空客A320飞机机组氧气系统渗漏的监控研究

苟俊哲 程伟 赵红华

摘要：分析了空客A320飞机机组氧气系统的原理和使用特点，介绍了东航技术公司针对A320飞机机组氧气系统的日常监控以及渗漏监控的思路和方法。

关键词：A320;机组氧气系统; 渗漏;监控

在客舱紧急释压或当驾驶舱出现烟雾、有毒气体等情况时，飞机机组氧气系统可为机组提供氧气。大多数飞机机组氧气系统发生渗漏并不会触发驾驶舱警告，在执行航班过程中往往也不会专门对机组氧气系统的压力进行持续监控，因此该系统发生渗漏时不易被察觉。但是，机组氧气系统一旦发生渗漏，一方面影响飞行员的正常用氧，另一方面因氧气易燃易爆的特点，存在使用和维护的风险。出于安全运行的考虑，有必要针对机组氧气渗漏情况进行分析研究并持续监控，以降低飞机的运行风险。

1机组氧气系统原理简介

空客A320飞机的机组氧气系统主要由一个位于电子舱内的高压机组氧气瓶提供氧气，压力调节器对来自于高压氧气瓶的氧气进行减压调节，将调压后的氧气送至氧气面罩，在氧气面罩和压力调节器之间设有一个低压供气活门控制供氧量，该电门由驾驶舱内头顶板氧气CREW SUPPLY电门人工控制开关。A320飞机机组氧气系统构成如图1所示。

正常飞行过程中，机组会将低压供气活门电门打到ON位，如需用氧，直接操作使用氧气面罩即可。日常执行航班时，即使机组不使用氧气，由于系统自身存在的微小渗漏，氧气压力也会逐渐降低。根据航程时间的统计，一般A320机型一个航段的氧气压力损耗在10psi左右;根据对氧气瓶更换使用频率的统计，一般正常氧气压力使用区间500psi的消耗时间约为2个月。

机组飞行所需的氧气量主要受到外界温度、飞行高度、机组人数等多个因素的共同影响，空客在AMM和FCOM等手册中给出了放行标准，如表1所示。

2监控背景

对于大多数A320飞机，当氧气压力低于1500psi时，ECAM OXY/DOOR的氧气压力页面上会出现琥珀色半框指示，提醒维修人员需执行氧气瓶勤务工作，避免非正常渗漏以及大量用氧导致的氧气压力值低于放行标准等情况。空客提供的1500psi的勤务标准仅是维护参考，并非强制要求，航空公司可以根据各自的运行特点以及氧气瓶保障能力等制定适用于本公司的勤务标准。在制定标准时需注意，如果标准过高会因频繁更换设备而带来工作风险，标准过低也会增加渗漏后低于放行标准的风险，因此勤务标准的制定需要工程管理部门兼顾经济性和风险标准进行综合评估。

在实现氧气压力日常勤务监控的同时，对氧气渗漏的情况更需要重视。结合多年的运行经验，东航技术公司从2017年下半年开始重点对氧气渗漏等原因造成的航班不正常事件进行研究，通过对航班数据的译码分析，试图找出氧气渗漏的原因和规律，并根据多地运行、高高原航班机组用氧等保障特点制定了渗漏监控标准。

3监控原理和方法

东航技术公司对A320机组氧气系统的监控主要分为两个方向：一是对正常损耗和慢漏造成氧气压力低的监控，二是氧气快速渗漏造成氧气压力低的监控。

3.1正常损耗和慢漏造成氧气压力低压的监控

对单架飞机按航班时间顺序取单点压力值进行连续性监控，设定监控压力标准，当氧气压力变化过大时，则存在渗漏可能.需及时通知维修部门进行检查、日常勤务充氧或换氧气瓶等工作，以减少氧气压力低于放行标准情况的发生。图2所示为某飞机连续监控的氧气压力值，该飞机及时进行了勤务工作。

如图3所示，蓝框内相邻航班氧气压力变化较大，进行检查后后续航班压力变化恢复正常，虽未造成航班延误，但的确存在氧气慢漏的情况，需要及时发现纠正。

3.2氧气快速渗漏造成氧气压力过低的监控

主要是针对单次航班发生的快速渗漏事件，通过对历史航班数据进行分析，建立单次航班正常氧气压力变化模型和非正常氧气压力变化模型，制定监控方法和标准。

1，对于氧气瓶中的氧气（不使用的情况下可视为理想气体），根据理想气体状态方程P1V1/T1=P2V2/T2，氧气瓶容积不变，等容变化简化公式为P1/T1=P2/T2（开氏温度=273+摄氏度）。存放位置为电子设备舱的氧气瓶，其环境温度同时受到驾驶舱温度和外界温度的共同影响，因电子设备舱没有温度传感器，故无法得出确切的温度变化数值，按照安装位置判断，电子设备舱温度主要受驾驶舱温度和外界环境温度（SAT）的影响，驾驶舱温度一般被调节保持在体表舒适温度20℃～30℃左右。随着飞行高度的变化，整个飞行航段飞机外界大气静温SAT大致分为五个变化阶段，如图4所示。第一阶段为起飞地面阶段，温度稳定;第二阶段为爬升段，随飞行高度的增加温度逐渐降低;第三阶段为高空巡航段，温度一般降至最低，稳定在约40℃;第四阶段为下降阶段，温度逐渐回升;第五阶段为目的地机场段，温度回升保持稳定。

