楊 娟 任仁良 張 迪 董艇艦

（中國民航大學(xué)，天津 300300）

移動電子設(shè)備機載供電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)研究

楊 娟 任仁良 張 迪 董艇艦

（中國民航大學(xué)，天津 300300）

研究了FAA/EASA適航認證標(biāo)準(zhǔn)，分析了PED機載供電系統(tǒng)的電氣功能、系統(tǒng)安裝、安全評估和持續(xù)適航、操作指南方面的要求，為CAAC適航認證提供參考。

便攜式電子設(shè)備；機載供電系統(tǒng)；適航認證

近年來，隨著移動電子設(shè)備（Portable Electronic Devices，PED）的飛速發(fā)展和日益普及，越來越多的航空公司期望能夠在飛機上使用移動電子設(shè)備，如便攜式電腦、手持計算設(shè)備和手持游戲設(shè)備等，以便給乘客帶來更高端、更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。此外，移動電子設(shè)備能夠給機組人員帶來更便捷的技術(shù)服務(wù)終端。

2013年12月，歐洲航空安全局（EASA）對移動電子設(shè)備的使用指南提出了修改意見，允許在一定條件制約下使用移動電子設(shè)備。美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）也頒布了類似的修改條例。鑒于FAA/ EASA等權(quán)威機構(gòu)的政策指引，2014年1月，葡萄牙航空公司TAP Portugal準(zhǔn)許乘客在使用飛行模式或類似的設(shè)置且關(guān)閉其無線與藍牙功能條件下在所有航線上使用移動電子設(shè)備，同年5月，瑞航給出了同樣的使用許可。

PED的機載供電系統(tǒng)（Power Supply Systems，PSS）在飛行過程將飛機電源（115V/400Hz）變換為110V/60Hz或220V/50Hz工頻高壓交流電源和5V USB低壓直流電源，為機組和乘客的移動電子設(shè)備供電。目前，中國民航局（CAAC）針對該系統(tǒng)的設(shè)計、功能與裝機標(biāo)準(zhǔn)還在起草和制定階段。FAA/ EASA早在1997年針對該系統(tǒng)已經(jīng)有了相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，研究FAA/EASA適航標(biāo)準(zhǔn)對我國PED的機載供電系統(tǒng)適航標(biāo)準(zhǔn)的研究具備一定參考價值。

1 PSS系統(tǒng)構(gòu)成

PSS由控制器MCU（Master Control Unit）、逆變電源IPS（Inverted Power Supply）和輸出插座OU（Outlet）組成，如圖1所示。MCU接收控制信號，將航空器電源經(jīng)過功率管理，分配給IPS，并具備保護功能。IPS將MCU輸入的航空器電源變換為110V/60Hz或220V/60Hz工頻交流電源和5V直流電源，并具備自動調(diào)壓和保護功能。OU是為PED提供電源接口的連接器，安裝位置包括座椅、飛機墻壁或儲物柜壁等。

2 PSS的FAA/EASA適航要求

EASA 認證政策和FAA政策為PED機載供電系統(tǒng)的適航取證提供指南。這些指南僅適用于為PED提供電源的PSS，包含了對PSS電氣功能、系統(tǒng)安裝、安全評估和持續(xù)適航、操作指南方面的要求。

2.1 電氣功能要求

2.1.1 電路保護和對使用者的危害

PSS設(shè)計過程中應(yīng)提供電路保護，防止系統(tǒng)有意或無意的短路、故障等原因而導(dǎo)致的過載、煙霧和火災(zāi)。這些故障可能由于液體進入或由于接口處進入外來導(dǎo)體引起。因此，PSS插孔安裝的設(shè)計應(yīng)當(dāng)盡可能的防止液體流進電源插孔。此外，設(shè)計應(yīng)將外來導(dǎo)體進入電源插孔的可能性應(yīng)降至最低。否則申請者應(yīng)提供可適當(dāng)減少必然危害的設(shè)計方法。降低危害的辦法包括安裝帶童鎖的接口或僅當(dāng)接頭與插孔匹配時輸出電源才有效的設(shè)計。

圖1 PSS組成框圖

2.1.2 電源

PSS的電源應(yīng)來自飛機的非重要匯流條，如不為影響持續(xù)安全飛行和著陸的飛機系統(tǒng)提供電源的匯流條，例如：廚房和地面勤務(wù)匯流條。這將確保達到證明要求中的安全等級，且PSS失效或故障不會影響飛機安全操作的必要系統(tǒng)的工作。

