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摘要： 论述某型新机货舱烟雾探测系统的故障现象和工作原理，提出引发货舱烟雾探测系统告警的原因及故障预防和排除措施。
关键词： 飞机；货舱；烟雾探测系统；告警分析
中图分类号：V2文献标识码：A文章编号：1671－7597（2010）1120171－01
1 故障现象
2010年6月24日，某型新机进行空速校准科目试飞，飞机从9000m下降到3000m高度上改平，在3000m高度上平飞约5min左右，发动机指示/空勤告警系统（EICAS）显示器（ED）上出现“FWD CARGO SMOKE”告警信息，闪现一下，告警信息消失。飞机继续平飞18s左右，EICAS上重新出现“FWD CARGO SMOKE”告警信息，主告警灯红色燃亮，接着驾驶舱传来语音告警“Smoke”，并伴有三声谐音响铃，驾驶舱中央操纵台上防火控制板上前货舱“ARM”开关点亮，前货舱灭火瓶准备释放灯“DISCH”开关亮，告警信息持续2s消失，飞行员继续执行试飞动作，上述告警信息又复现，持续20s左右后消失。飞行员检查飞机客舱，没有发现异常情况。地面试飞工程师分析该飞机前货舱中的装载情况（除装载大量配重的沙袋外无其它物品），认为前货舱出现火情的概率很小，可能是货舱沙尘导致的虚假告警。考虑到试飞安全，要求飞机员立即执行货舱应急灭火程序：及时收油门到慢车位置，切断货舱通风，不启动前货舱灭火系统喷射灭火剂，应急下降返场。在飞机返场过程中，前货舱烟雾告警信号重新出现，持续几秒后消失。飞机着陆后，发动机停车前，前货舱烟雾告警信号又复现，持续几秒消失。
飞机着陆后，查看试飞数据，有“FWD CARGO SMOKE”告警信息输出。飞机在3000m高度上平飞，告警信息共出现4次，分别持续1s、25s、18s、17s；飞机返场过程中告警信息出现4次，分别持续42s、1s、3s、1s；飞机着陆后，发动机停车前，告警信息出现5次，分别持续6s、23s、1s、25s、32s。
2 烟雾探测系统的工作原理
某新型飞机前货舱内安装有一套烟雾探测系统，系统主要由1个防火控制盒(FOCU)，6个光电式烟雾探测器及连接导线组成[1～3]。告警机理是，当货舱烟雾浓度超过设定值，烟雾探测器内部的光电池传导电流，当电流值达到起动报警电流值时，FOCU便发出烟雾告警信号到主告警灯、语音告警装置、EICAS显示器和中央操纵台防火控制板上。FOCU的控制逻辑是，当所有烟雾探测器都正常工作时，FOCU采用“与”逻辑，即有两个以上（包括两个）烟雾探测器有报警时，才认为货舱有烟雾，当个别烟雾探测器故障时，FOCU自动切换为“或”逻辑，即只要有一个烟雾探测器报警就认为货舱有烟雾。
3 原因分析
3.1 真实烟雾信号
前货舱内着火冒烟，货舱内温度升高，防火控制盒（FOCU）向各系统发出火警信号：主告警灯红色亮，EICAS上显示告警信息，防火控制板上前货舱“ARM”开关点亮，前货舱灭火瓶准备释放灯“DISCH”开关亮，驾驶舱语音告警“Smoke”，并伴有三声谐音响铃。
3.2 虚假烟雾告警信号
1）光电式烟雾探测器中光电管受电磁干扰，输出光电流，导致虚假告警[4]；
2）光电式烟雾探测器内部元件故障导致信号灯误接通[4]；
3）光电式烟雾探测器无法分辨烟雾粒子与干扰浮质小颗粒；
4）烟雾探测器故障，包括安装底座松动、接线片松动、短路，接地或绝缘电阻过小；
5）烟雾探测系统线路故障，包括导线断路，接地或绝缘电阻过小；
6）防火控制盒故障，导致虚假告警；
7）驾驶舱EICAS和主告警灯显示故障。
由于光电式烟雾探测器不仅对烟雾粒子敏感，而且对进人烟雾室的任何浮质小颗粒敏感。只要浮质小颗粒浓度达到一定数值，对信号灯的光线产生足够的反射和散射，导致光电管中光电流增加，光电烟雾探测器都会输出火警信号。这样光电烟雾探测器实质是货舱空气浮质小颗粒探测器，而货舱空气中极容易产生对火警信号具有干扰作用的浮质小颗粒，如货舱的空气中可能存在因开舱门所引人的灰尘，以及来自发电机或APU引气中滑油泄漏的小油滴，货舱运输货物产生的颗粒，如鲜花（有花粉的固体小颗粒），或者雏鸡（由于有较小的绒毛）。货舱干扰浮质小颗粒导致的虚假告警和防火控制盒故障导致的虚假告警是较为常见的货舱烟雾虚假告警故障。
4 排故过程
