某型教练机高空供氧故障分析与排除_蔡攀.pdf

85AVIATION MAINTENANCE&ENGINEERING航空维修与工程2023/2 高度后，供氧系统恢复正常。2 供氧系统简介YX-8 供氧系统如图 1 所示，由高0 引言飞机飞行高度增加后空气中氧气含量逐渐减少，飞机供氧系统主要用于解决高空氧气不足与人体生理活动需要足够氧气的矛盾。为满足不同飞行高度上人体的用氧需求，氧气设备必须按一定的规律供氧，以保证飞行员的高空飞行安全需要，充分发挥飞机的战术技术性能。供氧系统故障导致的高空缺氧将威胁到飞行员的生命安全，对飞行任务的完成带来一系列不利影响，因此开展供氧系统高空故障研究对于供氧系统故障的排除和保障飞行安全具有十分重要的意义。1 故障概述一架大修后的某型教练机在试飞过程中飞行员反映供氧系统发生故障，具体表现为：进行高空飞行性能试飞科目验证，在飞机起飞和中低空飞行过程中，供氧系统供氧正常；当飞机爬升到一定高度后，供氧系统出现供氧困难，飞行员需要用力呼吸才能吸到氧气，气压高度表指示高度约 30000ft（约 9.1km）。降低飞行某型教练机高空供氧故障分析与排除Analysis and Elimination on Oxygen Supply Fault for a Certain Type of Trainer at High Altitude 蔡攀刘军文/长沙五七一二飞机工业有限责任公司摘要：一架某型教练机大修后试飞过程中飞行员反映高空吸氧困难，基于该型飞机供氧系统工作原理，对故障进行了深入分析。介绍了该型供氧系统组成附件的功能，详述了氧气调节器相关机构的工作原理和工作过程，并对故障进行了实验室模拟，利用试验数据对故障原因进行论证和总结，准确定位了故障附件，可为后续该型供氧系统故障的排除提供参考。关键词：教练机；供氧系统；高空；故障分析Keywords：jet trainer；oxygen supply system；high altitude；fault analysis图1YX-8供氧系统组成及气路原理图DOI:10.19302/ki.1672-0989.2023.02.00586航空维修与工程 AVIATION MAINTENANCE&ENGINEERING2023/2 压氧气开关、氧气示流器、氧气减压器、应急供氧开关、氧气调节器、氧气断接器、氧气面罩和氧气瓶等附件组成。氧气瓶用于储存飞行员呼吸用的高压氧气；高压氧气开关用于接通和断开高压氧源；氧气示流器指示氧气瓶中氧气压力的大小并反映氧气调节器的供氧情况；氧气减压器将高压氧气管路内的氧气降低至一定压力后送至氧气调节器；应急供氧开关用于氧气调节器发生故障不能正常向飞行员供氧时手动接通供氧通道，对飞行员进行应急供氧；氧气调节器的功用是与其他氧气附件配合，按不同高度的供氧要求自动调节氧气面罩中的氧气量和氧气压力，保证飞行员正常呼吸和高空训练任务的完成；氧气断接器连接氧气调节器及抗荷管路、通信线缆等管路和电缆；氧气面罩连接氧气调节器与头盔，供飞行员 呼吸。该型供氧系统设计的最大使用高度为 12km，为防止高空缺氧和低气压效应对飞行员的危害，在 4 6km 至约 8km 的高度，供给飞行员混合氧气，并随着飞行高度的增加自动调节提高混合氧气的氧含量；在 8km 及以上高度，供给飞行员纯氧。为防止飞行员佩戴的面罩不气密而引起缺氧，在 4 6km 至 12km 的高度，面罩内会产生 196 440Pa 的小余压。