一种民机APU防火系统及其防火方法与流程

本发明涉及民用航空安全，尤其是涉及一种民机apu防火系统及其防火方法。

背景技术：

1、辅助动力装置（apu），作为飞机尾部的核心部件，内置一台小型涡轮发动机，承担着为飞机供应电力与气源的关键任务。然而，由于其涉及可燃物与高温热源，apu系统不可避免地潜藏着火灾风险。飞机火灾，作为航空安全领域的重大威胁，不仅可能直接导致设备损毁、飞行中断，极端情况下更可能酿成机毁人亡的惨剧。即便是火灾初期产生的烟雾，也足以对机上人员的生命安全构成严重威胁，导致窒息等严重后果。

2、为应对这一挑战，现代飞机均配备了先进的防火系统，该系统对包括发动机、apu及货舱在内的多个火灾高风险区域实施重点监控与防护。其核心价值在于，能够在火灾初期迅速响应，有效遏制火势蔓延，最大限度地保护飞机内部结构、关键设备免受损害，从而减少火灾带来的经济损失与负面影响。

3、具体到apu防火系统，它融合了火警探测与防火两大核心功能，形成了一套高效的防护机制。火警探测器对apu部位的温度变化进行实时监控，一旦温度异常升高至警告阈值，便会立即触发灯光与音响双重告警信号，提醒机组人员及时采取相应措施。而防火功能，则是防火系统的另一主要功能。在确认火灾发生后，机组人员需手动控制防火系统启动。此时，系统会向火源喷洒灭火剂，以控制火情。

4、当前使用的apu防火系统虽然可以满足飞机基本的防火要求，但不具备自动灭火功能，手动灭火具有诸多不确定性。原因有以下几条：

5、一，灭火手柄位于飞机驾驶舱内，舱内设备密集。驾驶舱，作为飞机的指挥中枢，密布着各类精密的仪表、繁复的按键、错综的开关、闪烁的指示灯以及至关重要的操作手柄，是主要的人机交互区域。在这样复杂的控制环境中，正确且迅速地应对火情，要求操作人员不仅要具备丰富的经验，还需要拥有超凡的冷静与判断力。错误操作可能会导致设备损坏，甚至人员伤亡。

6、二， 灭火操作人员需具有相应资质并获得授权。这是进入飞机驾驶舱执行关键灭火任务的前提条件。唯有通过层层筛选，具备扎实专业技能的机组人员或专业维修人员，才被准许亲自操作灭火手柄，精确释放灭火剂以迅速遏制火情。此外，即便个人技能出众，也需获得航空公司的正式授权，以确保执行高风险任务的合法性与专业性。

7、三， 地面工作现场环境错综复杂。航前准备阶段各部门间的协同作业达到高度紧密，包括机组、维修、地面服务、清洁、货运及安全护卫等，人员流动频繁，工作安排错综复杂，外界环境因素亦交织其中，这些都可能成为火情初期识别的隐形障碍。火情初露端倪时，环境的嘈杂与多变往往掩盖其微妙迹象，增加识别难度。尽管部门间协同作战，但职责差异与关注焦点的不同可能引发信息传递的延误或误解，阻碍火情的即时响应。一旦因环境复杂导致判断失误或行动迟缓，即意味着错失了宝贵的初期灭火时机，火势将趁机肆虐，对飞机及人员安全构成严重威胁。

8、由此可见，现有大部分民机apu防火系统仅支持手动灭火，存在响应时延大，还受操作人员资质、现场环境约束，存在误操作、响应不及时的安全隐患等问题。

9、近年来，部分民航飞机部署了apu自动灭火能力的自动防火系统，但其需要配置独立专用afecu自动灭火控制组件，整套自动灭火逻辑全部由该专用控制器完成。增设专用控制器会增加机载设备数量，带来整机重量上升、硬件成本提高、机载接口复杂程度增加的问题；同时现有apu自动防火系统采用软件计时实现延时逻辑，一旦发生软件跑飞、程序失效等故障。因此现有的apu自动防火系统，不但结构复杂，且价格昂贵。

