飞机座舱成员生理安全监测预防系统和方法与流程

1.本发明涉及飞机座舱成员生理安全监测预防系统和方法，属于飞机座舱温度环境控制系统领域。


背景技术：

2.舒适的飞机座舱温度环境可保证机组人员正常执行飞行任务并为乘客提供舒适的乘机环境。然而，当飞机双空调组件失效而采用应急通风时，冷天工况下冲压空气温度低至-40℃，如此低温的冲压空气供入座舱会导致座舱温度快速降低，若执行etops(延程运行)飞行(现役双通道飞机etops改航时间为240-330分钟)，持续降低的座舱温度环境会导致机组能力降低到发生思考错误或身体筋疲力尽而妨碍机组成功地完成其被指定的任务，同时对乘客造成不可逆的生理损害。
3.为此，目前民用飞机通常采用两种方法来应对：1)将配平空气引气口布置在fcv(流量控制活门)上游，保证在双空调组件失效时，虽然关闭fcv，但仍可供应配平热空气来加温应急冲压空气，保持座舱温度不至太低。但该方法会导致配平管路及活门的验证压力及爆破压力要求严格，潜在的增加管路重量，并且导致空调系统控制逻辑变复杂，增加飞行员操作负担。因此，据不完全统计，现役民用飞机中，仅b777机型采用该种方法布置；2)大部分机型仍然采用配平空气引气口布置在fcv下游的方式，然后通过间歇性关闭应急冲压空气风门，来为座舱保温，但开启或关闭应急冲压空气风门的指令并无科学指导，全凭飞行员决策，这无形中增加飞行员的工作负担，且极易造成座舱温度过低但未及时关闭冲压空气的情况出现。


技术实现要素：

4.本发明的一个目的在于，提供一种飞机座舱成员生理安全监测预防系统，其能及时预防座舱成员生理伤害，减少飞行员操作负担。
5.本发明的以上目的通过一种飞机座舱成员生理安全监测预防系统来实现，该飞机座舱成员生理安全监测预防系统包括：
6.座舱温度传感器，所述座舱温度传感器安装在飞机座舱中，用于感测座舱区域的温度；
7.座舱二氧化碳浓度传感器，所述座舱二氧化碳浓度传感器安装在飞机座舱中，用于感测座舱区域的二氧化碳浓度；
8.应急通风管路，所述应急通风管路用于在应急通风工况下，输送冲压空气进入座舱区域；
9.应急冲压空气风门作动器，所述应急冲压空气风门作动器安装在所述应急通风管路中，用于开启或关闭冲压空气；以及
10.控制器，所述控制器连接至所述座舱温度传感器、所述座舱二氧化碳浓度传感器和所述应急冲压空气风门作动器，用于根据所述座舱温度传感器测得的座舱区域温度、所
述座舱二氧化碳浓度传感器测得的座舱区域二氧化碳浓度，控制所述应急冲压空气风门作动器开启或关闭冲压空气；
11.其中，当所述座舱温度传感器测得的座舱区域温度低至座舱温度阈值时，所述控制器控制所述应急冲压空气风门作动器关闭冲压空气；
12.当所述座舱二氧化碳浓度传感器测得的座舱区域二氧化碳浓度高至二氧化碳浓度阈值时，所述控制器控制所述应急冲压空气风门作动器开启冲压空气一段时间，然后控制所述应急冲压空气风门作动器关闭冲压空气。
13.根据上述技术方案，本发明的飞机座舱成员生理安全监测预防系统能起到以下有益技术效果：能保证座舱在最大限定范围内供应新鲜空气且不会造成机组人员及乘客的生理伤害，并有效减少飞行员操作负担。
14.较佳的是，所述飞机座舱成员生理安全监测预防系统还包括座舱湿度传感器，所述座舱湿度传感器安装在飞机座舱中，用于感测座舱区域的湿度；
15.所述控制器还用于根据所述座舱温度传感器测得的座舱区域温度、所述座舱湿度传感器测得的座舱区域湿度以及多个控制器内置参数，计算当前座舱环境下成员的人体核心温度，倘若计算出的人体核心温度低至人体核心温度阈值，则所述控制器发出报警信号，指导飞行员寻找备降机场，就近应急下降。
