某型飞机空调系统供气异常原因追溯

2020-12-24张庆珍

国防制造技术 2020年2期

张庆珍

（中航飞机股份有限公司西飞设计院，西安，710089）

0 引言

在整个飞机飞行周期内，飞机座舱环境压力及压力变化速率对执行任务的空勤人员具有重要意义，一个满足人体生理环境要求的座舱压力环境，需要飞机座舱结构气密性能、飞机座舱压力调节系统及飞机空气调节系统协同配合实现，任何一个环节的失效都会造成飞机座舱环境改变，对飞行任务造成隐患。如某型飞机执行任务过程中出现多起空中释压问题，在影响任务执行的同时，还造成了巨大的安全隐患。

针对该型飞机座舱释压问题进行分解分析，定位在飞机空调系统异常。飞机空调系统的基本任务是在不同的飞行状态和外界条件下，使飞机座舱具有一个良好的环境参数，以保证飞机任务的有效、安全执行。本文针对该型飞机空调系统故障引起的座舱释压故障进行异常原因追溯，并总结排故案例，为飞机空调系统排故工作提供借鉴。

1 故障现象描述及故障原因分析

1.1 故障现象描述

选取两例某型飞机座舱释压故障部分飞行参数进行故障现象描述：

a）某年3 月，某型飞机执行任务中，飞行高度8420m，飞行状态平飞，座舱压差由36.8kPa 掉至5.64kPa，历时63min，平均减压速率约0.5kPa/min，飞行员反映5000m 以上氧气面罩自动喷氧，地勤未记录发动机告警显示器告警记录，座舱供气使用小流量。飞参曲线如下图 1 所示：

b）某年8 月，某型飞机执行任务中，飞行高度3000m，飞行状态平飞，座舱压差由7.37kPa 掉至0.77kPa，历时3.5min，平均减压速率1.89kPa/min，座舱供气使用小流量。飞参曲线如下图 2 所示：

图2 某年8月某型飞机部分飞参曲线

1.2 故障原因分析

根据某型飞机座舱压力系统工作原理，如图 3 所示，导致飞机座舱释压的因素主要有飞机座舱气密结构性、座舱空气调节系统供气性能以及座舱压力调节系统性能。

针对本次释压问题，已经通过地面试验及座舱压力调节系统性能测试试验，排除了这两个因素，原因具体定位为座舱空气调节系统供气性能异常导致。

影响座舱空气调节系统性能的因素主要有控制系统流量的控制盒异常、线路故障、供气管路漏气堵塞、控制系统流量的关断活门异常四种，下文对该四部分进行试验，展开空调系统供气异常原因追溯。

图3 座舱释压影响因素

2 试验分析

2.1 控制盒性能试验

通过地面试车检查，系统调压正常，飞行参数正常，因此可以排除由于控制盒故障导致飞机座舱释压的可能。

2.2 线路故障

根据通电以及机上电路检查，可以判断线路无短路、断路或异常接通现象，因此可以排除线路故障导致飞机座舱无供气或供气流量偏小的可能。

2.3 供气管路漏气或堵塞

根据地面试车检查，供气管路气密性良好，因此可以排除供气管路漏气或堵塞导致飞机座舱无供气或供气流量偏小的可能。

2.4 压力调节关断活门异常

a)试验飞机：某型号飞机1（某年3 月发生座舱释压故障）、某型号飞机2（某年8 月发生座舱释压故障），以某型号飞机1 展开论证；

b)试验过程：地面开车，检查座舱空调系统工况，供气开关置于“小流量”位，手感座舱供气喷嘴供气量，并检测压力调节关断活门出口压力；

c)试验结论：

手感座舱供气量偏小；压力调节关断活门出口压力在0.317MPa ～0.328Mpa（正常压力值是0.385MPa ～0.335Mpa），出口压力偏低。

d）返厂试验情况：

某部队反映故障现象为地面引气压力低时打不开，引气压力高时供气量小。

某年4 月，对部队返厂的释压问题件（压力调节关断活门）进行了厂内复试，复试情况见表1：

某年4 月，对正常件（某厂带来的压力调节关断活门正常件）试验情况见表2，活门处于小流量状态。

某年4 月，对部队返厂的释压问题件（压力调节关断活门）进行性能复试，部队反映产品关不上，经复试产品出口压力偏差大，产品打不开，故障复现，复试数据见表3。

3 原因追溯

对释压问题件（压力调节关断活门）进行分解检查，发现活门（见图4）中的锥形活门被吹斜，卡在壳体上，并将弹簧压断（见图5）。

产品控制腔调节是通过图4 活门的开度进行调节的，正常调定压力为0.25MPa ～0.27MPa（表压），而活门的打开压力为0.27MPa ～0.29MPa，高于控制腔的压力，活门正常不开启。出现弹簧断裂并根据故障零件情况断定，安全活门频繁开启，导致弹簧磨损断裂，而安全活门频繁开启的原因为控制腔的压力过高。

根据以上分析，我们对产品继续分解，发现调压活门和活门座锈蚀严重，如图6、图7 所示。经分析确定故障原因为由于调压活门和活门座锈蚀，调压活门卡滞，导致控制腔压力升高，使得安全活门频繁开启，弹簧断裂，从而出现该套故障件的故障现象。

针对某型号飞机2（某年8 月发生座舱释压故障），根据产品故障现象，初步判断出口压力偏差大为调压活门卡滞，产品关不上为电磁铁中有异物。经对产品分解，发现安全活门中的锥形活门被吹斜，弹簧弯曲变形并磨损严重，如图8 所示。

根据以上分析并对产品继续分解，发现调压活门锈蚀严重，波纹管损坏严重，经测量波纹管长度伸长3mm，如图9、图10 所示。

经分析确定出口压力偏差大的原因是由于调压活门锈蚀，活门运动卡滞或不灵活，导致控制腔压力升高，波纹管运动频繁并与壳体发生撞击，使得波纹管发生损坏，同时控制腔压力的变化使得安全活门频繁开启，弹簧磨损严重，从而出现该套故障件出口压力偏差大的现象。

分解过程中发现，电磁阀处出现异物，异物是由波纹管与壳体撞击出的金属碎屑产生的，见图11 所示。异物进入电磁阀内部，导致电磁阀断电后动铁芯不动作，接通活门无法复位，从而出现产品关不上的现象。

表1 释压问题件（压力调节关断活门）复试情况压力：表压，温度：180℃

表2 正常件（压力调节关断活门）复试情况压力：表压，温度：180℃

表3 释压问题件（压力调节关断活门）性能复试2 压力：表压，温度：180℃

4 结论

根据某型飞机空调系统供气异常原因追溯，分析得出导致飞机座舱释压的原因为压力调节关断活门异常，具体现象为压力调节关断活门异常打开压力偏高，出口压力明显低于正常值；正常件（压力调节关断活门）打开压力为0.11Mpa，故障件（压力调节关断活门）地面打开压力为0.35Mpa，故障件（压力调节关断活门）高空打开压力应高于0.35Mpa，与原试飞数据相比，在飞机飞行状态下，压力调节关断活门存在从打开位置转至关闭的可能，座舱供气被切断，造成飞机座舱释压。综上所述，引起某型飞机多次空中释压的原因为压力调节关断活门故障。