10、综上所述，现有技术中apu自动防火系统存在手动灭火的优先处置权限无法得到可靠保障；传统火警探测环路一般仅识别火警与故障两种状态，缺少火灾前兆的过热预警能力；部分灭火瓶虽然设置双爆炸帽冗余，但缺少完全物理隔离的独立驱动回路，冗余容错能力仍存在提升空间等问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的问题，本发明提供了一种民机apu防火系统及其防火方法，其能够迅速、自动灭火，从而彻底消除传统人工灭火方式所固有的响应延迟与不确定性风险；同时，无需增设专用afecu自动灭火控制器，共用现有的飞机上已配置的火警探测组件、lgciu起落架控制和接口组件、ecu电子控制组件即可协同完成apu防火控制，且配合硬件延时继电器保障手动灭火优先级，实现地面火情下自动灭火，同时具备过热预警、故障诊断以及高可靠冗余灭火驱动能力，不但能降低设备成本，还能提升apu防火系统的安全性与可靠性。

2、为实现上述目的，一种民机apu防火系统，其包括apu、火警探测组件、驾驶舱告警模块、ecu电子控制组件、lgciu起落架控制和接口组件、自动灭火模块以及手动灭火模块；

3、所述apu包括火警探测环路模块和灭火瓶；所述火警探测环路模块用于采集apu舱内的温度，并根据apu舱内的环境温度向火警探测组件发出实时信号；所述灭火瓶用于接收自动灭火模块的信号，并根据自动灭火模块发送来的信号对apu舱进行自动灭火；

4、所述火警探测组件包括计算模块和控制模块；火警探测组件的计算模块用于接收apu的火警探测环路模块发送来的实时信号，并对该实时信号进行处理与分析，解析输出火警探测环路模块的四种工作状态，分别为火警状态、过热状态、开路故障状态、短路故障状态；火警探测组件的控制模块用于接收计算模块的信号，根据计算模块输出的火警探测环路模块的四种不同工作状态，向驾驶舱告警模块和自动灭火模块发出不同控制信号；

5、所述驾驶舱告警模块用于根据火警探测组件发来的控制信号，向机组人员发出对应告警；

6、所述ecu电子控制组件为apu自身的机载控制计算机，负责接收并处理来自自动灭火模块或手动灭火模块发来的信息；当ecu电子控制组件接收到自动灭火模块或者手动灭火模块发来的是火警信号时，输出控制指令执行apu关车操作；

7、所述lgciu起落架控制和接口组件为飞机起落架系统自带的核心计算机，用于向自动灭火模块输出空地逻辑信号，标识飞机处于地面状态或者空中飞行状态；

8、所述自动灭火模块包括信号接收模块、逻辑判断模块、延时继电器模块、自动释放继电器模块、信号发射模块；所述信号接收模块为自动灭火模块的信号输入接口，用于接收火警探测组件输出的火警信号，同时接收lgciu起落架控制和接口组件输出的空地逻辑信号；所述逻辑判断模块用于执行信号逻辑判定；当火警探测组件发来的为火警信号、lgciu起落架控制和接口组件反馈飞机处于地面状态两个条件同时满足时，才判定满足自动灭火触发条件；若飞机处于空中状态，则禁止触发自动灭火功能；所述延时继电器模块为硬件延时继电器，设置预设延时时长；延时继电器模块接收到逻辑判断模块发来的满足自动灭火触发条件的信号后，开始硬件计时；延时继电器模块内置作动开关，计时完成之后作动开关闭合，导通下游电路；依靠硬件延时继电器实现延时，在延时计时的整个周期内，手动灭火模块始终具备更高操作优先级；所述自动释放继电器模块用于在延时继电器模块的作动开关闭合后，自动释放继电器模块得电，为灭火瓶提供通电引爆回路，对apu舱进行自动灭火；所述信号发送模块为自动灭火模块的输出接口，用于向ecu电子控制组件发送火警信号。

