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故障現象

飛機執行飛行任務，空中飛行員反映：飛行員故障清單顯示“氧氣濃縮器故障”“氧氣監控器故障”，同時告警燈盒上“氧氣少”告警燈亮，氧氣狀態燈盒上“氧氣準備”燈亮。故障發生時飛行高度為5km，飛行員手動接通“備用氧”開關，操縱飛機返航安全著陸。著陸后，通電查看維護清單中記錄的空中故障，與飛行員反映情況一致，通電檢查時氧氣濃縮器報故，氧氣狀態燈盒上的“氧氣準備”燈亮，告警燈盒上“氧氣少”告警燈亮，飛行員故障清單顯示“氧氣濃縮器故障”“氧氣監控器故障”；查看氧氣壓力表指示備用氧壓力為18MPa，起飛前，備用氧壓力為25MPa。

原理分析

飛機氧氣系統的氧源子系統是以機載制氧裝置為氧氣系統的主氧源，以2個8升高壓氧氣瓶為備用氧源，以跳傘供氧器為應急氧源。機載制氧裝置是用氧氣濃縮器將環控系統引氣來的壓縮空氣進行分離，利用吸氧排氮的原理，產生濃度較高的富氧氣體，向飛行員供氧。為了避免地面通電過程中用空調車冷卻電子設備時，未經除水處理的低壓冷空氣對氧氣濃縮器分子篩床的造成水分污染，在從環控系統引氣來的管路中安裝了氧氣電動活門，可以通過關閉氧氣電動活門來關閉引氣管路。氧氣濃縮器和氧氣電動活門由功率驅動盒進行供電，溫度選擇器通過機電計算機1和功率驅動盒對氧氣濃縮器和氧氣電動活門的供電進行控制。當氧氣濃縮器失去供電及氧氣濃縮器故障或氧氣監控器故障時，氧氣濃縮器將故障信號發送到機電系統信號盒，再由系統信號盒送到機電計算機2和告警計算機，由機電計算機2通過航電系統多功能顯示器進行故障顯示，由告警計算機燃亮告警燈盒上的“氧氣少”告警燈進行告警。當氧氣濃縮器故障或氧氣調節器入口壓力低時，氧氣濃縮器和低壓氧氣開關向系統信號盒發出信號，當三個輪載開關都處于空中位置時，系統信號盒發出控制信號自動將氧源轉換器轉換至備用氧管路，由備用氧源向氧氣系統提供氧氣。氧氣系統原理簡圖如圖1所示.