2.1.3 電氣負載分析

實施電氣負載分析，考慮PSS可能產(chǎn)生的最大負載，以證實飛機的電源系統(tǒng)具備足夠的容量來安全提供PSS正常使用時所需的最大電量需求。型號合格證持有者的電氣負載分析可作為附加指南參考。開展PSS電氣負載分析前，可進行能夠準(zhǔn)確反映飛機的改裝前電氣負荷的電氣負載分析。如果這樣不適用，申請人應(yīng)測量飛機改裝前狀態(tài)，并使用這些測量進行PSS電氣負載分析。

2.1.4 系統(tǒng)關(guān)斷設(shè)置

為了確保PSS不反向影響飛機重要安全操作系統(tǒng)，PSS可由機組人員在任何時候關(guān)斷。關(guān)斷整個PSS的清晰的標(biāo)簽和明顯的方法（on/off電門）應(yīng)設(shè)計在客艙或駕駛艙內(nèi)。不利用跳開關(guān)來斷開電源，因為重復(fù)使用跳開關(guān)代替電門會降低其性能并影響其在額定電流跳開值下跳開。斷開電源應(yīng)盡量離電源近些，允許所有出口的及時斷開。至少有一個能夠作為允許整個PSS及時斷電的總電源開關(guān)且應(yīng)明確作標(biāo)記以防止機組人員混淆并無意的斷開系統(tǒng)。

如果使用多用電門，設(shè)計上應(yīng)防止機組人員混淆，并應(yīng)與主電源開關(guān)串聯(lián)，防止機組誤操作。使用這些電門的程序應(yīng)寫入適當(dāng)?shù)臋C組操作/訓(xùn)練手冊。

飛行手冊要注明PSS應(yīng)被關(guān)斷的飛行階段。

2.1.5 系統(tǒng)狀態(tài)指示

應(yīng)提供指示方法來使機組識別除USB口之外的正在使用接口。如果設(shè)計時使用了多用關(guān)斷電門，則應(yīng)關(guān)注包括每個電門位置的系統(tǒng)狀態(tài)指示。這一特性允許機艙機組成員來判斷單個乘客接口故障是否與安裝組件（例如，座椅安裝組件）或整個系統(tǒng)有關(guān)，并提供快速定位任何潛在安全事件的能力。駕駛艙PSS的狀態(tài)指示（例如：“on”或“off”）應(yīng)與飛機制造商的系統(tǒng)狀態(tài)指示的設(shè)計理念一致。

2.1.6 輻射和傳導(dǎo)發(fā)射

PSS設(shè)備通過電源饋線或其它系統(tǒng)部件的傳導(dǎo)和輻射干擾可能會導(dǎo)致飛機其它系統(tǒng)的性能下降。如果使用濾波器來解決傳導(dǎo)和輻射干擾，應(yīng)明確人員產(chǎn)生的靜電對濾波器產(chǎn)生的影響。此外，周期維護可以保證濾波器的可用性。

根據(jù)EUROCAE ED-14/RTCA DO-160G《機載設(shè)備的環(huán)境條件和測試程序》第21章中描述，傳導(dǎo)的試驗應(yīng)包括150kHz到至少30MHz。PSS設(shè)備的電磁兼容評估應(yīng)在所有預(yù)期操作和備用條件下完成。

典型的PED負載應(yīng)用于檢查來自PSS在載荷條件下的傳導(dǎo)和電磁干擾輻射。應(yīng)測試在最差位置下熟知的最壞載荷情況。如果沒有輻射分析，應(yīng)考慮下述情況：

· 無負載；

· 一個負載：PSS提供的最小和最大電源容量；

· 多個負載連接；

· 所有的負載連接：PSS提供的最小和最大電源。

將上述特定的負載連接至PSS來進行傳導(dǎo)發(fā)射測試。但這并非取證要求，可使用能夠證實型號技術(shù)的額外測試。PED電磁輻射可能無法達到H等級（參考EUROCAE ED-14/RTCA DO-160 21章），但PSS應(yīng)濾去由于PED或PSS自身產(chǎn)生的有害傳導(dǎo)輻射，避免影響飛機其他系統(tǒng)。

2.1.7 超溫保護

PSS應(yīng)包括超溫保護。如果探測到超溫發(fā)生，系統(tǒng)自動切斷，降低發(fā)生火災(zāi)的可能。由于超溫而發(fā)生自動切斷后不可自動復(fù)位，只能經(jīng)過檢查并根據(jù)操作程序來人工完成。