飞机着陆后，打开货舱舱门，目视检查前货舱内没有火情。地面第一次通电时告警，EICAS上显示“FWD CARGO SMOKE”，主告警灯红色亮，地面第二次通电时正常，第三次通电时告警复现。
1）检查前货舱内每个烟雾探测器的固定和清洁情况均良好，接线牢靠，测量每个烟雾探测器的电压值均良好。
2）检查防火控制盒插销内插针及插孔的情况良好，排除接触不良的可能性。
3）将前货舱2号、5号和6号烟雾探测器从飞机上拆除，飞机上电检查，FOCU输出告警信息。
4）将前货舱1号、3号和4号烟雾探测器从飞机上拆除，飞机上电检查，FOCU不输出告警信息。
5）将前货舱1号、2号、3号和4号烟雾探测器从飞机上拆除，飞机上电检查，FOCU不输出告警信息。
6）将前货舱6个烟雾探测器插头全部和FOCU断开，EICAS上显示“FWD CARGO SMOKE”。
7）将前货舱烟雾探测器从飞机上拆除，利用高压氮气进行清洗，然后装机，通电检查，FOCU仍输出告警。
8）将FOCU从飞机上拆下，利用高压氮气进行清洗，然后装机，通电检查，FOCU仍输出告警。
9）试验人员分析数据，前货舱环境温度为19.9℃～34.2℃，FOCU环境温度为19.9℃～34.2℃，不存在着火条件。
10）前货舱6个烟雾探测器均未输出告警信息，FOCU输出前货舱烟雾告警信息，且FOCU同时输出“FIRE SYS FAULT”、“FIRE SYS Ok”信号。
分析怀疑为火警控制盒（FOCU）逻辑混乱，工作性能不稳定，出现时好时坏的现象，因此将另一架机上工作良好的FOCU拆下更换到该机上，更换后通电检查良好，告警消失。
再次选择不同天气，结合其它试飞科目对前货舱烟雾探测系统进行检查。经过2架次的试飞证明，前货舱烟雾探测系统功能正常，更换后的FOCU工作良好。
结论：造成这起空中前货舱烟雾告警的原因是：火警控制盒故障。
5 建议
根据光电烟雾探测系统故障的机理，对飞机货舱烟雾探测系统故障的预防和排除可归纳为以下几个方面：
1）加强装机产品生产质量控制。烟雾探测器和防火控制盒是烟雾探测系统的主要部件，在研制过程中应提高产品的可靠性、互换性和产品性能的一致性。
2）加强装机前的检查工作。由于烟雾探测器对一切悬浮小颗粒均比较敏感，在运输、校验过程中可能会其产生污染。因此，在产品装机前应用专用的仪器和设备对其性能进行检查，避免带有潜在隐患的探测器装在机上。从国外民航飞机的使用过程来看，大部分烟雾探测系统虚假报警都是由于货舱内装填的货舱产生的悬浮颗粒引起的。
3）加强装机质量控制。在安装烟雾探测器时，严格按照产品装机维护要求进行，仔细检查探测器和控制盒接头处连接套筒与插针是否可靠接触。拆下烟雾探测器和FOCU的插头，检查其电阻值。
4）对烟雾探测器采取防电磁干扰的措施。
5）加装过滤网。滤网加装在光电烟雾探测器的空气人口处，滤出产生虚假告警信号中直径较大的绒毛、灰尘等颗粒。但为了避免因脏物堵塞烟雾室的空气入口，必须对滤网进行定期清洗。
6）采用新型火警探测器。研究表明，实际货舱发生火灾时，不仅产生烟雾，还会释放CO，CO2，CH4等特殊气体，同时温度也会升高。所以可以设计出一种复合型货舱火警探测器，它同时具有感烟、感气、感温的功能，在探测到烟雾的同时，再检测是否还具有火灾另一些特征，这样既可满足货舱火警探测的及时报警要求，又可避免发出干扰正常飞行的假火警信号。
7）在货舱内加装视频监控系统，用视频图像处理技术和误报判别算法，自动识别烟雾特殊的扩散运动，及时向飞行机组人员发出警报[5]。
参考文献：
[1]某型新机防火系统设计方案说明。
[2] System Specification for ×× Fire Protection System.
[3]System Design Integration Report for ×× Fire Protection System.
[4]P.Mangon, Fire Detection for Aircraft Cargo Compartment, Reduction of False Alarms, K.Beall, W.L. Grosshandler, H.Luck,Eds., Proceedings of 12th International Conference on Automatic Fire Detection“AUBE”01,2001.
