某型飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)供氣異常原因追溯

張慶珍

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

0 引言

在整個(gè)飛機(jī)飛行周期內(nèi)，飛機(jī)座艙環(huán)境壓力及壓力變化速率對(duì)執(zhí)行任務(wù)的空勤人員具有重要意義，一個(gè)滿足人體生理環(huán)境要求的座艙壓力環(huán)境，需要飛機(jī)座艙結(jié)構(gòu)氣密性能、飛機(jī)座艙壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)及飛機(jī)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)協(xié)同配合實(shí)現(xiàn)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的失效都會(huì)造成飛機(jī)座艙環(huán)境改變，對(duì)飛行任務(wù)造成隱患。如某型飛機(jī)執(zhí)行任務(wù)過程中出現(xiàn)多起空中釋壓問題，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(duì)該型飛機(jī)座艙釋壓問題進(jìn)行分解分析，定位在飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)異常。飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的基本任務(wù)是在不同的飛行狀態(tài)和外界條件下，使飛機(jī)座艙具有一個(gè)良好的環(huán)境參數(shù)，以保證飛機(jī)任務(wù)的有效、安全執(zhí)行。本文針對(duì)該型飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)故障引起的座艙釋壓故障進(jìn)行異常原因追溯，并總結(jié)排故案例，為飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)排故工作提供借鑒。

1 故障現(xiàn)象描述及故障原因分析

1.1 故障 現(xiàn)象描述

選取兩例某型飛機(jī)座艙釋壓故障部分飛行參數(shù)進(jìn)行故障現(xiàn)象描述：

a）某年3 月，某型飛機(jī)執(zhí)行任務(wù)中，飛行高度8420m，飛行狀態(tài)平飛，座艙壓差由36.8kPa 掉至5.64kPa，歷時(shí)63min，平均減壓速率約0.5kPa/min，飛行員反映5000m 以上氧氣面罩自動(dòng)噴氧，地勤未記錄發(fā)動(dòng)機(jī)告警顯示器告警記錄，座艙供氣使用小流量。飛參曲線如下圖 1 所示：

b）某年8 月，某型飛機(jī)執(zhí)行任務(wù)中，飛行高度3000m，飛行狀態(tài)平飛，座艙壓差由7.37kPa 掉至0.77kPa，歷時(shí)3.5min，平均減壓速率1.89kPa/min，座艙供氣使用小流量。飛參曲線如下圖 2 所示：

圖2 某年8月某型飛機(jī)部分飛參曲線

1.2 故障原因分析

根據(jù)某型飛機(jī)座艙壓力系統(tǒng)工作原理，如圖 3 所示，導(dǎo)致飛機(jī)座艙釋壓的因素主要有飛機(jī)座艙氣密結(jié)構(gòu)性、座艙空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)供氣性能以及座艙壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能。

針對(duì)本次釋壓問題，已經(jīng)通過地面試驗(yàn)及座艙壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能測試試驗(yàn)，排除了這兩個(gè)因素，原因具體定位為座艙空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)供氣性能異常導(dǎo)致。

影響座艙空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能的因素主要有控制系統(tǒng)流量的控制盒異常、線路故障、供氣管路漏氣堵塞、控制系統(tǒng)流量的關(guān)斷活門異常四種，下文對(duì)該四部分進(jìn)行試驗(yàn)，展開空調(diào)系統(tǒng)供氣異常原因追溯。

圖3 座艙釋壓影響因素

2 試驗(yàn)分析

2.1 控制盒性能試驗(yàn)

通過地面試車檢查，系統(tǒng)調(diào)壓正常，飛行參數(shù)正常，因此可以排除由于控制盒故障導(dǎo)致飛機(jī)座艙釋壓的可能。

2.2 線路故障

根據(jù)通電以及機(jī)上電路檢查，可以判斷線路無短路、斷路或異常接通現(xiàn)象，因此可以排除線路故障導(dǎo)致飛機(jī)座艙無供氣或供氣流量偏小的可能。

2.3 供氣管路漏氣或堵塞

根據(jù)地面試車檢查，供氣管路氣密性良好，因此可以排除供氣管路漏氣或堵塞導(dǎo)致飛機(jī)座艙無供氣或供氣流量偏小的可能。

2.4 壓力調(diào)節(jié)關(guān)斷活門異常

a)試驗(yàn)飛機(jī)：某型號(hào)飛機(jī)1（某年3 月發(fā)生座艙釋壓故障）、某型號(hào)飛機(jī)2（某年8 月發(fā)生座艙釋壓故障），以某型號(hào)飛機(jī)1 展開論證；

b)試驗(yàn)過程：地面開車，檢查座艙空調(diào)系統(tǒng)工況，供氣開關(guān)置于“小流量”位，手感座艙供氣噴嘴供氣量，并檢測壓力調(diào)節(jié)關(guān)斷活門出口壓力；

c)試驗(yàn)結(jié)論：

手感座艙供氣量偏小；壓力調(diào)節(jié)關(guān)斷活門出口壓力在0.317MPa ～0.328Mpa（正常壓力值是0.385MPa ～0.335Mpa），出口壓力偏低。

d）返廠試驗(yàn)情況：

某部隊(duì)反映故障現(xiàn)象為地面引氣壓力低時(shí)打不開，引氣壓力高時(shí)供氣量小。

某年4 月，對(duì)部隊(duì)返廠的釋壓問題件（壓力調(diào)節(jié)關(guān)斷活門）進(jìn)行了廠內(nèi)復(fù)試，復(fù)試情況見表1：

