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第一篇：民用飛機載人艙滅火設備設計

【摘要】為了確保飛機及機載設備和機上人員的安全，需要為民用飛機載人艙配置滿足要求的滅火設備，提供防火功能，用來撲滅可能產生的火情。本文基于民用飛機適航規章以及相關標準規范的要求，對民用飛機載人艙滅火設備的設計、安裝布置和檢驗/試驗等要求進行了研究，為民用飛機載人艙滅火設備設計提供了參考和依據。

【關鍵詞】客艙；盥洗室；駕駛艙；滅火設備

0引言

載人艙滅火設備包括客艙、駕駛艙手提式滅火瓶和盥洗室廢物箱自動釋放式滅火瓶。對于運輸類飛機，應根據其座機數配置相應數量的便于取用的客艙和駕駛艙手提式滅火瓶。對于客座量大于20的運輸類飛機，應為每個廁所內為每個收集毛巾、紙張或廢棄物的廢物箱配備固定式滅火器。本文根據現行有效的適航規章CCAR25-R4以及適用的設計標準規范，結合當前飛機滅火設備技術發展水平，提出了民用飛機載人艙滅火設備設計相關的要求及設計考慮。

1設計來源和要求

1.1適航規章要求

客艙和駕駛艙手提式滅火瓶的設計，如數量、布置、滅火劑類型和劑量、滅火劑毒性等應滿足CCAR25.851(a)的要求；盥洗室廢物箱滅火瓶的設計應滿足CCAR25.854(b)的要求；載人艙滅火設備的標記標識應滿足CCAR25.1561的要求；載人艙滅火設備的安裝和功能應滿足CCAR25.1301(a)和25.1309(a)的要求。

1.2運營規章要求

載人艙滅火設備作為應急設備，應滿足CCAR91.415(b)對于應急和救生設備的相關要求；盥洗室廢物箱滅火瓶應滿足CCAR121.308(b)對于廁所防火的相關要求；客艙和駕駛艙手提式滅火瓶作為應急設備，應滿足CCAR121.309(c)對于應急設備的相關要求。

1.3設備級要求或標準

1.3.1手提式滅火瓶哈龍型

手提式滅火瓶應符合UL711標準的要求，適用于B類和C類火，用于撲滅電氣和可燃液體著火；水型手提式滅火瓶應符合TSOC19c標準的要求，滅火劑為水，適用于A類火，用于撲滅普通易燃材料的著火。