2.1.8 易燃要求

PSS的所有部件應(yīng)滿足適用的易燃要求。

2.1.9 功率限制

PSS的功能是提供能夠供PED工作的電源。PSS不用提供比正常預(yù)期更多的電量。PSS的最大可用功率應(yīng)限制在200W。特殊情況下，需要更高的電量，例如醫(yī)療或其他特殊設(shè)備或特殊功能飛機，申請者應(yīng)向適航當(dāng)局提供申請來增加電容量。該申請應(yīng)包括提出增加容量的理由和相關(guān)設(shè)計特性。

2.1.10 油箱防火保護

與PSS有關(guān)的所有導(dǎo)線和設(shè)備，應(yīng)該按照CS25.981 102號修正案《運輸類飛機燃油箱系統(tǒng)設(shè)計評審、降低可燃性以及維護和檢查要求》或更新修正案來設(shè)計。為了滿足這些要求，如果油箱系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)線沒有受到快速抑制設(shè)備或其它能夠降低油箱危險能量等級的方法的保護，所有的PSS導(dǎo)線應(yīng)與下述導(dǎo)線分隔開：

· 與油箱內(nèi)部件相連的電路導(dǎo)線，例如油量傳感器、加油閥和浮子電門；

· 直接與油箱內(nèi)部件關(guān)聯(lián)設(shè)備的電路導(dǎo)線，以及那些油箱和非油箱之間沒有被充分電氣隔離的電路導(dǎo)線。要特別注意電源導(dǎo)線和與非油箱導(dǎo)線連接的導(dǎo)線之間發(fā)生的短路，這些與非油箱導(dǎo)線連接的導(dǎo)線連接了油箱系統(tǒng)有關(guān)的LRU組件（如油量程序組件），組件內(nèi)可能會發(fā)生PC電路板的短路，由此增大危險能量等級。

2.2 PSS的安裝要求

2.2.1 一般要求

與PSS相關(guān)的電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)（EWIS）的安裝，應(yīng)符合相關(guān)要求，參考如下要求：導(dǎo)線的安裝應(yīng)該滿足飛機標(biāo)準(zhǔn)線路施工手冊的要求；應(yīng)該使用標(biāo)準(zhǔn)OEM導(dǎo)線或替代類型；所有的設(shè)計需有必要的數(shù)據(jù)來支撐，包括可用的安裝圖和線路圖，符合Commission Regulation (EC) No 1702/2003 附錄21A.31部分的要求；EWIS導(dǎo)線路徑應(yīng)沿著標(biāo)準(zhǔn)的飛機線槽、隔離或等效隔離，用符合標(biāo)準(zhǔn)線路施工手冊（SWPM）要求，保持最小距離。

當(dāng)缺少SWPM中更多指定的要求時，230V交流電源導(dǎo)線不應(yīng)沿著飛機標(biāo)準(zhǔn)線槽安裝。PSS相關(guān)EWIS導(dǎo)線穿過機艙，由于導(dǎo)線暴露在危險中（例如座椅框摩擦、旅客踩踏或座椅電氣盒敲擊、溢出液體等），造成系統(tǒng)潛在故障發(fā)生的可能性將增加。由于這些系統(tǒng)暴露在危險中，反向影響其他安全必要系統(tǒng)以及發(fā)生人員電擊的可能性大幅增加。防止安裝其座椅內(nèi)EWIS組件受損，適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施以防止其受到旅客腳的損壞或用手打開接近?？刂艵WIS和設(shè)備安裝的工程數(shù)據(jù)應(yīng)包括對路徑、支撐和保護的明確的、清晰的要求，以完成對安裝所需部件的識別。

2.2.2 高壓交流電源安裝的特殊要求

由于給飛機和擁有人會帶來更大的風(fēng)險，PSS高壓交流電源（例如110 V AC 60 Hz，230 V AC 50 Hz）還應(yīng)考慮下述標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2.1 接口標(biāo)簽

由于PSS高壓交流部分增加了人員傷害風(fēng)險，輸出電壓和頻率應(yīng)在電源插孔做好標(biāo)記（例如，110 V AC 60 Hz）。這樣的標(biāo)記也能夠避免用戶連接不恰當(dāng)?shù)母邏弘娫唇涌?。?yīng)給出用于不同電源和不同插頭適配器的各種接口和插頭的類型，僅僅考慮插孔類型是不夠的。高壓設(shè)備的電源插孔應(yīng)標(biāo)記其最大輸出功率。