9、优选的技术方案，所述火警探测环路模块包括三个火警探测器，分别布置在apu舱门位置、apu舱顶部位置以及apu排气管位置，每个火警探测器内置有火警压力电门以及故障压力电门；三个火警探测器构成探测环路，常态时，火警探测器维持故障压力电门处于闭合状态；当环境温度达到火警探测器设定点时，火警探测器内部气体膨胀，使得火警压力电门闭合，火警探测器回路电阻降低；当火警探测器内部气体压力下降，故障压力电门打开，探测器发生开路，回路电阻变为无穷大；

10、所述灭火瓶内部盛装有卤代烃灭火剂；灭火瓶本体配置有a爆炸帽与b爆炸帽，所述a爆炸帽、b爆炸帽分别配置相互物理隔离的独立供电回路，构成冗余触发机制；任一爆炸帽接收到通电信号后都会发生引爆，冲破灭火瓶瓶口密封片，将卤代烃灭火剂释放至apu舱内部实施灭火。

11、优选的技术方案，所述自动释放继电器模块内置物理相互隔离的a开关与b开关；a开关对应控制灭火瓶的a爆炸帽供电回路的通断，b开关对应控制灭火瓶的b爆炸帽供电回路的通断；延时继电器模块的作动开关闭合后，自动释放继电器模块得电，a开关、b开关同步闭合，分别为a爆炸帽、b爆炸帽提供通电引爆回路。

12、优选的技术方案，所述火警探测组件的计算模块用于接收三个火警探测器输出的实时信号，通过采集探测环路的电阻值变化感知舱内温度变化以及火情；计算模块通过对电阻信号处理分析，解析输出探测环路的火警状态、过热状态、开路故障状态、短路故障状态四种不同工作状态；

13、所述控制模块接收计算模块输出的探测环路状态信号；当识别得到火警状态或者过热状态时，输出两路控制信号，分别触发驾驶舱告警模块以及自动灭火模块。

14、优选的技术方案，所述火警探测组件还预留手动灭火模块的接入接口，支持机组人员人工干预灭火操作。

15、优选的技术方案，所述驾驶舱告警模块包括音响告警模块与灯光告警模块；驾驶舱告警模块接收到火警探测组件输出的告警信号后，音响告警模块输出急促的音响告警提示；灯光告警模块对应点亮火警灯、过热灯、故障灯、灭火瓶释放灯，以直观的视觉方式向机组人员展示火警的具体情况和灭火系统的状态。

16、优选的技术方案，所述延时继电器模块的预设延时时长为3秒。

17、本发明的再一目的是提供一种民机apu防火系统的防火方法，其包括以下步骤：

18、步骤s1、自动灭火模块的信号接收模块接收火警探测组件输出的火警信号，同时接收lgciu起落架控制和接口组件输出的空地逻辑接地信号；

19、步骤s2、自动灭火模块的逻辑判断模块执行逻辑判断；当火警信号为真，并且lgciu起落架控制和接口组件的信号表征飞机处于地面状态时，判定满足自动灭火工作逻辑；否则，不触发自动灭火；

20、步骤s3、延时继电器模块得电，执行硬件计时；在计时的延时周期内，手动灭火模块保持优先操作权限；计时结束后，延时继电器模块内置作动开关闭合，下游电路导通；

21、步骤s4、自动释放继电器模块得电，其内部相互隔离的a开关、b开关闭合，a爆炸帽、b爆炸帽对应的两套独立供电回路导通；

22、步骤s5、信号发送模块向ecu电子控制组件发送apu停车信号，ecu电子控制组件控制apu执行关车；

23、步骤s6、a爆炸帽、b爆炸帽通电引爆，冲破灭火瓶瓶口密封片，灭火剂释放进入apu舱，完成自动灭火作业。

24、优选的技术方案，延时继电器模块硬件计时的预设延时时长为3秒。

25、优选的技术方案，手动灭火模块的手动灭火工作流程为：机组人员按压外部灭火开关，直接导通a爆炸帽、b爆炸帽的供电回路；a爆炸帽或者b爆炸帽通电引爆，冲破灭火瓶瓶口密封片，灭火剂释放至apu舱实现手动灭火。