1．3．2盥洗室自動式滅火瓶盥洗室滅火瓶應滿足DOT/FAA/AR-96/122規定的最低性能標準要求。

1.4環境鑒定要求

載人艙滅火設備應符合飛機的裝機條件要求，按照RTCADO-160最新版本定義的環境條件進行鑒定試驗，保證其功能在所有經批準的運行形態和條件下均是有效的。

1.5飛機型號要求

根據飛機級功能需求，為了確保飛機及機載設備和機上人員的安全，需要對飛機內部可能因為人為錯誤產生的著火提供防火功能，應為載人艙提供符合要求并經過批準的滅火設備。

2設計考慮

2．1手提式滅火瓶

1）所有的手持滅火器應以相似的方法操作（如有限的運動需求按壓筏手柄或操作桿）；

2）一旦滅火器從它的存放位置移走，它應該完全能被一只手控制，包括開啟，停止和直接噴射；

3）滅火劑的噴射應該適合滅火器的類型和使用，建議通過設計考慮滅火劑從滅火器中噴射出來的方法來提供最有效的覆蓋；

4）手持滅火器不能從一種類型轉換成另一種，任何滅火器不能轉用不同類型的滅火劑；

5）滅火劑的型號和裝量應當適用于該艙室可能發生的失火類型，并且對于載人艙，應當設計成使有毒氣體聚積的危險性減到最小。

2．2盥洗室廢物箱滅火瓶

1）應當在每個廁所每個處置紙制品或者廢物的容器內裝備內置式固定滅火器，安裝在盥洗室廢物箱內，當廢物箱內產生著火或煙霧時自動釋放滅火劑至廢物箱內；

2）通常還會安裝溫度指示條，安裝在廢物箱的外部，當發生過熱或者著火時，溫度指示條產生顏色變化，用于提示需要更換指示條標簽和盥洗室滅火瓶。

3安裝和布置

3．1手提式滅火瓶

1）手提式滅火瓶的安裝位置應是容易接近和易于取用的，且用于固定滅火瓶的支架的鎖閉裝置應易于打開，使得滅火瓶方便取用；

2）通常為駕駛艙配置一個HALON型手提式滅火器，布置在機組人員方便取用的位置，如飛行員座椅后部內飾板上；

3）當配置兩個或更多滅火器時，應該根據危險的可能性將它們在座艙中均衡分配。通常為客艙內部配置均勻分布的HALON和水型手提式滅火器，應布置在機組人員方便取用的位置，如行李艙內、乘務員座椅附近等。用于在客艙產生火情時，由機組人員使用手提式滅火器進行撲救；

4）HALON滅火瓶采用無縫鋁制瓶體，配有高強度，低重量的閥門，并使用壓力測量表監視滅火劑泄漏情況；

5）應該防止滅火器在其安裝位置毀壞。應該考慮摩擦，碰撞載荷，溫度，振動，壓力和干涉因素；

6）滅火器固定裝置的顏色應該與周圍硬件和背景顏色有反差；

7）滅火器的安裝應該使其在不從固定裝置上移走的情況下可以檢查其尺寸或儀表；

8）為了防止滅火器意外觸發，建議為滅火器設置可操作的防護或鎖設備。這種設備應該在所有類型的滅火器中都是標準的。安全防護或鎖設備應該阻止滅火器在其存放位置的意外觸發。鎖設備對于放置和操作都應該是明顯的；

9）對于位于客艙、貨艙或者駕駛艙之外隔艙內的廚房，應當在每個廚房內至少裝備一個便于取用的手提滅火器。

3．2盥洗室廢物箱滅火瓶

1）盥洗室滅火瓶應安裝在廢物箱上，滅火劑釋放管從廢物箱壁上的開孔伸入到廢物箱內。

2）溫度指示標簽應貼在廢物箱外壁便于觀察的位置。

3）為了滿足維護性要求，當安裝盥洗室滅火瓶和溫度指示標簽時，應考慮可達性和可視性。

4標記標識

4．1指示標識

應為每一個載人艙滅火器使用一個標牌指示其位置，滅火器應該能在它們的安裝位置被清楚地看到。

4．2設備標識手提式滅火瓶的標識至少包括以下內容：設備名稱、型號、設備件號和序列號、制造商名稱、制造/裝料日期、滿載滅火器重量、滅火劑的重量、滅火劑的類型、上一次水壓試驗日期和符合的標準或規范，如TSO，MIL,UL等。盥洗室廢物箱滅火瓶的標識至少包括以下內容：設備名稱、設備件號和序列號、制造/生產日期、設備重量、滅火劑種類、制造商、制造商地址信息等。

5檢驗/試驗

5．1設備檢驗每個滅火瓶設備在出廠前均應進行檢驗以確定是否符合材料、規格和標記的要求。

5．2驗收試驗每個滅火瓶設備均應通過制造方的驗收試驗。

5．3設備鑒定手提式滅火瓶和盥洗室廢物箱滅火瓶應按照RTCADO-160最新版本定義的環境條件進行設備鑒定。

6新型滅火劑研究

由于HALON滅火劑本身的物理化學性質，哈龍滅火劑很容易與大氣層中的臭氧發生反應，消耗掉臭氧分子，對臭氧層造成嚴重的破壞，對人類的生存環境帶來巨大的影響。因此，在1994年簽署的蒙特利爾協議中，全面禁止了哈龍型滅火劑的生產，而對哈龍型滅火劑的使用、運輸、存儲等方面的限制也越來越嚴格。2003年中期，HFC-236fa、HFC-227ea、HCFCBlendB三種HALON1211替代型滅火劑已成功地通過了UL和FAA的MPS全部測試，可以應用于民用飛機的客艙火災撲救上。HFC-236fa已經具有成熟的手提式滅火器產品，但由于重量和成本等原因，還沒有使用替代滅火劑的飛機。HFC-236fa和HFC-227ea已作為盥洗室內使用的滅火劑分別被空客和波音所使用。