故障定位

從上述工作原理進行分析，造成氧氣系統報故有以下6種原因：（1）氧氣濃縮器故障：氧氣濃縮器是機上的主氧源，如果氧氣濃縮器發生故障，將不再輸出富氧氣體，并發出故障信號送到告警計算機和機電計算機2進行燈光告警和顯示告警；（2）系統信號盒故障：如果系統信號盒故障，就會錯誤的發出氧氣濃縮器故障信號到機電計算機2和告警計算機；（3）功率驅動盒故障：如果功率驅動盒故障，就不能向氧氣濃縮器輸出28V直流電，氧氣濃縮器不能正常工作；（4）溫度選擇器故障：如果溫度選擇器故障，就會錯誤發出信號使氧氣濃縮器失去供電，氧氣濃縮器不能正常工作。（5）機電計算機1故障：如果機電計算機1故障，就會錯誤發出信號使氧氣濃縮器失去供電，氧氣濃縮器不能正常工作；（6）氧氣系統相關線路故障：如果線路故障，就會造成各種信號指令無法正確傳達，使氧氣濃縮器不能正常工作。針對以上6點可能產生故障的原因，在飛機上做了如下工作及檢查：（1）更換氧氣濃縮器，通電檢查氧氣系統，氧氣濃縮器在通電過程中報故，與原裝機氧氣濃縮器故障現象一致，說明氧氣濃縮器工作正常；（2）更換系統信號盒，通電檢查氧氣系統，氧氣濃縮器在通電過程中報故，說明系統信號盒工作正常；（3）更換機電系統功率驅動盒，通電檢查氧氣系統，氧氣濃縮器在通電過程中報故，說明機電系統功率驅動盒工作正常；（4）更換溫度選擇器，通電檢查氧氣系統，氧氣濃縮器在通電過程中報故，說明溫度選擇器工作正常；（5）對機上兩臺機電計算機進行1、2號機位互換，通電檢查氧氣系統，氧氣濃縮器在通電過程中報故，說明機電計算機1工作正常；（6）對機電計算機1、氧氣濃縮器、系統信號盒、功率驅動盒、溫度選擇器之間的導線進行測量，線路導通關系、絕緣性良好，說明機上線路工作正常。根據上述檢查可以判斷氧氣濃縮器及其控制環節各機件設備、線路工作正常。在通電檢查過程中發現，飛機上電后氧氣狀態燈盒上的“氧氣準備”燈燃亮65s后熄滅（要求為不大于70秒熄滅），說明氧氣濃縮器準備工作完成，氧氣濃縮器工作正常。接通航空電子啟動板上的“任務機1或任務機2”按鍵，顯控系統工作3s~5s后，“氧氣準備”燈燃亮，氧氣濃縮器報故，并且氧氣濃縮器停止工作。共進行四次試驗，故障現象一致。從氧氣濃縮器的電連接器的A針腳測量，飛機上電后連接器的A針腳有28V直流電輸出，在顯控系統工作3s~5s后，連接器的A針腳無28V直流電輸出，氧氣濃縮器失去供電。檢查電動氧氣活門工作情況，飛機上電后電動氧氣活門打開，在顯控系統工作3s~5s后，電動氧氣活門關閉。針對上述故障現象進行深入分析：從上述檢查結果可以判斷造成氧氣系統報故的原因是氧氣濃縮器與氧氣電動活門打開線圈失去供電。氧氣濃縮器及氧氣電動活門打開線圈的供電都是由功率驅動盒提供的，功率驅動盒給這兩個機件供電的控制來源有兩個：溫度選擇器上的環控選擇開關和機電計算機1。前面已經進行了相關檢查，機電計算機1、溫度選擇器和功率驅動盒工作正常。故障是出現在任務機工作3s~5s后，由于任務機并不參與氧氣系統的控制，只是接收來自計算機的機電系統告警信息輸出，所以故障原因可能是計算機所管理的某個機電子系統工作不正常引起的。對機電計算機的功能、工作狀態和輸入信號進行分析。機電計算機是機電管理系統的核心控制管理部件，實現圖1氧氣系統原理簡圖以下八個功能：（1）燃油油量計算；（2）加油、輸油、直流泵啟動供油、空中放油切斷的控制信號輸出；（3）環控系統控制；（4）機電子系統的周期性BIT檢測和實時故障診斷；（5）通過航電系統進行機電系統告警信息輸出；（6）關鍵參數的備份通道輸出；（7）飛機狀態參數實時采集、數據融合并向航電系統輸出相關機電系統的工作狀態信息；（8）執行機電系統日常維護過程的BIT和飛行前檢測的BIT操作。機電計算機在地面電源供電的情況下有以下五個工作模式：（1）航電“平顯正常顯示（NORMAL）”模式；（2）航電“維護（MAINT）”模式；（3）航電“自檢測（IBIT）”模式；（4）機電地面維護版（GMP）工作模式；（5）地面設備工作模式。在任務機啟動工作正常后，機電計算機接收航電系統來的“平顯正常顯示（NORMAL）”信號，進入航電“平顯正常顯示（NORMAL）”模式。在該模式下，完成機電子系統監控和故障告警、燃油測量解算和正常控制、環控系統控制、備份數據傳送顯示、正常航電數據傳送。針對計算機的功能、工作狀態進行分析，機電系統中只有環控系統與氧氣系統在工作中有交聯關系。經過對環控系統工作原理分析，環控系統氧氣入口壓力傳感器或氧氣入口溫度傳感器故障可能造成上述故障現象。斷開壓力傳感器的電連接器，對機上氧氣系統通電檢查，故障現象消失，安裝壓力傳感器的電連接器，故障現象復現，故障原因就定位在氧氣入口壓力傳感器上。