16.根据上述技术方案，本发明的飞机座舱成员生理安全监测预防系统能起到以下有益技术效果：能进一步预防座舱成员生理伤害，减少飞行员操作负担。
17.较佳的是，所述多个控制器内置参数包括：座舱空气流速、平均辐射温度、人体新陈代谢率、不同季节的衣物特性参数。
18.根据上述技术方案，本发明的飞机座舱成员生理安全监测预防系统能起到以下有益技术效果：能合理地根据多个控制器内置参数，计算当前座舱环境下成员的人体核心温度。
19.较佳的是，所述座舱温度阈值为0摄氏度，所述二氧化碳浓度阈值为2％。
20.根据上述技术方案，本发明的飞机座舱成员生理安全监测预防系统能起到以下有益技术效果：通过优选的座舱温度阈值和二氧化碳浓度阈值，能进一步预防座舱成员生理伤害，减少飞行员操作负担。
21.较佳的是，所述人体核心温度阈值为36.2摄氏度。
22.根据上述技术方案，本发明的飞机座舱成员生理安全监测预防系统能起到以下有益技术效果：通过优选的人体核心温度阈值，能进一步预防座舱成员生理伤害，减少飞行员操作负担。
23.本发明的以上目的还通过一种飞机座舱成员生理安全监测预防方法来实现，该飞机座舱成员生理安全监测预防方法包括：
24.开启应急通风；
25.感测座舱区域的温度，感测座舱区域的二氧化碳浓度；以及
26.根据测得的座舱区域温度、测得的座舱区域二氧化碳浓度，控制应急冲压空气风门作动器开启或关闭冲压空气；
27.其中，当测得的座舱区域温度低至座舱温度阈值时，控制所述应急冲压空气风门作动器关闭冲压空气；
28.当测得的座舱区域二氧化碳浓度高至二氧化碳浓度阈值时，控制所述应急冲压空气风门作动器开启冲压空气一段时间，然后控制所述应急冲压空气风门作动器关闭冲压空气。
29.根据上述技术方案，本发明的飞机座舱成员生理安全监测预防方法能起到以下有益技术效果：能保证座舱在最大限定范围内供应新鲜空气且不会造成机组人员及乘客的生理伤害，并有效减少飞行员操作负担。
30.较佳的是，所述飞机座舱成员生理安全监测预防方法还包括：
31.感测座舱区域的湿度；
32.根据测得的座舱区域温度、测得的座舱区域湿度以及多个控制器内置参数，计算当前座舱环境下成员的人体核心温度，倘若计算出的人体核心温度低至人体核心温度阈值，则发出报警信号，指导飞行员寻找备降机场，就近应急下降。
33.根据上述技术方案，本发明的飞机座舱成员生理安全监测预防方法能起到以下有益技术效果：能进一步预防座舱成员生理伤害，减少飞行员操作负担。
34.较佳的是，所述多个控制器内置参数包括：座舱空气流速、平均辐射温度、人体新陈代谢率、不同季节的衣物特性参数。
35.根据上述技术方案，本发明的飞机座舱成员生理安全监测预防方法能起到以下有益技术效果：能合理地根据多个控制器内置参数，计算当前座舱环境下成员的人体核心温度。
36.较佳的是，所述座舱温度阈值为0摄氏度，所述二氧化碳浓度阈值为2％。
37.根据上述技术方案，本发明的飞机座舱成员生理安全监测预防方法能起到以下有益技术效果：通过优选的座舱温度阈值和二氧化碳浓度阈值，能进一步预防座舱成员生理伤害，减少飞行员操作负担。
38.较佳的是，所述人体核心温度阈值为36.2摄氏度。
39.根据上述技术方案，本发明的飞机座舱成员生理安全监测预防方法能起到以下有益技术效果：通过优选的人体核心温度阈值，能进一步预防座舱成员生理伤害，减少飞行员操作负担。