7結束

語本文研究了載人艙滅火設備，即駕駛艙和客艙手提式滅火瓶、盥洗室廢物箱滅火瓶的設計、安裝布置和檢驗/試驗等要求，對民用飛機載人艙滅火設備設計具有參考和指導意義

作者：于水 單位：上海飛機設計研究院

第二篇：民用飛機應急撤離信號系統研究

摘要：根據飛機安全性和競爭性研究,通過分析應急撤離程序,對比幾種主流機型,提出了一種用于民用飛機應急撤離的信號系統設計理念。應急撤離信號系統通過使用按鍵/旋鈕、燈光提示和聲響提示等方式快速的完成信息溝通，從而盡可能的提高應急撤離程序的效率。

關鍵詞：民用飛機；應急撤離；信號系統

1引言

應急撤離是指飛機或機上發生嚴重緊急情況時，機組在地面或水上所采取的，保證機上人員安全或減少飛機上人員傷害的措施。與應急撤離配套的一系列設施，一直以來都是民機安全性研究的重要方向。在飛機應急著陸時，旅客逃生的關鍵取決于能否迅速、安全地從飛機撤離的能力，根據CAAR§25.803(c)對客座量大于44座的飛機,必須表明其最大乘座量的乘員能在90秒鐘內在模擬的應急情況下從飛機撤離至地面,該乘座量包括申請合格審定的中國民用航空總局有關營運規定所要求的機組成員人數在內。民用飛機由于機上人員多且分散，因此當飛機出現應急情況時，必須把應急撤離的決定迅速傳達到每一個人員，這對救生的成功至關重要。本文圍繞民用飛機應急撤離程序和國外主流機型設計展開研究，提出了一種服務于應急撤離的信號系統設計。

2應急撤離信號

考慮到民用飛機機上人員多且分散，當發生應急情況時，如果將應急撤離的決定迅速的傳達到每一個人員，這對救生的成功至關重要。通過分析應急程序，在飛機出現應急情況時，由機長同步使用旅客廣播和應急撤離信號向全機指令，要求開始應急撤離。應急撤離信號是在使用旅客廣播的同時，通過簡單操作在飛行機組和乘務組間建立一個快速、簡潔的聯絡通道。設計目標是提高緊急情況下機組人員的響應速度以及溝通的效率。通過按鍵、旋鈕、燈光及聲響快速的完成應急撤離指令的溝通和傳遞,縮短在應急撤離過程中機組之間的溝通流程,為在危險情況下機上人員的盡快撤離贏得時間,提升應急撤離程序的效率。應急撤離信號一般分為聲響提示和燈光提示。在駕駛艙內設置由應急撤離控制按鈕、撤離指示燈、聲響提示抑制按鈕和蜂鳴器/揚聲器；在客艙乘務員位置設置由應急撤離指示燈，蜂鳴器/揚聲器和聲響提示抑制按鈕。應急撤離信號的系統設計可以相對獨立于其他飛機系統，也可以從系統綜合的角度考慮與通信系統或者客艙系統相結合。

3主流機型研究

通過對國外主流機型的研究發現，應急撤離信號這項技術在國外大型飛機的主流機型上均有不同程度的運用。

4系統設計考慮

4.1系統功能

應急撤離信號系統應包括以下幾項功能：1)應急撤離信號的；2)應急撤離的燈光、聲響指示；3)應急撤離聲響指示的抑制；另外，在主流機型上發現在駕駛艙內有應急撤離權限設置的功能。駕駛員可以根據實際情況為乘務長配置下達應急撤離指令的權利。

4.2系統組成和架構

通過研究主流機型的系統設計發現，應急撤離信號一般可作為選裝項。又由于應急撤離信號的系統設計相對于其他飛機系統較為獨立，可以通過獨立組件相交聯實現系統功能，也可以作為其他系統的選裝設備。

5結束語

結合民用飛機機應急撤離程序，通過設計一套用于應急撤離的信號系統，可以有效地建立飛機機組和乘務組間快速、簡潔的聯絡通道，旨在應急撤離時，通過按鍵、旋鈕、燈光提示和音響提示等快速的完成信息溝通，縮短在實際運行中應急撤離執行過程中機組之間的溝通流程，提高了應急撤離程序的效率，也增加了民用飛機的安全性和競爭能力。

參考文獻：

[1]CCAR-25-R4，運輸類飛機適航標準[S].