需要说明的是，“4 6km”是一个区间值，“8km”是一个约数，但在特定的每一架飞机上均为一个固定值，“4 6km”高度值反映的是氧气调节器小余压机构的接通高度，“约 8km”高度值反映的是氧气调节器混合氧机构的活门关闭 高度。3 故障分析及定位供氧系统的主要技术参数包括氧气流量、压力、密闭性、呼吸阻力和含氧百分比等，可采用树形图流程开展高空吸氧困难故障的分析与定位，故障树如图 2 所示。通过前述故障现象及对供氧系统组成和功能原理的分析，得出吸氧困难故障原因分为三类：供氧系统密闭性不合格；供氧系统吸气阻力大；供氧系统氧气流量和压力小。从试飞过程分析，飞机起飞至约9.1km 高度（如算上飞行员反映时间，实际出现故障高度应略低于该高度）以下飞行以及再次降低高度飞行时，飞行员均能够正常吸氧，说明供氧系统氧气充足且密闭性合格，不存在储氧量不足或系统密闭性不合格问题。飞机着陆后机务人员对飞机供氧系统进行了全面检查，供氧系统气密性检查合格，氧气面罩、氧气断接器和各管路连接处密封性良好，氧气瓶储氧量仍充足。另外，供氧系统中用于控制氧气流量和压力的高压氧气开关和氧气减压器功能正常，飞行高度增加后其高空性能除受高空低温的较小影响外，与地面性能差别不大。飞机着陆后机务人员拆下高压氧气开关和氧气减压器进行离机检查，高压氧气开关及氧气减压器功能正常，供氧压力和流量符合技术要求。因此，最可能的故障原因是当飞行高度达到约 9.1km 以上后供氧系统出现吸气阻力增大，导致飞行员吸氧困难。由于气体的阻力取决于活门的开度，根据该型供氧系统各附件功能原理可知，与吸气阻力相关的附件为氧气调节器和氧气面罩，将其拆卸进行离机检查，地面条件下各项功能正常，吸气阻力合格。从供氧系统工作原理分析，氧气面罩的吸气阻力产生于吸气活门，该活门为单向活门，飞行员吸气时，氧气面罩内压力减小，吸气活门打开，氧气从氧气调节器经波纹管进入氧气面罩；飞行员呼气时，氧气面罩内压力增大，使吸气活门关闭，呼气活门打开，排出废气。氧气面罩高空吸气阻力性能与地面吸气阻力性能虽基本无变化，但由于氧气调节器需按不同高度用氧要求对飞行员供氧，其混合氧机构空气自动器真空膜盒会随飞行高度增加而膨胀，造成空气自动器活门开度减小，吸气阻力明显增大，从而导致在飞行高度约 9.1km 以上时飞行员需用力才能吸到 氧气的情况出现。供氧系统高空吸氧困难故障密闭性不合格氧气面罩不密闭各管路连接处不密闭氧气断接器不密闭吸气阻力大氧气调节器吸气阻力大氧气面罩吸气阻力大氧气流量、压力小高压氧气开关故障氧气减压器故障氧气瓶储氧量不足图2供氧系统高空吸氧困难故障树维 修 MAINTENANCE87AVIATION MAINTENANCE&ENGINEERING航空维修与工程2023/2 4 故障机理分析如图 1 所示，从氧气减压器出来的高压氧气（相对高压）进入氧气调节器，氧气调节器供氧主肺式活门被高压氧气压力关闭在活门座上。飞行员吸气时，氧气调节器吸气腔 E 出现真空度，M 腔与 E 腔因直接相通也出现真空度，使腔上薄膜向氧气调节器内腔移动，通过推动活门杆使主肺式活门端头下部离开活门座，氧气经打开的活门从高压腔进入引射器下腔B腔，经引射器喷入吸气腔，继而进入氧气面罩；飞行员呼气时，吸气腔 E 腔的真空度消失，与 E 腔相通的M 腔真空度随之消失，薄膜返回原位，活门在高压氧气压力作用下重新关闭，停止供氧。