为了总结氧气压力随环境温度的变化关系，通过大量航班数据的译码分析，主要得出两种正常氧气压力随温度變化的模型。其中，模型一是典型的氧气压力随静温SAT变化的曲线，模型二针对的是目的地机场场温低的情况，是在模型一的基础上建立起来的。

图5所示为正常机组氧气压力变化模型一，包括以下特征：

1）在地面稳定阶段氧气压力变化幅度较小。

2）随着驾驶舱温度的稳定或逐渐上升，氧气压力逐渐变大，进入巡航段后随着大气温度SAT迅速降低到约40℃，氧气压力逐渐变小。

3）飞机进入下降阶段，大气温度SAT逐渐上升，由于目的地机场的场温相对巡航段大气温度较高，氧气压力回升相对较快，在QAR数据记录的结束时间段（落地后发动机关车）氧气压力值已转为上升趋势。

在模型一的基础上，设置一定的氧气压力差值报警，对A320机队数据进行筛选，得出2017年11月以来氧气压力变化值超出限制值的所有异常航班，如表2所示。

表2所列的在模型一基础上触发报警的异常航班数据具有以下特征：

1）均发生在目的地机场冬季场温很低的北方站点，如ZYHB（哈尔滨）、ZYTX（沈阳）。

2）落地时间为场温较低的凌晨时间段，此时温度为全天最低时段。

从以上氧气压力异常航班数据中取样某一航段进行译码制图，得到如图6所示的的模型二。

模型二的特点：在飞机进入下降阶段，虽然大气温度SAT逐渐上升，但是由于目的地机场的场温低，氧气压力回升较慢，在QAR数据记录的结束时间阶段氧气压力值尚未转为上升趋势，这主要是由于我国冬季南北温差大，北方站点温度低造成的。由于QAR数据记录只截止到发动机关车，当飞机完成停靠后温度稳定，压力也会逐渐回升，此种情况在QAR数据中是无法体现的。

可见，以上模型一、模型二均为正常现象，特别是在温差较大的冬季南北方运行时，需要结合实际温度特点和地理区域特点制定具体的监控标准，这也是东航技术公司在实际监控中发现的问题，空客A350等新机型已针对此现象专门安装了温度传感器以进行温度补偿计算。

在对正常航班数据模型一和模型二进行过滤筛选后，分析历史故障航段的SAT温度和氧气压力变化曲线，可以得出真实的氧气渗漏情况明显的变化规律，典型的故障特征如图7、图8所示。

图7、图8的特点如下：

1）整个飞行阶段中，氧气压力逐渐下降，不随温度变化。

2）航段始末氧气压力值下降较大，变化明顯。

3）氧气压力始终无回升趋势。

4监控示例

通过分析和筛选历史数据，建立了正常航班和不正常航班的数据模型。在判断单次航班氧气是否真实渗漏的关键因素是，QAR监控数据中氧气压力值变化是否较大，且氧气压力值是否在数据记录时间的最后阶段随温度回升。通过大量运行数据的佐证，加入门限设定和温度修正，利用AIRFASE译码软件设置了氧气压力渗漏的事件报警，并过滤掉一些诸如数据跳变等正常情况，在实际运行中已提前发现了几起真实的氧气渗漏事件，在低于放行标准前介入检查排故，及时保障了航班，降低了运行风险。

图9为2017年9月9日济南B-2207飞机机组氧气渗漏的监控示例，虽然氧气压力高于放行标准，但是根据设置的AIRFASE报警可以确定存在真实渗漏，东航MCC及时通知济南完成检查，发现副驾驶氧气面罩漏气，完成氧气瓶充氧并更换副驾驶氧气面罩后测试正常。

5总结

针对机组氧气系统的监控可以分别从两方面入手，1）监控单架飞机连续多航班的压力变化，主要针对日常勤务和慢漏情况;2）对单航段压力变化特点进行监控，主要针对单段航班快速渗漏情况。可以通过译码手段对历史数据进行分析，通过不断的筛选过滤来优化数据模型。另外，由于QAR数据在时间上存在一定程度的滞后，在实现监控模型的优化后，也可将监控方法以ACMS报文实现，从而提高时效性，在此不再展开。东航技术公司针对A320机组氧气系统渗漏的监控方法也在不断创新摸索，仅以此文简单阐述，希望得到广大同行的指正，服务民机维护和飞机健康管理。