[2]王惠玲.民機應急撤離及救生系統設備配置分析[J].民用飛機設計與研究，2009（03）.

[3]馬健，90秒內撤離淺談運輸類飛機應急撤離的適航驗證要求[J].國際航空，2009（08）.

作者：朱青 單位：上海飛機設計研究院

第三篇：民用飛機可燃液體防火分區方法

【摘要】本文依據相關的適航規章和民用飛機的設計特點，結合民用飛機各區域內著火三要素的類型和特性，對可燃液體防火區域劃分的方法進行了研究，為民用飛機可燃液體防火區域劃分和進一步的防火分析提供了參考和依據。

【關鍵詞】可燃液體泄漏區；分區；著火三要素

0引言

民用飛機上有存儲可燃液體的油箱和管路，以及與可燃液體管路相連的設備，在可燃液體存儲和使用的過程中均有可能會產生可燃液體泄漏，可燃液體泄漏區分區就是根據可燃液體泄漏在各區域的存在特性，結合各區域點火源的特性，進行區域劃分，在此基礎上開展各區域的防火設計，進一步采取措施降低區域產生著火的風險。本文根據適航規章的要求，以及適航建議的方法，結合民用飛機各區域的設計特點，對可燃液體泄漏區分區方法進行了研究和分析。

1可燃液體防火概述

1.1著火三要素

易燃材料、點火源、助燃劑（氧化劑）是著火的三個基本要素。著火是由三要素共同作用產生的，在正常狀態下，每一要素或其中兩個要素是以有控制的狀態存在的，但由于功能失效或意外，使某控制要素或其組合脫離了控制狀態，這些不受控制的基本要素同時存在，構成潛在著火危險。

1.2易燃材料

對于民用飛機，應考慮以下幾種易燃材料(包括易燃液體)對著火的影響：燃油、潤滑油和酯類液體、液壓油、酒精和水的混合物、塑膠材料、復合材料、密封劑、絕緣/隔離涂層。

1.3自燃點易

燃物的自燃點（自主點火溫度）是指在規定的條件下，易燃物質發生自燃的最低溫度。對于飛機上的易燃液體，是指液體加熱到一定的溫度后，使其與空氣接觸，在不需引火的條件下，因劇烈的氧化而產生火焰自行燃燒的最低溫度。

1.4點火源點

火源為一種熱源，預期會在飛機運行和環境條件下產生，該熱源有足夠的溫度和能量點燃易燃材料。名義點火源：與故障狀態無關的點火源。潛在點火源：與故障狀態有關的點火源。AC25.863draft規定了設備的表面溫度為易燃物自燃點50°F以下時，可以認為該溫度不會成為易燃物的點火源。通常飛機中易燃液體(燃油)的最低自燃點為450°F(232°C)，因此，將表面溫度超過400°F(204°C)的高溫表面/流體歸結為點火源。此外，點火源還應考慮火花/電弧和明火，具體分類如下：1）熱表面：設備在正常工作狀態或故障狀態下，大于等于204℃的高溫表面。常見熱表面類型點火源有發動機機匣/尾噴管/排氣管的表面區域、高溫引氣管路的表面區域和各種類型的過熱設備等；2）熱流體：由于管路破裂或設備損壞導致釋放出大于等于204℃的高溫流體。典型的熱流體類型點火源是發生破裂的高溫引氣管路、接頭或閥門釋放出的高溫引氣；3）火花/電弧：由于摩擦、電氣設備/電纜故障和靜電釋放等引起的火花/電弧；4）明火：設備在正常工作狀態或故障狀態下產生的火焰。常見的明火類型點火源有尾噴管點火、發動機/APU喘振產生的明火和故障下的電氣設備/電纜著火等。