故障原因

環控系統向氧氣系統機載制氧裝置提供氣源，對引氣氣源的溫度及壓力進行調節，并進行出水工作，從而使引氣氣源的溫度、壓力和干燥度適宜氧氣系統需求。環控系統在氧氣系統引氣入口管路中安裝了壓力傳感器和溫度傳感器，測量引氣氣源的壓力和溫度，并將測量的壓力和溫度信號反饋給機電計算機1。環控系統與氧氣系統交聯關系簡圖如圖1。飛機在進行地面試車或飛行時，環控系統從發動機系統引氣并進行溫度和壓力調節，提供給氧氣系統。溫度傳感器和壓力傳感器將引氣氣源的溫度和壓力信號裝換為電信號反饋到機電計算機1。如果引氣氣源的溫度或壓力超出規定范圍，機電計算機1就會發出信號控制功率驅動盒斷開氧氣濃縮器及氧氣電動活門打開線圈的供電線路，使氧氣濃縮器斷電停止工作，使氧氣電動活門關閉。此架飛機在地面通電檢查過程中，由于氧氣入口壓力傳感器故障，向機電計算機1錯誤發送引氣氣源壓力信號，機電計算機1接收到壓力信號后認為氧氣入口壓力超壓，在未接通航空電子啟動板上的“任務機1或任務機2”按鍵時，機電計算機無法進入航電“平顯正常顯示（NORMAL）”模式，不能完成機電子系統監控和故障告警、環控系統控制功能，氧氣濃縮器和氧氣電動活門打開線圈仍然能夠得到供電。當任務機啟動以后，機電計算機1接收來自航電的“NORMAL”信號，進入航電“平顯正常顯示（NORMAL）”模式，在該模式下，機電計算機1接收到氧氣入口壓力超壓信號后，控制功率驅動盒斷開氧氣濃縮器及氧氣電動活門打開線圈的供電線路，使氧氣濃縮器斷電停止工作，使氧氣電動活門關閉。更換氧氣入口壓力傳感器后，通電及試車檢查氧氣濃縮器及氧氣電動活門工作正常，故障得以排除。在更換氧氣入口壓力傳感器過程中發現，故障的壓力傳感器管口處存有大量積水，壓力傳感器故障原因就是由于受感部件長期在水的浸泡下腐蝕而造成的。檢查壓力傳感器的安裝位置發現，壓力傳感器的安裝位置不合理，位置較低，水分集中在壓力傳感器管口處。經過與設計人員的溝通，發現環控系統給氧氣系統引氣管路中的水分離器工作效能不足，在濕度較大的環境下工作時不能完全達到設計要求；設計對圖紙進行修改，改變氧氣入口壓力傳感器安裝位置，并在后續制造過程中進行落實。為防止此類故障的重復發生，針對已交付進行科研試飛的飛機，我們在換季維修卡中增加氧氣入口壓力傳感器及其管路的除水工作，并且在濕度較大環境下進行科研試飛任務時，增加氧氣入口壓力傳感器除水工作頻率。

總結

現今航空科學技術日新月異，非常發達，飛機各系統之間的交聯關系非常復雜，了解和掌握各系統之間的交聯關系對我們的日常維修工作和排故工作非常重要。本次故障的原因在環控系統，但是故障卻表現在氧氣系統，我們在排故過程中沒有拓寬思路，只是局限在氧氣系統成品、機電計算機及線路故障，而沒有往與氧氣系統有交聯關系的其他系統上多考慮，導致在排故過程中走了很多彎路，多做了許多工作。通過本次排故，加深了我們對氧氣系統和環控系統的理解，也積累了此類故障的排故經驗。

作者：劉少平 程斌 章楠 李珂