2.2.2.2 故障保護

為了避免人員傷害，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施例如差動保護和/或漏電隔離（隔離變壓）來使得乘客或機組人員電擊的可能降至最低。這將防止無意觸碰系統(tǒng)的帶電部分。故障保護系統(tǒng)應(yīng)包括監(jiān)控故障探測電路狀態(tài)的特性，如果探測到故障，出口電源應(yīng)自動移除，且不允許自動復(fù)位。

電源接通差動保護具備的特性（或等效特性）見表1。

2.2.2.3 艙內(nèi)釋壓

由于可能發(fā)生艙內(nèi)釋壓并導(dǎo)致電弧，當(dāng)出現(xiàn)艙內(nèi)快速釋壓時應(yīng)能自動切斷PSS，除非系統(tǒng)可滿足EUROCAE ED-14/RTCA DO-160，在快速釋壓環(huán)境下不會發(fā)生電弧。

表1 電源接通差動保護具備的特性

2.2.3 有水區(qū)域安裝PSS電源接口的附加標(biāo)準(zhǔn)

如果PSS電源接口安裝在有水的空間或區(qū)域（例如水龍頭）或淋?。ㄔ∈遥?，下述要求應(yīng)滿足：水龍頭和電源接口的距離不少于0.6m；如果電源接口和水源距離在0.3m到0.6m之間，電源接口應(yīng)加裝蓋子，或安裝時讓接口的前側(cè)朝下；任何淋浴室應(yīng)封頂；淋浴室內(nèi)不允許裝此類電源接口；電源接口不允許安裝在淋浴室門附近的0.6m以內(nèi)。

2.3 安全評估與持續(xù)適航要求

2.3.1 安全評估

對每個PSS進行適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量和/或數(shù)量失效分析來證明其滿足適航要求，分析應(yīng)考慮PSS的環(huán)境影響、EWIS安裝和隔離、冷卻以及用來防止PSS火災(zāi)、超溫和電擊的安全特性。

2.3.2 持續(xù)適航的操作指南（ICA）

ICA應(yīng)包括維持PSS的所有必要維護行為以保持飛機的持續(xù)適航。

2.4 操作指南要求

機組執(zhí)行任務(wù)過程中，可根據(jù)適當(dāng)?shù)牟僮?訓(xùn)練手冊，或根據(jù)必須包括下述最小技術(shù)數(shù)據(jù)和操作信息的操作指南來完成。

· 系統(tǒng)描述；

· 激活/切斷PSS的說明，例如系統(tǒng)控制電門和旅客控制；

· 每個飛行階段的使用限制說明（例如PSS應(yīng)在關(guān)鍵飛行階段切斷：起飛和降落）；

· 客艙機組人員對旅客使用情況的監(jiān)控。

此外，建議考慮執(zhí)行下述操作，并由適當(dāng)人員來檢查。

· 飛行和客艙機組通訊/合作，如適用；

· 危害，例如絆倒，由于覆蓋了枕頭、毛毯等物而造成的旅客設(shè)備超溫；

· 旅客信息，例如播放安全預(yù)防和警告時不應(yīng)沒有任何提示而中斷電源；

· 系統(tǒng)故障和/或個別組件和糾正措施的辨識。

3 總結(jié)

機載設(shè)備是飛機不可或缺的功能和保障系統(tǒng)，是完成各項使命所需的任務(wù)系統(tǒng)。機載系統(tǒng)的技術(shù)水平是現(xiàn)代飛機高科技含量和先進性的重要體現(xiàn)，也是提高飛機安全性、舒適性和經(jīng)濟性的重要技術(shù)基礎(chǔ)。隨著我國對機上使用PED設(shè)備政策的放開，亟需制定PED供電系統(tǒng)相關(guān)的民航政策指南，以提供在保障飛行安全的前提下加裝或改裝該系統(tǒng)；此外，隨著中國大飛機產(chǎn)業(yè)的飛速進程，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)勢在必行。FAA/EASA針對移動電子設(shè)備的機載供電系統(tǒng)的政策和標(biāo)準(zhǔn)為我國PED機載供電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)研究提供了重要技術(shù)支持。

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（編輯：雨晴）

V221+.91

C

1003-6660（2016）06-0032-04

10.13237/j.cnki.asq.2016.06.008

[收修訂稿日期]2015-12-25

民航行業(yè)安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)重大項目（AADSA0038）；中國民航大學(xué)教育教學(xué)改革研究項目（CAUCETRN-2015-03）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費項目（3122016D009）