附图说明
40.图1是本发明一实施例的飞机座舱成员生理安全监测预防系统的运行原理图；
41.图2是本发明一实施例的飞机座舱成员生理安全监测预防系统的架构示意图。
42.附图标记列表
43.ts、座舱温度传感器
44.cs、座舱二氧化碳浓度传感器
45.hs、座舱湿度传感器
46.7、应急通风管路
47.8、应急冲压空气风门作动器
48.9、控制器
具体实施方式
49.以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计、制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。
50.除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。
51.图1是本发明一实施例的飞机座舱成员生理安全监测预防系统的运行原理图；图2是本发明一实施例的飞机座舱成员生理安全监测预防系统的架构示意图。
52.如图1至图2所示，根据本发明的一实施例，飞机座舱成员生理安全监测预防系统包括：
53.座舱温度传感器ts，座舱温度传感器ts安装在飞机座舱(例如，客舱、驾驶舱)中，用于感测座舱区域的温度；
54.座舱二氧化碳浓度传感器cs，座舱二氧化碳浓度传感器cs安装在飞机座舱中，用于感测座舱区域的二氧化碳浓度；
55.应急通风管路7，应急通风管路7用于在应急通风工况下，输送冲压空气进入座舱区域；
56.应急冲压空气风门作动器8，应急冲压空气风门作动器8安装在应急通风管路7中，用于开启或关闭冲压空气；以及
57.控制器9，控制器9连接至座舱温度传感器ts、座舱二氧化碳浓度传感器cs和应急冲压空气风门作动器8，用于根据座舱温度传感器ts测得的座舱区域温度、座舱二氧化碳浓度传感器cs测得的座舱区域二氧化碳浓度，控制应急冲压空气风门作动器8开启或关闭冲压空气；
58.其中，当座舱温度传感器ts测得的座舱区域温度低至座舱温度阈值时，控制器9控制应急冲压空气风门作动器8关闭冲压空气；
59.当座舱二氧化碳浓度传感器cs测得的座舱区域二氧化碳浓度高至二氧化碳浓度阈值时，控制器9控制应急冲压空气风门作动器8开启冲压空气一段时间，然后控制应急冲压空气风门作动器8关闭冲压空气。
60.根据上述技术方案，本发明的飞机座舱成员生理安全监测预防系统能起到以下有益技术效果：能保证座舱在最大限定范围内供应新鲜空气且不会造成机组人员及乘客的生理伤害，并有效减少飞行员操作负担。
61.在一些实施例中，如图1至图2所示，飞机座舱成员生理安全监测预防系统还包括座舱湿度传感器hs，座舱湿度传感器hs安装在飞机座舱中，用于感测座舱区域的湿度；
62.控制器9还用于根据座舱温度传感器ts测得的座舱区域温度、座舱湿度传感器hs测得的座舱区域湿度以及多个控制器内置参数，计算当前座舱环境下成员的人体核心温度，倘若计算出的人体核心温度低至人体核心温度阈值，则控制器9发出报警信号，指导飞行员寻找备降机场，就近应急下降。
63.根据上述技术方案，本发明的飞机座舱成员生理安全监测预防系统能起到以下有益技术效果：能进一步预防座舱成员生理伤害，减少飞行员操作负担。
64.在一些实施例中，多个控制器内置参数包括：座舱空气流速、平均辐射温度、人体新陈代谢率、不同季节的衣物特性参数。
65.根据上述技术方案，本发明的飞机座舱成员生理安全监测预防系统能起到以下有益技术效果：能合理地根据多个控制器内置参数，计算当前座舱环境下成员的人体核心温度。