2可燃液體防火分區

2.1分區概述

飛機各個區域通常都存在可作為助燃劑的空氣，根據著火的機理，飛機火災通常都是由于易燃液體或其蒸氣的點燃而引起的。為了降低著火產生的風險，需要對各區域內易燃液體及其蒸氣以及點火源的存在狀態進行分析和評估，在對各區域可燃液體泄漏及點火源產生的可能性評估的基礎上，對全機各區域進行可燃液體防火區域劃分，確定著火危害產生的可能性并采取相應的防護措施，以達到最小化著火產生的可能性及盡量降低著火產生的危害的目的。

2.2分區方法和流程

根據民用飛機各區域可燃液體泄漏源和點火源的存在狀態，綜合考慮各區域的防護設計特征和著火風險影響，全機可以劃分為以下五種類型：1）指定火區CCAR25.1181規定的區域；2）火區通常情況下存在可燃液體泄漏源，且存在名義點火源的區域；3）易燃區通常情況下任何包含可燃液體及其蒸氣的容器或區域內，不包含點火源，一般為燃油箱、液壓油箱、滑油箱、存放和使用燃油液壓油導管和組件等；4）可燃液體泄漏區通常情況下存在可燃液體泄漏，但不存在名義點火源的區域，一般為氣密艙后部的機身內部區域、前起輪艙、機翼除油箱以外的部分等飛機上預期存在可燃液體泄漏的非增壓區域。5）非危險區與可燃液體及其蒸氣采取了隔絕措施，通常情況下不存在可燃液體泄漏的區域，一般為飛機的增壓部分，包括駕駛艙、客艙、貨艙、增壓區內的設備艙等區域。

3關于分區的相關說明

3.1細化分區

通常在完成上述可燃液體防火分區后，還會針對某些區域內的可燃液體泄漏源和點火源采取一定的防護隔離措施，在原來的分區基礎上，進行細化分區。細化分區可能會產生原有區域類型的變化，舉例如下：1）氣密隔框后增加隔離液壓管路的隔框，在隔框后的區域內燃油管采取雙層管路設計，配置獨立的排液路徑，因此隔框后的區域不存在可燃液體泄漏源，僅存在潛在點火源，可以視為非危險區。2）某些機型的發動機尾噴口區域，在一定范圍內只存在高溫，設計時避免了可燃液體到達該范圍內，可以視為非危險區。

3.2其他分類說明

對于指定火區和火區，通常采用適航規章和咨詢通告中對于指定火區建議的防火設計措施，對于易燃區也有適用的防爆適航條款和咨詢通告要求，而非危險區并不屬于可燃液體防火設計考慮的范疇，因此在對25.863條款進行設計和驗證時，可燃液體泄漏區的劃分、評估、分析和驗證尤為關鍵。而可燃液體防火分區除了以上5種類型外，有時也會根據需要，在進行著火風險評估和分析的過程中，引入以下幾類分區的概念：1）鄰近指定火區鄰近指定火區是指火區的物理鄰近區域，一般包括與發動機連接的吊掛、支柱、防火墻后面的短艙區域、不屬于指定火區的風扇整流罩以及APU部件的鄰近區域。通常情況下，防火墻可作為指定火區和鄰近指定火區劃分的一道邊界，考慮到防火墻的高溫特性，鄰近指定火區的防護措施通常參考指定火區的要求進行，如布置上的分離、指定的通風量、排液、耐火要求等。2）包含液壓系統部件的區域由于燃油管采取了雙層管路設計，因此可能的可燃液體泄漏源主要存在于包含液壓系統部件的區域，在此分區基礎上，針對這些區域內可能的泄漏源特性，結合區域內點火源的特性，進行著火風險分析，對于指定的管路或接頭進行設計更改或優化，或采取相應的點火源防護措施。3）包含電子電氣設備的區域對于所有包含電子電氣設備的區域，尤其是可能存在可燃液體泄漏源的區域進行重點評估和分析，涉及電子電氣設備數量多、導線復雜的區域，其潛在點火源相關的故障狀態分析相對復雜，可采取與可燃液體泄漏的隔離措施，避免電子電氣設備與可能的可燃液體漏液接觸。

4結束

語本文的研究對民用飛機全機防火設計具有參考和指導意義，根據民用飛機各區域的布置和設計特征，結合著火三要素進行可燃液體防火分區，是民用飛機防火設計和驗證的前提，對各區域可能引起著火的要素進行識別，并在后續設計中考慮相應的防護措施，有利于全機防火驗證工作的順利開展和完成。

【參考文獻】

［1］中國民航總局,CCAR25-R4,中國民用航空規章第25部-運輸類飛機適航標準[S].2011.

