(dāng)輪速和發(fā)動機功率低于一定值，LabVIEW控制電腦通過數(shù)據(jù)采集卡發(fā)出的電流信號中斷，干路繼電器斷電，工作狀態(tài)變回為常斷，電路自行斷開，綠色指示燈亮起。飛行過程中，如果出現(xiàn)特殊情況，磁卡接觸連接單片機的讀卡器，使附加電路通電，此時支路繼電器通電，改變工作狀態(tài)為斷開，對應(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，支路繼電器斷電，工作狀態(tài)變回為常通，對應(yīng)支路重新通電，相應(yīng)的電磁鎖重新工作，鎖緊行李架。

2 行李架實物制作

2.1 行李架箱體制作

基于CATIA建模軟件，對民機行李架進行設(shè)計，

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

2.2 LabVIEW模擬及電路連接

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

在設(shè)計過程中，將整機機艙內(nèi)的行李架分割成各個獨立的單元，每部分結(jié)構(gòu)配置紅色與綠色指示燈，串聯(lián)在電路中，開啟時綠燈亮，關(guān)閉時紅燈亮，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：

在計算機端口使用數(shù)據(jù)采集卡連接電路，即可實現(xiàn)軟件對系統(tǒng)的控制，由于計算機輸出電壓較低，在電路中需連接電壓放大器，達到控制系統(tǒng)要求后，在軟件首頁的控制面板中即可模擬飛機駕駛艙面板對行李架系統(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，通過機械部件安裝于行李箱蓋上，經(jīng)試驗，在輸入信號大小變化，即飛行狀態(tài)改變時，電磁鎖可以正常開閉，且信號燈指示無誤，行李架系統(tǒng)工作正常，實現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計的功能。

3 總結(jié)

通過CATIA建模、LabVIEW模擬及電路設(shè)計以及實物模型的制造，設(shè)計并制作的飛機新型行李架系統(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啟，避免了乘客人為因素違規(guī)開啟而導(dǎo)致的安全事故，具備創(chuàng)新性、可靠性以及實用性，為民航客機行李架的改進提供了參考。

指導(dǎo)教師：張宏偉

參考文獻：

[1]Boeing737300AMM手冊.

[2]LabVIEW從入門到精通.

[3]CATIA從入門到精通.

基金項目：中國民航大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（201610059003）