飞机座舱压力调节系统推油门“压耳”故障原因及解决措施研究

刘剑飞 王伟

摘 要：随着现代飞机技术的快速发展，对座舱压力调节系统的要求越来越高，但同时，与座舱压力调节系统有关的故障也频繁发生。本文首先介绍某飞机座舱压力调节系统出现推油门“压耳”问题的原因，继而提出解决问题的措施，最后探讨改进效果。

关键词：座舱压力变化率;座舱供气流量;座舱压力;供气压力

中图分类号：V245.4 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）01-0092-04

Solution and Research of Push Throttle Pressure Ear Fault

in Cabin Pressure Regulating System

LIU Jianfei1 WANG Wei2

（1.Military Representative Office of The Air Force Equipment in Xinxiang，Xinxiang Henan 453000;

2.Avic Xinxiang Aviation Industry（Group）Co.， Ltd.，Xinxiang Henan 453000）

Abstract： With the rapid development of modern aircraft technology， the requirement for cockpit pressure regulation system is getting higher and higher， but at the same time， the faults related to cockpit pressure regulation system also occur frequently. Firstly， this paper introduced the cause of the problem of "pushing the throttle to press the ear" in the cockpit pressure regulating system of an aircraft， then put forward the measures to solve the problem， and finally discussed the improvement effect.

Keywords： cabin pressure change rate;cabin air supply;cabin pressure;air supply pressure

某型號飞机（此飞机配套的座舱压力调节系统为CYT-15/59）在阎良试飞中心进行平飞加减速试飞项目时，试飞员反映，在慢车（发动机转速72%±2%）状态稳定一段时间后，通过1～2s时间推油门到85%（发动机转速）时有“压耳”感，但无脉动现象。经研究，将此现象定义为推油门“压耳”故障[1-3]。

1 故障描述

试飞中心通过开展飞行测压试验可知，在慢车状态时，由于供气压力较低，不能满足座舱增压要求，出现座舱压力下降，持续一段时间后，座舱压力偏离压力制度值较大，在试飞员快速推油门时，供气压力迅速升高，座舱压力增长至规定值。在此过程中，座舱压力增长率较高，试飞员感觉“压耳”感明显，即出现推油门“压耳”故障。

2 故障原因及解决措施

2.1 故障原因分析

对飞行数据进行整理，截取试飞员汇报“压耳”时间段的数据进行分析。对14：20：23至14：25：37的座舱压力、座舱供气压力、座舱压力变化率、座舱供气量的飞行数据进行制图分析。分析结果见图1、2、3。

对图1、2、3进行综合分析。

在14：21：23至14：23：10，试飞员保持80%油门状态进行5km平飞，见图1，座舱压力稳定，试飞员反应正常。

在14：23：10至14：23：15，试飞员收油门至慢车状态，座舱供气流量迅速由840kg/h降至70kg/h，见图2。此时座舱供气压力由104kPa降至90kPa，与座舱压力几乎相等，此时供气压力与供气流量无法满足增压要求，座舱压力开始有下降趋势，见图1。

在14：23：15至14：25：11，因座舱供气压力与座舱压力几乎相等，无法实现座舱增压，座舱压力持续由86kPa下降至68kPa，下降值为18kPa，见图1。

在14：25：14至14：25：20，试飞员由慢车状态推油门至80%状态，座舱供气流量由70kg/h增至520kg/h，见图2。座舱供气压力迅速升高，座舱压力在14：25：16至14：25：27时由68.5kPa增至88.5kPa，见图1。此时以较大的座舱压力增长率持续10s，最高达到2.2kPa/s，见图3。试飞员汇报“压耳”感明显，经数次吞咽动作后消失。此后，保持飞行状态，试飞员反应正常。

综上所述，在慢车状态时，由于座舱供气压力较低，不能满足座舱增压要求，出现座舱压力下降，此时排气活门已处于关闭状态，持续一段时间后，座舱压力偏离压力制度值较大，在试飞员推油门时，座舱供气压力迅速升高，座舱压力在10s内快速上升达20kPa，座舱压力增长率较高，因此，试飞员感觉“压耳”感明显，即推油门会产生“压耳”[4-6]。

2.2 故障及解决措施

鉴于飞机系统无法进一步优化更改，经过与主机的设计人员进行研讨后，建议对座舱压力调节系统进行改进，以进一步控制快推油门状态的压力增长率。

对图4进行分析可知，影响座舱压力增长率的因素有：排气活门控制腔排气不畅;排气活门复位弹簧预紧力大;排气活门有排气反压;控制器气容偏小;控制器毛细管限流不达标。

其中，对于排气活门控制腔排气不畅的问题，可以在排气活门顶部增加减震器组件;对于排气活门复位弹簧预紧力大的问题，可以通过更改复位弹簧预紧力来提高座舱排气活门打开速度;对于排气活门有排气反压的问题，是因为未将CYT-59座舱排气活门安装在迎风面上。

综上所述，在CYT-59座舱排气活门上腔增加减震器组件和更改弹簧预紧力为解决推油门“压耳”的最佳措施。

<F：＼欢欢文件夹＼201904＼河南科技201901＼河南科技（创新驱动）2019年第01期_103595＼Image＼image5_2_1.png>[释压限幅器CYT15-012性能漂移][气动功率放大器CYT15-013漏气][毛细管限流不达标][气容偏小][试飞员“”压耳][推油门“”压耳][压力增长率高][排气活门未能迅速打开][控制器调压组件故障][脉动“压耳”][座舱压力波动时间大于25s][CYT-15故障][排气