66.在一些实施例中，座舱温度阈值为0摄氏度，二氧化碳浓度阈值为2％。
67.根据上述技术方案，本发明的飞机座舱成员生理安全监测预防系统能起到以下有益技术效果：通过优选的座舱温度阈值和二氧化碳浓度阈值，能进一步预防座舱成员生理伤害，减少飞行员操作负担。
68.在一些实施例中，人体核心温度阈值为36.2摄氏度。
69.根据上述技术方案，本发明的飞机座舱成员生理安全监测预防系统能起到以下有益技术效果：通过优选的人体核心温度阈值，能进一步预防座舱成员生理伤害，减少飞行员操作负担。
70.在一些实施例中，座舱温度传感器ts、座舱二氧化碳浓度传感器hs、座舱温度传感器ts安装在驾驶舱/客舱内饰壁面。
71.如图1至图2所示，根据本发明的一实施例，飞机座舱成员生理安全监测预防方法包括：
72.开启应急通风；
73.感测座舱区域的温度，感测座舱区域的二氧化碳浓度；以及
74.根据测得的座舱区域温度、测得的座舱区域二氧化碳浓度，控制应急冲压空气风门作动器8开启或关闭冲压空气；
75.其中，当测得的座舱区域温度低至座舱温度阈值时，控制应急冲压空气风门作动器8关闭冲压空气；
76.当测得的座舱区域二氧化碳浓度高至二氧化碳浓度阈值时，控制应急冲压空气风门作动器8开启冲压空气一段时间，然后控制应急冲压空气风门作动器8关闭冲压空气。
77.根据上述技术方案，本发明的飞机座舱成员生理安全监测预防方法能起到以下有益技术效果：能保证座舱在最大限定范围内供应新鲜空气且不会造成机组人员及乘客的生理伤害，并有效减少飞行员操作负担。
78.在一些实施例中，如图1至图2所示，飞机座舱成员生理安全监测预防方法还包括：
79.感测座舱区域的湿度；
80.根据测得的座舱区域温度、测得的座舱区域湿度以及多个控制器内置参数，计算当前座舱环境下成员的人体核心温度，倘若计算出的人体核心温度低至人体核心温度阈值，则发出报警信号，指导飞行员寻找备降机场，就近应急下降。
81.根据上述技术方案，本发明的飞机座舱成员生理安全监测预防方法能起到以下有益技术效果：能进一步预防座舱成员生理伤害，减少飞行员操作负担。
82.根据本发明的一实施例，如图1至图2所示，本发明的飞机座舱成员生理安全监测预防系统的具体工作流程可以如下：
83.1)飞机正常飞行工况下，应急冲压空气风门作动器8控制应急冲压空气风门关闭，该飞机座舱成员生理安全监测预防系统无需启动。
84.2)空调组件失效要采用应急通风的工况下，控制器9控制应急冲压空气风门作动器8作动应急冲压空气风门打开，冲压空气进入并通过应急通风管路7进入座舱为座舱提供新鲜空气。
85.3)座舱温度传感器ts采集驾驶舱、客舱空气的温度信号，并传输给控制器9。
86.4)座舱二氧化碳浓度传感器cs采集驾驶舱、客舱空气的co2浓度信号，并传输给控制器9。
87.5)座舱湿度传感器hs采集驾驶舱、客舱空气的湿度信号，并传输给控制器9。
88.6)当座舱温度传感器ts任一监测到环境温度低至座舱温度阈值(优选为0摄氏度)时，控制器9控制应急冲压空气风门作动器8关闭应急冲压空气风门，此后无应急通风流量进入座舱。
89.7)当座舱二氧化碳浓度传感器cs任一监测到环境co2浓度升高至二氧化碳浓度阈值(优选为2％)时，控制器9控制应急冲压空气风门作动器8开启应急冲压空气风门，此后有应急通风流量进入座舱；
