某型飛機(jī)多人救生船空中意外脫落原因追溯

張慶珍

（中航飛機(jī)股份有限公司西飛設(shè)計(jì)院，陜西 西安，710089）

0 引言

多人救生船作為飛機(jī)救生系統(tǒng)的重要機(jī)載設(shè)備，主要用于飛機(jī)迫降在水域中后，全部飛行員爬上多人救生船，漂浮在水面上等待救援。多人救生船的失效會(huì)造成飛行任務(wù)失敗，對空勤人員的安全造成隱患。如某型飛機(jī)執(zhí)行任務(wù)過程中出現(xiàn)多人救生船空中意外脫落問題，在影響任務(wù)執(zhí)行的同時(shí)，還造成了巨大的安全隱患。

針對該型飛機(jī)多人救生船空中意外打開脫落問題進(jìn)行研究分析，并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。本文針對該型飛機(jī)多人救生船意外充氣故障引起的多人救生船空中意外脫落故障進(jìn)行異常原因追溯，并總結(jié)排故案例，為多人救生船的維護(hù)工作提供借鑒。

1 故障現(xiàn)象描述及故障原因分析

1.1 故障現(xiàn)象描述

某型飛機(jī)執(zhí)行任務(wù)中，飛行高度9000m，飛行狀態(tài)平飛過程中聽到機(jī)外有異常響聲，隨即飛機(jī)返航著陸。地面檢查發(fā)現(xiàn)：1）救生船艙蓋及救生船缺失；2）救生船艙槽孔邊緣存在不同程度損傷；3）艙蓋鎖機(jī)構(gòu)中的鎖鉤均發(fā)生斷裂；4）機(jī)身蒙皮一處有大約130×140mm裂口，另一處有大約60mm×140mm的凹坑等。

1.2 故障原因分析

根據(jù)故障樹分析，如圖 1所示，導(dǎo)致多人救生船空中意外脫落的因素主要可分為機(jī)上誤操作、維護(hù)不到位和裝備失效三類。

針對上述故障樹，將影響因素分為機(jī)上誤操作、維護(hù)不到位和裝備失效三類。屬于機(jī)上誤操作的影響因素有：投放手柄被意外拉動(dòng)1項(xiàng)；屬于維護(hù)不到位的影響因素有：鎖機(jī)構(gòu)未鎖好、防磨套在鋼索上的自由行程過小、氣瓶竄動(dòng)、救生船帶較多余氣裝機(jī)、維護(hù)關(guān)艙蓋時(shí)誤拉斷氣瓶保險(xiǎn)等5項(xiàng)；屬于裝備失效的影響因素有：鎖機(jī)構(gòu)意外開鎖、輔助鎖蓋脫出、彈簧失效、支架連接失效、鎖閉夾子連接螺釘和鉚釘失效、鎖閉夾子破壞、鎖鉤連接鉚釘失效、裝配缺陷、制造缺陷、氣動(dòng)載荷、氣瓶爆裂和氣瓶閥體因故障關(guān)閉不嚴(yán)等12項(xiàng)。

圖1 多人救生船空中脫落故障影響因素

對以上18項(xiàng)可能的影響因素，分別采用實(shí)物檢查、分析評估及試驗(yàn)?zāi)M三種方法進(jìn)行分析。

經(jīng)機(jī)上結(jié)構(gòu)和相關(guān)維修記錄檢查分析，排除了鎖機(jī)構(gòu)意外開鎖、鎖機(jī)構(gòu)未鎖好、輔助鎖蓋脫出、彈簧失效、鎖鉤連接鉚釘失效、氣瓶爆裂、投放手柄被意外拉動(dòng)、氣瓶閥體因故障關(guān)閉不嚴(yán)、防磨套在鋼索上的自由行程調(diào)整過小等9個(gè)因素；經(jīng)分析評估，通過強(qiáng)度計(jì)算和理化分析，排除了支架連接失效、鎖閉夾子連接螺釘和鉚釘失效、鎖閉夾子破壞、鎖鉤制造缺陷、氣動(dòng)載荷、裝配缺陷等6個(gè)因素，但氣瓶竄動(dòng)、多人救生船帶過多余氣裝機(jī)和維護(hù)關(guān)艙蓋時(shí)誤拉斷氣瓶保險(xiǎn)三個(gè)因素不能排除。

下文對氣瓶竄動(dòng)、多人救生船帶過多余氣裝機(jī)和維護(hù)關(guān)艙蓋時(shí)誤拉斷氣瓶保險(xiǎn)三個(gè)因素進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證分析，展開多人救生船空中意外脫落原因追溯。

2 試驗(yàn)分析

2.1 氣瓶竄動(dòng)試驗(yàn)

