某型飛機空調系統供氣異常原因追溯

張慶珍

（中航飛機股份有限公司西飛設計院，西安，710089）

0 引言

在整個飛機飛行周期內，飛機座艙環境壓力及壓力變化速率對執行任務的空勤人員具有重要意義，一個滿足人體生理環境要求的座艙壓力環境，需要飛機座艙結構氣密性能、飛機座艙壓力調節系統及飛機空氣調節系統協同配合實現，任何一個環節的失效都會造成飛機座艙環境改變，對飛行任務造成隱患。如某型飛機執行任務過程中出現多起空中釋壓問題，在影響任務執行的同時，還造成了巨大的安全隱患。

針對該型飛機座艙釋壓問題進行分解分析，定位在飛機空調系統異常。飛機空調系統的基本任務是在不同的飛行狀態和外界條件下，使飛機座艙具有一個良好的環境參數，以保證飛機任務的有效、安全執行。本文針對該型飛機空調系統故障引起的座艙釋壓故障進行異常原因追溯，并總結排故案例，為飛機空調系統排故工作提供借鑒。

1 故障現象描述及故障原因分析

1.1 故障 現象描述

選取兩例某型飛機座艙釋壓故障部分飛行參數進行故障現象描述：

a）某年3 月，某型飛機執行任務中，飛行高度8420m，飛行狀態平飛，座艙壓差由36.8kPa 掉至5.64kPa，歷時63min，平均減壓速率約0.5kPa/min，飛行員反映5000m 以上氧氣面罩自動噴氧，地勤未記錄發動機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，某型飛機執行任務中，飛行高度3000m，飛行狀態平飛，座艙壓差由7.37kPa 掉至0.77kPa，歷時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月某型飛機部分飛參曲線

1.2 故障原因分析

根據某型飛機座艙壓力系統工作原理，如圖 3 所示，導致飛機座艙釋壓的因素主要有飛機座艙氣密結構性、座艙空氣調節系統供氣性能以及座艙壓力調節系統性能。

針對本次釋壓問題，已經通過地面試驗及座艙壓力調節系統性能測試試驗，排除了這兩個因素，原因具體定位為座艙空氣調節系統供氣性能異常導致。

影響座艙空氣調節系統性能的因素主要有控制系統流量的控制盒異常、線路故障、供氣管路漏氣堵塞、控制系統流量的關斷活門異常四種，下文對該四部分進行試驗，展開空調系統供氣異常原因追溯。

圖3 座艙釋壓影響因素

2 試驗分析

2.1 控制盒性能試驗

通過地面試車檢查，系統調壓正常，飛行參數正常，因此可以排除由于控制盒故障導致飛機座艙釋壓的可能。

2.2 線路故障

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

2.4 壓力調節關斷活門異常

a)試驗飛機：某型號飛機1（某年3 月發生座艙釋壓故障）、某型號飛機2（某年8 月發生座艙釋壓故障），以某型號飛機1 展開論證；

b)試驗過程：地面開車，檢查座艙空調系統工況，供氣開關置于“小流量”位，手感座艙供氣噴嘴供氣量，并檢測壓力調節關斷活門出口壓力；

c)試驗結論：

手感座艙供氣量偏??；壓力調節關斷活門出口壓力在0.317MPa ～0.328Mpa（正常壓力值是0.385MPa ～0.335Mpa），出口壓力偏低。

d）返廠試驗情況：

某部隊反映故障現象為地面引氣壓力低時打不開，引氣壓力高時供氣量小。

某年4 月，對部隊返廠的釋壓問題件（壓力調節關斷活門）進行了廠內復試，復試情況見表1：

某年4 月，對正常件（某廠帶來的壓力調節關斷活門正常件）試驗情況見表2，活門處于小流量狀態。

某年4 月，對部隊返廠的釋壓問題件（壓力調節關斷活門）進行性能復試，部隊反映產品關不上，經復試產品出口壓力偏差大，產品打不開，故障復現，復試數據見表3。

3 原因追溯

對釋壓問題件（壓力調節關斷活門）進行分解檢查，發現活門（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）。

產品控制腔調節是通過圖4 活門的開度進行調節的，正常調定壓力為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。出現彈簧斷裂并根據故障零件情況斷定，安全活門頻繁開啟，導致彈簧磨損斷裂，而安全活門頻繁開啟的原因為控制腔的壓力過高。

根據以上分析，我們對產品繼續分解，發現調壓活門和活門座銹蝕嚴重，如圖6、圖7 所示。經分析確定故障原因為由于調壓活門和活門座銹蝕，調壓活門卡滯，導致控制腔壓力升高，使得安全活門頻繁開啟，彈簧斷裂，從而出現該套故障件的故障現象。

針對某型號飛機2（某年8 月發生座艙釋壓故障），根據產品故障現象，初步判斷出口壓力偏差大為調壓活門卡滯，產品關不上為電磁鐵中有異物。經對產品分解，發現安全活門中的錐形活門被吹斜，彈簧彎曲變形并磨損嚴重，如圖8 所示。

根據以上分析并對產品繼續分解，發現調壓活門銹蝕嚴重，波紋管損壞嚴重，經測量波紋管長度伸長3mm，如圖9、圖10 所示。

經分析確定出口壓力偏差大的原因是由于調壓活門銹蝕，活門運動卡滯或不靈活，導致控制腔壓力升高，波紋管運動頻繁并與殼體發生撞擊，使得波紋管發生損壞，同時控制腔壓力的變化使得安全活門頻繁開啟，彈簧磨損嚴重，從而出現該套故障件出口壓力偏差大的現象。

分解過程中發現，電磁閥處出現異物，異物是由波紋管與殼體撞擊出的金屬碎屑產生的，見圖11 所示。異物進入電磁閥內部，導致電磁閥斷電后動鐵芯不動作，接通活門無法復位，從而出現產品關不上的現象。

表1 釋壓問題件（壓力調節關斷活門）復試情況壓力：表壓，溫度：180℃

表2 正常件（壓力調節關斷活門）復試情況壓力：表壓，溫度：180℃

表3 釋壓問題件（壓力調節關斷活門）性能復試2 壓力：表壓，溫度：180℃

4 結論

根據某型飛機空調系統供氣異常原因追溯，分析得出導致飛機座艙釋壓的原因為壓力調節關斷活門異常，具體現象為壓力調節關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（壓力調節關斷活門）打開壓力為0.11Mpa，故障件（壓力調節關斷活門）地面打開壓力為0.35Mpa，故障件（壓力調節關斷活門）高空打開壓力應高于0.35Mpa，與原試飛數據相比，在飛機飛行狀態下，壓力調節關斷活門存在從打開位置轉至關閉的可能，座艙供氣被切斷，造成飛機座艙釋壓。綜上所述，引起某型飛機多次空中釋壓的原因為壓力調節關斷活門故障。

圖4 壓力調節關斷活門

圖5 斷裂的彈簧

圖6 銹蝕的調壓活門

圖7 銹蝕的活門座

圖8 彎曲變形、磨損嚴重的彈簧

圖9 銹蝕的調壓活門

圖10 損壞的波紋管

圖11 發現異物的電磁閥