90.8)应急通风开启持续一段时间(优选为3分钟)后，控制器9控制应急冲压空气风门作动器8关闭应急冲压空气风门，此后无应急通风流量进入座舱。控制器9持续监控座舱co2浓度，循环执行步骤7)～8)，直至飞机安全降落。
91.9)当执行步骤2)后，控制器9调用来自座舱湿度传感器hs的信号th和座舱温度传感器ts的信号tc并结合多个控制器内置参数进行座舱低温环境下人体核心温度的计算，多个控制器内置参数包括应急通风工况下的座舱空气流速va,、平均辐射温度tr、人体新陈代谢率m、不同季节的衣物特性参数等，然后运用tanabe 65节点模型中的低温环境人体核心温度计算方法来计算当前驾驶舱及客舱环境下人体核心温度。
92.10)当控制器9计算出驾驶舱或客舱环境下人体核心温度t
cor
低至人体核心温度阈值(优选为36.2摄氏度)时，控制器9发出报警信号，指导飞行员寻找备降机场，就近应急下降。
93.11)当控制器9计算出驾驶舱或客舱环境下人体核心温度高于人体核心温度阈值(优选为36.2摄氏度)时，执行上述步骤6)～9)，直至飞机安全降落。
94.本发明所提出的技术方案与现有技术相比，具有以下一个或多个优点：
95.(1)高安全性及舒适性，保证冷天应急通风工况下，座舱温度环境不会导致机组人
员及乘客造成生理不可逆伤害，并且最大限度的供应新鲜空气；实时监测座舱环境对乘客的生理影响，保证乘客的生理安全。
96.(2)本发明涉及的飞机座舱成员生理安全监测预防系统中，仅湿度传感器和二氧化碳浓度传感器是需要飞机增加安装的部件，其余设备均为飞机固有安装部件，故不会显著增加飞机重量，且湿度传感器和二氧化碳浓度传感器能耗低。
97.(3)有力减少飞行员操作负担，科学指导飞行员操作；所有应急冲压空气风门作动器的操作均是控制器自动控制，这样减少了飞行员的手动操作，降低飞行员工作量和手动操作带来的错误可能性；控制器内设定座舱低温环境下座舱温度阈值、二氧化碳浓度阈值和人体核心温度阈值，上述阈值均是参考人体舒适性及生理安全指标进行的设定值，控制器并根据上述阈值的指令自动控制开启或关闭应急冲压空气风门或应急下降，具有科学指导，避免了由飞行员手动操作时仅依靠自身体感的情况。
98.(4)有力保证机型申请etops构型。
99.以上对本发明的具体实施方式进行了描述，但本领域技术人员将会理解，上述具体实施方式并不构成对本发明的限制，本领域技术人员可以在以上公开内容的基础上进行多种修改，而不超出本发明的范围。

技术特征：
1.一种飞机座舱成员生理安全监测预防系统，包括：座舱温度传感器，所述座舱温度传感器安装在飞机座舱中，用于感测座舱区域的温度；座舱二氧化碳浓度传感器，所述座舱二氧化碳浓度传感器安装在飞机座舱中，用于感测座舱区域的二氧化碳浓度；应急通风管路，所述应急通风管路用于在应急通风工况下，输送冲压空气进入座舱区域；应急冲压空气风门作动器，所述应急冲压空气风门作动器安装在所述应急通风管路中，用于开启或关闭冲压空气；以及控制器，所述控制器连接至所述座舱温度传感器、所述座舱二氧化碳浓度传感器和所述应急冲压空气风门作动器，用于根据所述座舱温度传感器测得的座舱区域温度、所述座舱二氧化碳浓度传感器测得的座舱区域二氧化碳浓度，控制所述应急冲压空气风门作动器开启或关闭冲压空气；其中，当所述座舱温度传感器测得的座舱区域温度低至座舱温度阈值时，所述控制器控制所述应急冲压空气风门作动器关闭冲压空气；当所述座舱二氧化碳浓度传感器测得的座舱区域二氧化碳浓度高至二氧化碳浓度阈值时，所述控制器控制所述应急冲压空气风门作动器开启冲压空气一段时间，然后控制所述应急冲压空气风门作动器关闭冲压空气。