某年4 月，對(duì)正常件（某廠帶來的壓力調(diào)節(jié)關(guān)斷活門正常件）試驗(yàn)情況見表2，活門處于小流量狀態(tài)。

某年4 月，對(duì)部隊(duì)返廠的釋壓問題件（壓力調(diào)節(jié)關(guān)斷活門）進(jìn)行性能復(fù)試，部隊(duì)反映產(chǎn)品關(guān)不上，經(jīng)復(fù)試產(chǎn)品出口壓力偏差大，產(chǎn)品打不開，故障復(fù)現(xiàn)，復(fù)試數(shù)據(jù)見表3。

3 原因追溯

對(duì)釋壓問題件（壓力調(diào)節(jié)關(guān)斷活門）進(jìn)行分解檢查，發(fā)現(xiàn)活門（見圖4）中的錐形活門被吹斜，卡在殼體上，并將彈簧壓斷（見圖5）。

產(chǎn)品控制腔調(diào)節(jié)是通過圖4 活門的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)的，正常調(diào)定壓力為0.25MPa ～0.27MPa（表壓），而活門的打開壓力為0.27MPa ～0.29MPa，高于控制腔的壓力，活門正常不開啟。出現(xiàn)彈簧斷裂并根據(jù)故障零件情況斷定，安全活門頻繁開啟，導(dǎo)致彈簧磨損斷裂，而安全活門頻繁開啟的原因?yàn)榭刂魄坏膲毫^高。

根據(jù)以上分析，我們對(duì)產(chǎn)品繼續(xù)分解，發(fā)現(xiàn)調(diào)壓活門和活門座銹蝕嚴(yán)重，如圖6、圖7 所示。經(jīng)分析確定故障原因?yàn)橛捎谡{(diào)壓活門和活門座銹蝕，調(diào)壓活門卡滯，導(dǎo)致控制腔壓力升高，使得安全活門頻繁開啟，彈簧斷裂，從而出現(xiàn)該套故障件的故障現(xiàn)象。

針對(duì)某型號(hào)飛機(jī)2（某年8 月發(fā)生座艙釋壓故障），根據(jù)產(chǎn)品故障現(xiàn)象，初步判斷出口壓力偏差大為調(diào)壓活門卡滯，產(chǎn)品關(guān)不上為電磁鐵中有異物。經(jīng)對(duì)產(chǎn)品分解，發(fā)現(xiàn)安全活門中的錐形活門被吹斜，彈簧彎曲變形并磨損嚴(yán)重，如圖8 所示。

根據(jù)以上分析并對(duì)產(chǎn)品繼續(xù)分解，發(fā)現(xiàn)調(diào)壓活門銹蝕嚴(yán)重，波紋管損壞嚴(yán)重，經(jīng)測量波紋管長度伸長3mm，如圖9、圖10 所示。

經(jīng)分析確定出口壓力偏差大的原因是由于調(diào)壓活門銹蝕，活門運(yùn)動(dòng)卡滯或不靈活，導(dǎo)致控制腔壓力升高，波紋管運(yùn)動(dòng)頻繁并與殼體發(fā)生撞擊，使得波紋管發(fā)生損壞，同時(shí)控制腔壓力的變化使得安全活門頻繁開啟，彈簧磨損嚴(yán)重，從而出現(xiàn)該套故障件出口壓力偏差大的現(xiàn)象。

分解過程中發(fā)現(xiàn)，電磁閥處出現(xiàn)異物，異物是由波紋管與殼體撞擊出的金屬碎屑產(chǎn)生的，見圖11 所示。異物進(jìn)入電磁閥內(nèi)部，導(dǎo)致電磁閥斷電后動(dòng)鐵芯不動(dòng)作，接通活門無法復(fù)位，從而出現(xiàn)產(chǎn)品關(guān)不上的現(xiàn)象。

表1 釋壓問題件（壓力調(diào)節(jié)關(guān)斷活門）復(fù)試情況壓力：表壓，溫度：180℃

表2 正常件（壓力調(diào)節(jié)關(guān)斷活門）復(fù)試情況壓力：表壓，溫度：180℃

表3 釋壓問題件（壓力調(diào)節(jié)關(guān)斷活門）性能復(fù)試2 壓力：表壓，溫度：180℃

4 結(jié)論

根據(jù)某型飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)供氣異常原因追溯，分析得出導(dǎo)致飛機(jī)座艙釋壓的原因?yàn)閴毫φ{(diào)節(jié)關(guān)斷活門異常，具體現(xiàn)象為壓力調(diào)節(jié)關(guān)斷活門異常打開壓力偏高，出口壓力明顯低于正常值；正常件（壓力調(diào)節(jié)關(guān)斷活門）打開壓力為0.11Mpa，故障件（壓力調(diào)節(jié)關(guān)斷活門）地面打開壓力為0.35Mpa，故障件（壓力調(diào)節(jié)關(guān)斷活門）高空打開壓力應(yīng)高于0.35Mpa，與原試飛數(shù)據(jù)相比，在飛機(jī)飛行狀態(tài)下，壓力調(diào)節(jié)關(guān)斷活門存在從打開位置轉(zhuǎn)至關(guān)閉的可能，座艙供氣被切斷，造成飛機(jī)座艙釋壓。綜上所述，引起某型飛機(jī)多次空中釋壓的原因?yàn)閴毫φ{(diào)節(jié)關(guān)斷活門故障。

圖4 壓力調(diào)節(jié)關(guān)斷活門

圖5 斷裂的彈簧

圖6 銹蝕的調(diào)壓活門

圖7 銹蝕的活門座

圖8 彎曲變形、磨損嚴(yán)重的彈簧

圖9 銹蝕的調(diào)壓活門

圖10 損壞的波紋管

圖11 發(fā)現(xiàn)異物的電磁閥