26、与现有技术相比，本发明一种民机apu防火系统及其防火方法的有益效果是：

27、1.本发明确保了即使在无人直接干预的情况下，apu舱内一旦发生火灾也能迅速、自动地启动灭火程序，有效遏制火势蔓延，保障航空器的整体安全。

28、2.传统人工灭火方式应对apu火情时，其效率与效果受多种不可预测因素制约，存在操作上的挑战与风险。具体而言，若驾驶舱人员具备相应资质，从火情初现到实施灭火措施，仍需至少20秒时间窗口；若人员身处机外执行其他任务，这一响应周期将拉长至1分钟，对火势控制构成严峻考验；更甚者，若登机口缺乏必要的登机梯或工作梯，时间将被迫延长至3分钟，其间火势可能已迅速蔓延，造成不可估量的损失。这一系列时间延迟与现场环境的不可控性，无疑增加了灭火行动的不确定性，威胁着航空器的整体安全。

29、相比之下，本发明所引入的apu自动灭火功能，则彻底颠覆了这一被动局面。在apu遭遇突发火情的紧急关头，该自动灭火系统能够瞬间响应，无需任何人为干预，仅需3秒的极短时间便能启动灭火程序，精准高效地将灭火剂释放至火源，迅速而彻底地扑灭火势。这一设计，不仅极大缩短了灭火响应时间，更从根本上消除了人工灭火过程中可能存在的延误、误判及操作失误等风险，确保了灭火行动的即时性、准确性与有效性。

30、3.现有纯手动apu防火系统，灭火操作完全依靠人员处置，受人员资质、驾驶舱复杂环境、地面现场条件约束，响应时间长，存在误操作、错失灭火时机的风险。现有具备自动灭火功能的方案，需要配置独立afecu专用灭火控制器，增加机载设备重量与成本；大多依靠软件实现延时逻辑，软件失效时无法保障手动灭火的优先权限；传统探测环路缺少过热前兆预警；灭火瓶冗余回路隔离程度不足。

31、4.本发明不增设独立afecu专用灭火控制器，利用飞机上已经装配的火警探测组件、lgciu起落架控制和接口组件、ecu电子控制组件协同完成整套防火逻辑，无需新增专用控制硬件，减少机载设备数量，降低整机重量、硬件成本以及机载接口的复杂程度。

32、5.本发明采用硬件延时继电器实现延时计时，并非软件计时；即便软件发生跑飞、失效故障，硬件电路层面依然保障手动灭火具备更高操作优先级，符合民机适航高可靠性的安全要求。

33、6.设置三处位置的火警探测器组成探测环路，计算模块可以解析输出火警、过热、开路故障、短路故障四种状态；不仅可以识别已经发生的火情，还可以输出过热的火灾前兆预警，同时完成探测环路的故障自诊断，提前提示隐患。

34、7.灭火瓶a爆炸帽、b爆炸帽配置两套物理相互隔离的独立供电回路，分别由自动释放继电器模块内部独立开关控制；单套回路硬件发生完全失效，另一套回路不受干扰继续工作，大幅提升灭火执行环节的冗余可靠性。

35、8.依靠lgciu提供空地逻辑信号，只有地面状态才允许启动自动灭火，空中状态禁止自动释放灭火剂，规避空中误触发自动灭火带来的安全风险；同时保留完整手动灭火通道，机组人员可以随时人工介入处置。

36、9.自动灭火响应仅需要经过预设延时即可执行，消除人工处置带来的响应延迟、环境干扰、人为误判风险，快速抑制apu舱火情，保护飞机与人员安全。

37、综上所述，本发明中的apu自动灭火功能，以其自动化、智能化特性，为航空安全构筑起了一道坚不可摧的防火墙。它不仅能够有效遏制火势的蔓延，减轻火灾对航空器及乘客的潜在威胁，更在关键时刻为救援工作赢得了宝贵的时间，最大限度地降低了火灾带来的破坏与损失，彰显了自动灭火技术的巨大价值与深远意义。同时，不增设独立afecu专用灭火控制器，利用飞机上已经装配的火警探测组件、lgciu起落架控制和接口组件、ecu电子控制组件协同完成整套防火逻辑，无需新增专用控制硬件，减少机载设备数量，降低整机重量、硬件成本以及机载接口的复杂程度。