根據(jù)現(xiàn)場模擬試驗(yàn)，若氣瓶保護(hù)罩固定不牢靠時(shí)，在飛行中氣瓶與保護(hù)罩會(huì)產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，使氣瓶鋼索拉緊，放氣凸輪抬起，導(dǎo)致救生船意外充氣。通過地面模擬試驗(yàn)，測得保護(hù)罩相對氣瓶的最大位移量為6mm，不會(huì)使氣瓶的鋼索拉緊。因此可以排除由于氣瓶竄動(dòng)導(dǎo)致飛機(jī)座艙釋壓的可能。

2.2 多人救生船帶過多余氣裝機(jī)試驗(yàn)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)，在環(huán)境溫度21℃時(shí)，將救生船抽真空后，分別在30s、1min、5min后關(guān)閉救生船放氣閥，通過測量，氣體回流量分別為6L、15L、和21.5L，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1，氣體回流量較大，建議多人救生船維護(hù)過程中應(yīng)及時(shí)關(guān)閉放氣閥。

通過地面試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在船體內(nèi)存有約20L的氣體時(shí)，救生船膨脹明顯，無法裝機(jī)，如下圖 2所示。因此可以排除多人救生船帶過多余氣裝機(jī)的可能。

通過以上分析，18項(xiàng)影響因素中17項(xiàng)經(jīng)實(shí)物檢查、分析評估及試驗(yàn)?zāi)M予以排除，僅剩維護(hù)關(guān)艙蓋時(shí)誤拉斷氣瓶保險(xiǎn)不能排除。若維護(hù)人員在維護(hù)關(guān)艙蓋時(shí)猛拉輔助鎖蓋，使指示器超過標(biāo)記的位置線，就有可能將保險(xiǎn)絲拉斷，并將氣瓶的放氣凸輪打開，短時(shí)向救生船內(nèi)增壓充氣，在空中低壓環(huán)境下，救生船內(nèi)外壓差增大，與氣動(dòng)載荷的共同作用下，頂開救生船艙蓋，導(dǎo)致艙蓋空中脫落。該影響因素與故障情況相吻合，需進(jìn)一步進(jìn)行故障復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

3 原因追溯

在關(guān)閉救生船艙蓋過程中，若維護(hù)人員在維護(hù)關(guān)艙蓋時(shí)由于開鎖力偏大而猛拉輔助鎖蓋，會(huì)使鎖機(jī)構(gòu)指示器超過標(biāo)記的位置線，導(dǎo)致氣瓶保險(xiǎn)絲拉斷，并將氣瓶的放氣凸輪打開。氣瓶保險(xiǎn)絲被拉斷后，放氣凸輪可能會(huì)出現(xiàn)三種狀態(tài)：1）完全打開狀態(tài)；2）未打開狀態(tài)；3）短時(shí)打開又復(fù)位狀態(tài)。

3.1 完全打開狀態(tài)

在常溫常壓下，將救生船折疊放置在船艙內(nèi)，蓋上艙口蓋，通過鋼索拉動(dòng)氣瓶放氣搖臂，氣瓶保險(xiǎn)絲拉斷，放氣凸輪完全打開，氣瓶為救生船充氣。試驗(yàn)中救生船充氣膨開艙蓋過程見圖 3、圖 4和圖 5，救生船瞬間膨脹、外鼓，導(dǎo)致船艙蓋向外鼓起變形，將艙蓋頂壞，支架從船艙槽口中脫出，艙蓋向上翻轉(zhuǎn)、脫開。

表1 打開氣閥時(shí)間及收集氣體體積

若放氣凸輪完全打開，在地面時(shí)救生船會(huì)瞬間膨脹將艙蓋頂壞，同時(shí)伴有明顯的充氣聲，維護(hù)人員必然會(huì)發(fā)現(xiàn)并加以排除，不會(huì)出現(xiàn)艙蓋及救生船空中脫落。

3.2 未打開狀態(tài)

若在拉斷氣瓶保險(xiǎn)后，放氣凸輪未打開，地面不會(huì)有氣體進(jìn)入救生船；為了驗(yàn)證在空中振動(dòng)環(huán)境下，放氣凸輪是否會(huì)打開使救生船充氣，將救生船及放置艙置于試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)。

救生船折疊并放置在試驗(yàn)艙內(nèi)，氣瓶保險(xiǎn)絲處于拉斷狀態(tài)，放氣凸輪處于未打開的情況下，按照國軍標(biāo)要求進(jìn)行X、Y、Z方向的振動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，在振動(dòng)環(huán)境下，氣瓶重量無改變，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2，說明氣瓶沒有為救生船充氣，試驗(yàn)見圖6。