作者简介：
李丽（1978-），女，河南南阳人，工程师，硕士，研究方向：飞机燃油系统和防火系统试飞技术。
关键词： 飞机；货舱；烟雾探测系统；告警分析
中图分类号：V2文献标识码：A文章编号：1671－7597（2010）1120171－01
1 故障现象
2010年6月24日，某型新机进行空速校准科目试飞，飞机从9000m下降到3000m高度上改平，在3000m高度上平飞约5min左右，发动机指示/空勤告警系统（EICAS）显示器（ED）上出现“FWD CARGO SMOKE”告警信息，闪现一下，告警信息消失。飞机继续平飞18s左右，EICAS上重新出现“FWD CARGO SMOKE”告警信息，主告警灯红色燃亮，接着驾驶舱传来语音告警“Smoke”，并伴有三声谐音响铃，驾驶舱中央操纵台上防火控制板上前货舱“ARM”开关点亮，前货舱灭火瓶准备释放灯“DISCH”开关亮，告警信息持续2s消失，飞行员继续执行试飞动作，上述告警信息又复现，持续20s左右后消失。飞行员检查飞机客舱，没有发现异常情况。地面试飞工程师分析该飞机前货舱中的装载情况（除装载大量配重的沙袋外无其它物品），认为前货舱出现火情的概率很小，可能是货舱沙尘导致的虚假告警。考虑到试飞安全，要求飞机员立即执行货舱应急灭火程序：及时收油门到慢车位置，切断货舱通风，不启动前货舱灭火系统喷射灭火剂，应急下降返场。在飞机返场过程中，前货舱烟雾告警信号重新出现，持续几秒后消失。飞机着陆后，发动机停车前，前货舱烟雾告警信号又复现，持续几秒消失。
飞机着陆后，查看试飞数据，有“FWD CARGO SMOKE”告警信息输出。飞机在3000m高度上平飞，告警信息共出现4次，分别持续1s、25s、18s、17s；飞机返场过程中告警信息出现4次，分别持续42s、1s、3s、1s；飞机着陆后，发动机停车前，告警信息出现5次，分别持续6s、23s、1s、25s、32s。
2 烟雾探测系统的工作原理
某新型飞机前货舱内安装有一套烟雾探测系统，系统主要由1个防火控制盒(FOCU)，6个光电式烟雾探测器及连接导线组成[1～3]。告警机理是，当货舱烟雾浓度超过设定值，烟雾探测器内部的光电池传导电流，当电流值达到起动报警电流值时，FOCU便发出烟雾告警信号到主告警灯、语音告警装置、EICAS显示器和中央操纵台防火控制板上。FOCU的控制逻辑是，当所有烟雾探测器都正常工作时，FOCU采用“与”逻辑，即有两个以上（包括两个）烟雾探测器有报警时，才认为货舱有烟雾，当个别烟雾探测器故障时，FOCU自动切换为“或”逻辑，即只要有一个烟雾探测器报警就认为货舱有烟雾。
3 原因分析
3.1 真实烟雾信号
前货舱内着火冒烟，货舱内温度升高，防火控制盒（FOCU）向各系统发出火警信号：主告警灯红色亮，EICAS上显示告警信息，防火控制板上前货舱“ARM”开关点亮，前货舱灭火瓶准备释放灯“DISCH”开关亮，驾驶舱语音告警“Smoke”，并伴有三声谐音响铃。
3.2 虚假烟雾告警信号
1）光电式烟雾探测器中光电管受电磁干扰，输出光电流，导致虚假告警[4]；
2）光电式烟雾探测器内部元件故障导致信号灯误接通[4]；
3）光电式烟雾探测器无法分辨烟雾粒子与干扰浮质小颗粒；
4）烟雾探测器故障，包括安装底座松动、接线片松动、短路，接地或绝缘电阻过小；
5）烟雾探测系统线路故障，包括导线断路，接地或绝缘电阻过小；
6）防火控制盒故障，导致虚假告警；
7）驾驶舱EICAS和主告警灯显示故障。
由于光电式烟雾探测器不仅对烟雾粒子敏感，而且对进人烟雾室的任何浮质小颗粒敏感。只要浮质小颗粒浓度达到一定数值，对信号灯的光线产生足够的反射和散射，导致光电管中光电流增加，光电烟雾探测器都会输出火警信号。这样光电烟雾探测器实质是货舱空气浮质小颗粒探测器，而货舱空气中极容易产生对火警信号具有干扰作用的浮质小颗粒，如货舱的空气中可能存在因开舱门所引人的灰尘，以及来自发电机或APU引气中滑油泄漏的小油滴，货舱运输货物产生的颗粒，如鲜花（有花粉的固体小颗粒），或者雏鸡（由于有较小的绒毛）。货舱干扰浮质小颗粒导致的虚假告警和防火控制盒故障导致的虚假告警是较为常见的货舱烟雾虚假告警故障。
4 排故过程
飞机着陆后，打开货舱舱门，目视检查前货舱内没有火情。地面第一次通电时告警，EICAS上显示“FWD CARGO SMOKE”，主告警灯红色亮，地面第二次通电时正常，第三次通电时告警复现。