反应][复位弹簧预紧力大][排气活门控制腔排气不畅][绝对压力组件CYT15-101性能漂移][调整绝对压力组件性能][调整释压限幅器组性能][调整气动功率放大器组件性能][更换毛细管][增大气容容积][更改排气活门在飞机上的安装位置][增加减震器组件][更改复位弹簧刚度和预紧力]

图4 CYT-15/59座舱压力调节系统故障树及解决措施

2.3 改进措施

2.3.1 减震器设计。在设计减震器时，因座舱压力增长率要求小于0.67kPa/s，设计减震器膜片上下压差[PA-PB=0.5kPa]时，减震器活门打开，使PA迅速降低，活门开度增大，控制座舱压力变化率增加。

因机上安装空间限制，对减震器膜片组合件的外径、内径进行分别设计，并计算有效面积Fm。

CYT-59座舱排气活门减震器弹簧预紧力[F=Fm×PA-PB]，代入Fm和[PA-PB]，得出减震器弹簧预紧力F。

2.3.2 改进复位弹簧。设座舱排气活门打开的力[F开]，座舱排气活门关闭的力[F关]，活门可动部分质量为m，座舱排气活门弹簧预紧力[F预]，座舱排气活门膜片上下压差为[ΔP]，座舱排气活门膜片有效面积为[Fm]。

在座舱排气活门复位弹簧预紧力设计时：[F预>mg];设计值[ΔP=3kPa]，[mg=1.2N];则[F预>1.2N]。

座舱排气活门打开的力[F开=ΔP×Fm]，座舱排气活门关闭的力[F开=F预]。当座舱受到流量冲击时，活门开启时的加速度[a=ΔP×Fm-F预/m]。由此可看出，优化弹簧预紧力[F预]可以提高座舱排气活门开启速度。

原复位弹簧的预紧力为4.8N，经重新设计复位弹簧预紧力，其预紧力足够支持0.12kg的活门可动部位重量。

3 改进效果及故障总结

改进后的产品外形如图5所示。

<F：＼欢欢文件夹＼201904＼河南科技201901＼河南科技（創新驱动）2019年第01期_103595＼Image＼image23_1.png>

图5 改进后CYT-59座舱排气活门外形图

某型号飞机在1月份5km试飞时，座舱压力降20kPa，推油门时试飞员反应最为强烈，此时座舱压力变化率曲线如图6所示，所以，以此次的试飞数据为条件进行压降流量冲击试验。

<F：＼欢欢文件夹＼201904＼河南科技201901＼河南科技（创新驱动）2019年第01期_103595＼Image＼image24.png>[2.5

2

1.5

1

0.5

0

-0.5

-1

-1.5

][座舱压力变化率][（kPa/S）][14：21：23：061

14：21：39：061

14：21：55：061

14：22：11：061

14：22：27：061

14：22：43：061

14：22：59：061

14：23：15：061][14：23：31：061

14：23：47：061

14：24：03：061

14：24：19：061

14：24：35：061

14：24：51：061

14：25：07：061

14：25：23：061]

图6 某飞机1月份试飞平加减速时座舱压力变化率曲线

现整理出CYT-59座舱排气活门改进前后和装机状态进行5km压降20kPa时流量冲击时座舱压力增长率超调峰值和超调时间，具体见表1。

对比图7和图8，发现CYT-59座舱排气活门改进前和改进后试验台状态座舱压力变化率的峰值由3.07kPa/s降低至1.41kPa/s，比原来降低了54%;持续时间由17s减少至2s，比原来减少了88%，改善效果明显。

通过分析上述试验数据可知，CYT-59座舱排气活门改进措施切实有效，能限制快推油门状态的座舱压力增长率，改善机上快推油门状态出现的“压耳”现象。

表1 试飞数据和改进前后试验数据对比

[状态 高度/km 座舱压力下降值/kPa 流量冲击（kg/h） 座舱压力变化率峰值（kPa/s） 座舱压力变化率超调时间/s 对应的图 某型号飞机1月份试飞数据 5 20 流量在6s内由70增至520 2.2 10 6 CYT-59

原状态 5 20 流量在3s至4s内由30增至600 3.07 17 7 CYT-59增加减震器并更改复位弹簧（更改后，两次试验） 5 20 流量在3s至4s内由30增至600 1.41 2 8 1.35 2 - ]

4 结语

目前，该型号的推油门“压耳”故障已消除。在分析故障原因、排除故障及对故障进行研究总结的过程中，笔者积累了诸多经验，这对解决其他同类问题具有重要的指导意义。

参考文献：

[1]王浚，徐扬禾.飞机座舱空气参数控制[M].北京：国防工业出版社，1980.

[2]寿荣中，何慧珊.飞行器环境控制[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[3]中华人民共和国航空工业部.飞行大气参数：HB 6127—1986[S].北京：中国标准出版社，1986.

[4]国家标准总局.标准大气（30公里以下部分）：GB/T 1920—1980[S].北京：中国标准出版社，1980.

[5]国防科学技术工业委员会.飞机环境控制系统通用规范：GJB 1193—1991[S].北京：中国标准出版社，1991.

[6]国防科学技术工业委员会.座舱压力制度生理要求：GJB 646—1988[S].北京：中国标准出版社，1988.