試驗(yàn)結(jié)果表明，救生船氣瓶放氣凸輪不會(huì)因飛機(jī)振動(dòng)而打開放氣，也不會(huì)出現(xiàn)艙蓋空中脫落的事故。

3.3 短時(shí)打開又復(fù)位狀態(tài)

若放氣凸輪短時(shí)打開復(fù)位后氣瓶不能完全關(guān)閉，將會(huì)導(dǎo)致氣瓶緩慢放氣，在前期試驗(yàn)中復(fù)現(xiàn)了此情況，由于救生船體進(jìn)氣緩慢，無法形成較大的內(nèi)外壓差，艙蓋部位不會(huì)形成明顯的階差，地面無法發(fā)現(xiàn)，但內(nèi)部已進(jìn)入一定量氣體；若放氣凸輪短時(shí)打開又復(fù)位關(guān)閉，救生船內(nèi)也會(huì)充入一定量的氣體，兩種情況在地面時(shí)不足以頂開艙蓋或在艙蓋部位形成明顯階差，地面檢查無法發(fā)現(xiàn)，當(dāng)飛機(jī)上升至9000m高空時(shí)，外界環(huán)境絕對壓力約為30kPa（地面壓力約100kPa），救生船內(nèi)外壓差很容易達(dá)到安全閥的工作壓力（10.7kPa）乃至更高，此時(shí)救生船膨脹頂開艙蓋，導(dǎo)致艙蓋空中脫落。

圖2 理論充氣體積為20L的多人救生船裝機(jī)狀態(tài)

在常溫常壓下，將救生船折疊放置在船艙內(nèi)，蓋上艙蓋，向救生船內(nèi)充入不同體積的空氣，在高空艙內(nèi)模擬9000m高空的低氣壓環(huán)境，觀察救生船及其放置艙的變化情況。

救生船分別充入18L、20L、 22L、24L與25L氣體，將救生船及船艙從地面升高至9000m高空，救生船內(nèi)外壓差范圍為10.5kPa～24.9kPa，救生船艙蓋周緣鼓起，但救生船艙蓋沒有脫開。

救生船內(nèi)充入34L氣體，使用爬升速率為80m/s、爬升高度10300m，當(dāng)救生船內(nèi)外壓差達(dá)到31.3kPa時(shí)，船艙蓋的三個(gè)支架從槽口中脫出，船艙蓋向上翻轉(zhuǎn)，救生船鼓出船艙，槽口外邊緣出現(xiàn)劃痕。地面情況見圖7，高空9000m脫出情況見圖8和圖9，槽口劃痕情況見圖10。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，地面時(shí)多人救生船內(nèi)充入一定量氣體的情況下，在高空低氣壓環(huán)境中，氣體膨脹使艙蓋變形，導(dǎo)致三個(gè)支架從槽口脫出，艙蓋向上翻轉(zhuǎn)約30°。艙蓋支架脫出槽口過程中，將槽口外邊緣劃傷，與發(fā)生事故癥候的救生船艙槽口劃痕情況相一致。槽口劃痕表明艙蓋支架先從槽口脫出，后在氣動(dòng)載荷作用下繼續(xù)翻轉(zhuǎn)，扭斷鎖鉤，造成艙蓋脫落，同時(shí)多人救生船在沒有艙蓋約束的情況下一同脫出。

4 結(jié)論

圖3 救生船充氣膨開艙蓋過程（1）

圖5 救生船充氣膨開艙蓋過程（3）

圖4 救生船充氣膨開艙蓋過程（2）

圖6 振動(dòng)試驗(yàn)

表2 試驗(yàn)前后氣瓶重量記錄

圖7 充入34L氣體時(shí)地面情況

圖8 救生船艙蓋脫出情況（1）

圖9 救生船艙蓋脫出情況（2）

圖10 槽口劃痕情況

綜上所述，根據(jù)某型飛機(jī)多人救生船空中意外脫落原因追溯，分析得出導(dǎo)致多人救生船意外脫落的原因?yàn)榫S護(hù)關(guān)艙蓋時(shí)誤拉斷氣瓶保險(xiǎn)，導(dǎo)致氣瓶短時(shí)打開后又復(fù)位關(guān)閉，使救生船內(nèi)充入一定氣體，由于艙門關(guān)閉導(dǎo)致地面無法發(fā)現(xiàn)，飛機(jī)起飛后，氣體在高空低壓環(huán)境下膨脹并使船體內(nèi)外壓差增大，在氣動(dòng)載荷的共同作用下，船艙蓋向外鼓起變形，支架從船艙槽口中脫出；在氣動(dòng)載荷作用下艙蓋繼續(xù)向上翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致鎖鉤破壞，造成事故征候的發(fā)生。