在 0km 至约 8km 高度，供氧系统供给飞行员空气和氧气的混合气，由于混合氧机构空气自动器真空膜盒随高度增加而膨胀，因此空气自动器活门开度随飞行高度的增加而减小；在约 8km 及以上高度，混合氧机构的空气自动器活门完全关闭，供给飞行员纯氧。本次故障中，在约 9.1km 高度，混合氧机构空气自动器活门已完全关闭，外部空气停止进入 M 腔，飞行员吸气时，氧气经引射器喷出，带动周围氧气一起流动，造成吸气腔 E 腔负压；由于 B 腔与喷嘴外空腔压力差较大，当压力差达到一定程度时，喷嘴克服弹簧弹力与活门座脱开，氧气停止喷入 E 腔而是直接进入 M 腔，M 腔压力上升，腔上薄膜上移，主肺式活门开启量减小，供氧量下降，吸气阻力增加。氧气调节器修理时，如果地面条件下吸气阻力调节较大（仍在技术要求范围内），当氧气调节器处于高空条件下时，其吸气阻力可能会增大到接近甚至超过地面条件下吸气阻力的技术要求；另外，氧气面罩还有一个 0.15 0.30kPa 的固有吸气阻力，两个吸气阻力叠加后总的吸气阻力将进一步加大，从而造成吸氧困难 故障。5 故障模拟经查询，由于 YX-8 供氧系统氧气调节器修理技术条件中只规定了地面条件下的吸气阻力，没有规定高空条件下吸气阻力的检查要求，以往针对氧气调节器的修理未对高空条件下吸气阻力进行检查。为了验证上述分析的正确性，选取两件氧气调节器标准样件在实验室模拟地面和高空条件下的吸气阻力进行了对比检测，检测结果如表 1 所示。从表 1 数据可知，不同件号的两件氧气调节器标准样件在 9km 高度条件下的吸气阻力明显大于地面条件下的吸气阻力，即飞行员高空吸气比地面吸气需要耗费更大的吸力。高空条件下两件氧气调节器吸气阻力加氧气面罩固有吸气阻力均超过了地面条件下氧气调节器吸气阻力的技术要求。因此，为避免因高空吸气阻力大引起飞行员不适，应在氧气调节器修理过程中增加高空吸气阻力检查要求，当氧气调节器高空吸气阻力出现明显增大或异常现象等超出地面条件规定的技术范围时，可将引射器喷嘴取出（喷嘴位于吸气接嘴中，旋出紧固螺套即可直接夹出），更换弹簧或调整垫圈后装回，重新检查引射器喷嘴打开压力、地面及高空条件下的吸气阻力，直至合格。6 总结通过故障树分析法和实验室模拟供氧系统高空吸氧困难故障，使故障问题得到了准确定位，通过试验推演可以使故障复现。本次故障原因是氧气调节器大修过程中未充分考虑供氧系统高空吸气阻力变化等技术状态，未对氧气调节器高空吸气阻力进行试验验证，其高空条件下吸气阻力明显大于地面条件下吸气阻力，并与氧气面罩固有吸气阻力叠加，使得供氧系统整体吸气阻力超过飞行员承受极限而导致吸氧 困难。在飞机维修或排故过程中，对于不常见故障应跳出固有框架思考故障原因，如本次故障应考虑飞机所处的环境及飞行时的状态。由于在修飞机 YX-8型供氧系统数量较少，因而试验数据也较少，还需进一步研究相关问题，如氧气调节器地面条件下吸气阻力需控制在何种范围才能使高空吸气阻力也停留在可控范围等。参考文献1 肖华军，等.航空供氧防护装备生理学M.北京：军事医学科学出版社.2005.2 洪都航空工业集团有限责任公司.某型教练机维修技术手册，第四册Z.2005.3 陈文会，等.某型教练机仪表设备与维护 Z.空军航空大学.2006.表1氧气调节器吸气阻力检查序号件号流量（L/min）高度（km）技术要求（kPa）测试结果（kPa）1620095200 0.640.299无0.432410054200 0.640.319无0.47