［2］《飛機設計手冊》總編委會.飛機設計手冊第13冊:動力裝置系統設計[M].北京.航空工業出版社,2006.

［3］ANM-110,AC25.863-1draft,FLAMMABLEFLUIDFIREPROTECTION.

［4］中華人民共和國國家軍用標準，GJB3568-99,中國人民解放軍總裝備部，1999.

作者：于水 單位：上海飛機設計研究院

第四篇：民用飛機適航審定單粒子翻轉考慮

【摘要】本文討論了民用飛機機載電子硬件審查中的單粒子翻轉問題。首先介紹了單粒子翻轉現象及其產生的原因，根據可編程電子硬件的工藝類型闡述了單粒子翻轉的影響，從芯片設計和用戶系統設計兩方面總結了單粒子翻轉的常用減緩策略。

【關鍵詞】單粒子翻轉；機載電子硬件；適航審定

0前言

隨著半導體技術的快速發展，可編程邏輯電子器件在民用飛機領域得到了越來越廣泛的應用。常見的可編程電子器件包括可編程邏輯器件（PLD）、復雜可編程邏輯器件（CPLD）、現場可編程門陣列（FPGA）、專用集成電路（ASIC）等。可編程器體積小、配置靈活，能夠以較低的功耗實現復雜的功能。但可編程器件內部的邏輯規模巨大，對外部不可見，要想實現對每個邏輯門狀態的完全驗證很難實現。為此，開發者通常采取嚴格的研制流程，例如DO-254，保證器件工作的可靠性。影響可編程器件可靠性的因素既有設計錯誤，也有外部因素，外部因素包括單粒子翻轉。適航當局在機載電子硬件的審查過程中，對單粒子翻轉引起的失效及其減緩策略給予了特別的關注。本文以常見的可編程邏輯器件FPGA為例，闡述可編程邏輯器件的單粒子翻轉現象及其減緩策略。

1單粒子翻轉現象

單粒子翻轉指的是半導體存儲器件內部的存儲單元的狀態變化，例如從0變到1或從1變到0。其物理原因是存儲單元的電荷由于外界影響而發生了變化。理論上來說，任何半導體器件都有單粒子翻轉的可能。單粒子翻轉可能影響存儲器件中的一個或多個比特位。即使沒有系統設計的邏輯錯誤，如果單粒子翻轉改變了系統運行的關鍵狀態，仍然有可能對系統產生災難性的影響。例如，對飛機而言，如果空速和迎角發生錯誤，則可能使系統產生錯誤的響應，嚴重影響飛行安全。因此，如何通過合適的設計手段來避免單粒子翻轉的不利影響，從而提高系統的穩健性成為飛機設計人員必須考慮的問題。對于半導體器件而言，單粒子翻轉主要有兩個來源：中子和α粒子。中子主要由于宇宙中的高能質子與大氣分子碰撞而產生。高度越大，單位時間和單位面積內的中子數量越多。當不帶電的中子穿過半導體的不同材料層時，會產生離子（帶電粒子），當離子路徑穿過耗盡區或者接近P-N結時，其產生的電子或空穴會使存儲單元的狀態發生變化。α粒子為低能量粒子，主要由封裝材料引起。帶電的α粒子能夠產生離子化路徑，從而使存儲單元的電荷狀態發生變化。由于α粒子的能量低，只有那些與硅片非常接近的封裝材料才會對其產生影響。在半導體領域，廠家會采用超低α粒子的封裝材料，盡量減少對半導體的影響。

2單粒子翻轉

對不同類型FPGA的影響單粒子翻轉對不同工藝的可編程電子器件有著不同的影響。單粒子翻轉對FPGA的影響主要體現對其內部隨機存儲單元（RAM）的影響。無論何種類型的FPGA，只要其內部有RAM，都可能受到單粒子翻轉的影響。FPGA內部的RAM包括用于配置的RAM和嵌入式RAM。