2.如权利要求1所述的飞机座舱成员生理安全监测预防系统，其特征在于，所述飞机座舱成员生理安全监测预防系统还包括座舱湿度传感器，所述座舱湿度传感器安装在飞机座舱中，用于感测座舱区域的湿度；所述控制器还用于根据所述座舱温度传感器测得的座舱区域温度、所述座舱湿度传感器测得的座舱区域湿度以及多个控制器内置参数，计算当前座舱环境下成员的人体核心温度，倘若计算出的人体核心温度低至人体核心温度阈值，则所述控制器发出报警信号，指导飞行员寻找备降机场，就近应急下降。3.如权利要求2所述的飞机座舱成员生理安全监测预防系统，其特征在于，所述多个控制器内置参数包括：座舱空气流速、平均辐射温度、人体新陈代谢率、不同季节的衣物特性参数。4.如权利要求1所述的飞机座舱成员生理安全监测预防系统，其特征在于，所述座舱温度阈值为0摄氏度，所述二氧化碳浓度阈值为2％。5.如权利要求2所述的飞机座舱成员生理安全监测预防系统，其特征在于，所述人体核心温度阈值为36.2摄氏度。6.一种飞机座舱成员生理安全监测预防方法，包括：开启应急通风；感测座舱区域的温度，感测座舱区域的二氧化碳浓度；以及根据测得的座舱区域温度、测得的座舱区域二氧化碳浓度，控制应急冲压空气风门作动器开启或关闭冲压空气；其中，当测得的座舱区域温度低至座舱温度阈值时，控制所述应急冲压空气风门作动器关闭冲压空气；当测得的座舱区域二氧化碳浓度高至二氧化碳浓度阈值时，控制所述应急冲压空气风
门作动器开启冲压空气一段时间，然后控制所述应急冲压空气风门作动器关闭冲压空气。7.如权利要求6所述的飞机座舱成员生理安全监测预防方法，其特征在于，所述飞机座舱成员生理安全监测预防方法还包括：感测座舱区域的湿度；根据测得的座舱区域温度、测得的座舱区域湿度以及多个控制器内置参数，计算当前座舱环境下成员的人体核心温度，倘若计算出的人体核心温度低至人体核心温度阈值，则发出报警信号，指导飞行员寻找备降机场，就近应急下降。8.如权利要求7所述的飞机座舱成员生理安全监测预防方法，其特征在于，所述多个控制器内置参数包括：座舱空气流速、平均辐射温度、人体新陈代谢率、不同季节的衣物特性参数。9.如权利要求6所述的飞机座舱成员生理安全监测预防方法，其特征在于，所述座舱温度阈值为0摄氏度，所述二氧化碳浓度阈值为2％。10.如权利要求7所述的飞机座舱成员生理安全监测预防方法，其特征在于，所述人体核心温度阈值为36.2摄氏度。

技术总结
本发明涉及飞机座舱成员生理安全监测预防系统和方法。该系统包括：座舱温度传感器；座舱二氧化碳浓度传感器；应急通风管路，用于输送冲压空气进入座舱区域；应急冲压空气风门作动器，用于开启或关闭冲压空气；以及控制器，用于根据座舱区域温度、座舱区域二氧化碳浓度，控制应急冲压空气风门作动器开启或关闭冲压空气；其中，当座舱区域温度低至座舱温度阈值时，控制器控制关闭冲压空气；当座舱区域二氧化碳浓度高至二氧化碳浓度阈值时，控制器控制开启冲压空气一段时间，然后关闭冲压空气。本发明的系统和方法能起到以下有益技术效果：能保证座舱在最大限定范围内供应新鲜空气且不会造成机组人员及乘客的生理伤害，并有效减少飞行员操作负担。飞行员操作负担。飞行员操作负担。


技术研发人员：唐慧儒 王力维 李宇
受保护的技术使用者：中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院
技术研发日：2023.03.01
技术公布日：2023/6/27