1）检查前货舱内每个烟雾探测器的固定和清洁情况均良好，接线牢靠，测量每个烟雾探测器的电压值均良好。
2）检查防火控制盒插销内插针及插孔的情况良好，排除接触不良的可能性。
3）将前货舱2号、5号和6号烟雾探测器从飞机上拆除，飞机上电检查，FOCU输出告警信息。
4）将前货舱1号、3号和4号烟雾探测器从飞机上拆除，飞机上电检查，FOCU不输出告警信息。
5）将前货舱1号、2号、3号和4号烟雾探测器从飞机上拆除，飞机上电检查，FOCU不输出告警信息。
6）将前货舱6个烟雾探测器插头全部和FOCU断开，EICAS上显示“FWD CARGO SMOKE”。
7）将前货舱烟雾探测器从飞机上拆除，利用高压氮气进行清洗，然后装机，通电检查，FOCU仍输出告警。
8）将FOCU从飞机上拆下，利用高压氮气进行清洗，然后装机，通电检查，FOCU仍输出告警。
9）试验人员分析数据，前货舱环境温度为19.9℃～34.2℃，FOCU环境温度为19.9℃～34.2℃，不存在着火条件。
10）前货舱6个烟雾探测器均未输出告警信息，FOCU输出前货舱烟雾告警信息，且FOCU同时输出“FIRE SYS FAULT”、“FIRE SYS Ok”信号。
分析怀疑为火警控制盒（FOCU）逻辑混乱，工作性能不稳定，出现时好时坏的现象，因此将另一架机上工作良好的FOCU拆下更换到该机上，更换后通电检查良好，告警消失。
再次选择不同天气，结合其它试飞科目对前货舱烟雾探测系统进行检查。经过2架次的试飞证明，前货舱烟雾探测系统功能正常，更换后的FOCU工作良好。
结论：造成这起空中前货舱烟雾告警的原因是：火警控制盒故障。
5 建议
根据光电烟雾探测系统故障的机理，对飞机货舱烟雾探测系统故障的预防和排除可归纳为以下几个方面：
1）加强装机产品生产质量控制。烟雾探测器和防火控制盒是烟雾探测系统的主要部件，在研制过程中应提高产品的可靠性、互换性和产品性能的一致性。
2）加强装机前的检查工作。由于烟雾探测器对一切悬浮小颗粒均比较敏感，在运输、校验过程中可能会其产生污染。因此，在产品装机前应用专用的仪器和设备对其性能进行检查，避免带有潜在隐患的探测器装在机上。从国外民航飞机的使用过程来看，大部分烟雾探测系统虚假报警都是由于货舱内装填的货舱产生的悬浮颗粒引起的。
3）加强装机质量控制。在安装烟雾探测器时，严格按照产品装机维护要求进行，仔细检查探测器和控制盒接头处连接套筒与插针是否可靠接触。拆下烟雾探测器和FOCU的插头，检查其电阻值。
4）对烟雾探测器采取防电磁干扰的措施。
5）加装过滤网。滤网加装在光电烟雾探测器的空气人口处，滤出产生虚假告警信号中直径较大的绒毛、灰尘等颗粒。但为了避免因脏物堵塞烟雾室的空气入口，必须对滤网进行定期清洗。
6）采用新型火警探测器。研究表明，实际货舱发生火灾时，不仅产生烟雾，还会释放CO，CO2，CH4等特殊气体，同时温度也会升高。所以可以设计出一种复合型货舱火警探测器，它同时具有感烟、感气、感温的功能，在探测到烟雾的同时，再检测是否还具有火灾另一些特征，这样既可满足货舱火警探测的及时报警要求，又可避免发出干扰正常飞行的假火警信号。
7）在货舱内加装视频监控系统，用视频图像处理技术和误报判别算法，自动识别烟雾特殊的扩散运动，及时向飞行机组人员发出警报[5]。
参考文献：
[1]某型新机防火系统设计方案说明。
[2] System Specification for ×× Fire Protection System.
[3]System Design Integration Report for ×× Fire Protection System.
[4]P.Mangon, Fire Detection for Aircraft Cargo Compartment, Reduction of False Alarms, K.Beall, W.L. Grosshandler, H.Luck,Eds., Proceedings of 12th International Conference on Automatic Fire Detection“AUBE”01,2001.
作者简介：
李丽（1978-），女，河南南阳人，工程师，硕士，研究方向：飞机燃油系统和防火系统试飞技术。