2.1FPGA的工藝類型

常見的可編程器件主要有以下三種工藝：（1）Flash：基于flash的FPGA斷電后配置邏輯不消失，上電后可立即啟動，無需從外部加載配置文件。Flash工藝FPGA可重復編程。（2）SRAM：基于SRAM的FPGA可重復編程，其配置單元斷電后信息丟失，每次上電時需重新加載。所以，該類型的FPGA必須在外部配置一塊存儲芯片來存儲配置文件，而且它需要上電配置的時間。（3）反熔絲：只能一次編程，無法更改邏輯配置，無需啟動加載過程。

2.2對器件配置單元的影響

可編程邏輯器件的的配置單元用來存儲硬件描述語言經過綜合、布局和布線后生成的配置文件，決定了器件的邏輯功能。基于Flash和反熔絲工藝的FPGA，其配置單元不會受到單粒子翻轉的影響。基于SRAM的FPGA，其配置單元則可能由于單粒子翻轉的影響而發生狀態變化，必須有適當的措施檢測單粒子翻轉引起的錯誤，并在上一層級的設計中抑制單粒子翻轉產生的不利影響。

2.3對器件嵌入式RAM的影響為了進一步擴展器件功能，芯片廠商會在FPGA中引入嵌入式RAM，用來在程序運行中臨時存儲數據。嵌入式RAM不僅存在于基于SRAM的器件中，還存在于基于Flash和反熔絲的FPGA。這些器件的嵌入式RAM容易受到單粒子翻轉的影響，影響系統的正常運行，必須有措施檢測到數據的損壞。

3單粒子翻轉減緩策略

對單粒子翻轉的減緩，可以從芯片設計和用戶設計的角度來進行。

3.1芯片設計技術

對于芯片生產廠家，其可以利用低α粒子的封裝材料，還可采用特殊的交錯和布局技術，減少單粒子翻轉發生的概率，或增強對單粒子翻轉引起錯誤的檢測和糾錯能力。根據器件運行的不同階段，可分為上電時檢測和運行時檢測。

3.2上電時檢測

在器件上電時檢測配置文件的完整性。對基于Flash和反熔絲的器件，因其對單粒子翻轉不敏感，無需進行此類檢測。對基于SRAM的器件，常用的做法是CRC校驗。很多FPGA器件提供了該功能，只需在代碼中啟用即可。例如可利用芯片的32位CRC校驗內置特性檢測配置單元存儲中發生的錯誤。如果用戶自己實現檢測功能，則會占用額外的芯片資源。

3.3運行時檢測

有的器件可以提供對內部嵌入式RAM的錯誤檢測和糾正。例如，有的FPGA可檢測并糾正嵌入式SRAM中單個比特位的錯誤，檢測兩個比特位的錯誤但不糾正。此外，還可以在更高層級采取措施防止單粒子翻轉的不利影響。在設備級，可以實現指令-監控架構，通過一個獨立的通道檢測另一個通道發生的錯誤。對于計算機，除了指令監控架構，可采用三模冗余技術：給一個處理器配備三份內存，同步運行，在比較模塊中實時比較三份內存的差異，如果發現異常則對錯誤的內容進行糾正。這種架構可以檢測并糾正其中某個內存發生的錯誤，大大降低了單粒子翻轉引起的故障，提高了系統可靠性。系統層級也可以實現多種監控器，根據期望的正常運行范圍對系統的實際運行狀態進行持續監控，檢測被監控對象的異常行為，包括由單粒子翻轉引起的錯誤。系統邏輯根據監控器的輸出采取合適的響應，并根據需要告知用戶。

4結論

單粒子翻轉會使半導體存儲單元的狀態發生變化，對飛機的安全運行產生重要影響。本文討論了單粒子翻轉的現象和產生的原因、對不同類型FPGA的影響，以及芯片設計和用戶邏輯設計中的減緩措施。民用飛機的高安全性要求使得單粒子翻轉得到了適航審查當局和研制單位的日益重視。

【參考文獻】

［1］張碩,伊小素,孫進輝,張倩.SRAM型FPGA帶刷新的新分層三模冗余技術容錯分析[J].實驗技術與管理,2012(11):44-49.

作者：吳健 單位：上海飛機設計研究院