空中转备用氧故障分析

故障现象

飞机执行飞行任务，空中飞行员反映：飞行员故障清单显示“氧气浓缩器故障”“氧气监控器故障”，同时告警灯盒上“氧气少”告警灯亮，氧气状态灯盒上“氧气准备”灯亮。故障发生时飞行高度为5km，飞行员手动接通“备用氧”开关，操纵飞机返航安全着陆。着陆后，通电查看维护清单中记录的空中故障，与飞行员反映情况一致，通电检查时氧气浓缩器报故，氧气状态灯盒上的“氧气准备”灯亮，告警灯盒上“氧气少”告警灯亮，飞行员故障清单显示“氧气浓缩器故障”“氧气监控器故障”；查看氧气压力表指示备用氧压力为18MPa，起飞前，备用氧压力为25MPa。

原理分析

飞机氧气系统的氧源子系统是以机载制氧装置为氧气系统的主氧源，以2个8升高压氧气瓶为备用氧源，以跳伞供氧器为应急氧源。机载制氧装置是用氧气浓缩器将环控系统引气来的压缩空气进行分离，利用吸氧排氮的原理，产生浓度较高的富氧气体，向飞行员供氧。为了避免地面通电过程中用空调车冷却电子设备时，未经除水处理的低压冷空气对氧气浓缩器分子筛床的造成水分污染，在从环控系统引气来的管路中安装了氧气电动活门，可以通过关闭氧气电动活门来关闭引气管路。氧气浓缩器和氧气电动活门由功率驱动盒进行供电，温度选择器通过机电计算机1和功率驱动盒对氧气浓缩器和氧气电动活门的供电进行控制。当氧气浓缩器失去供电及氧气浓缩器故障或氧气监控器故障时，氧气浓缩器将故障信号发送到机电系统信号盒，再由系统信号盒送到机电计算机2和告警计算机，由机电计算机2通过航电系统多功能显示器进行故障显示，由告警计算机燃亮告警灯盒上的“氧气少”告警灯进行告警。当氧气浓缩器故障或氧气调节器入口压力低时，氧气浓缩器和低压氧气开关向系统信号盒发出信号，当三个轮载开关都处于空中位置时，系统信号盒发出控制信号自动将氧源转换器转换至备用氧管路，由备用氧源向氧气系统提供氧气。氧气系统原理简图如图1所示.

故障定位

从上述工作原理进行分析，造成氧气系统报故有以下6种原因：（1）氧气浓缩器故障：氧气浓缩器是机上的主氧源，如果氧气浓缩器发生故障，将不再输出富氧气体，并发出故障信号送到告警计算机和机电计算机2进行灯光告警和显示告警；（2）系统信号盒故障：如果系统信号盒故障，就会错误的发出氧气浓缩器故障信号到机电计算机2和告警计算机；（3）功率驱动盒故障：如果功率驱动盒故障，就不能向氧气浓缩器输出28V直流电，氧气浓缩器不能正常工作；（4）温度选择器故障：如果温度选择器故障，就会错误发出信号使氧气浓缩器失去供电，氧气浓缩器不能正常工作。（5）机电计算机1故障：如果机电计算机1故障，就会错误发出信号使氧气浓缩器失去供电，氧气浓缩器不能正常工作；（6）氧气系统相关线路故障：如果线路故障，就会造成各种信号指令无法正确传达，使氧气浓缩器不能正常工作。针对以上6点可能产生故障的原因，在飞机上做了如下工作及检查：（1）更换氧气浓缩器，通电检查氧气系统，氧气浓缩器在通电过程中报故，与原装机氧气浓缩器故障现象一致，说明氧气浓缩器工作正常；（2）更换系统信号盒，通电检查氧气系统，氧气浓缩器在通电过程中报故，说明系统信号盒工作正常；（3）更换机电系统功率驱动盒，通电检查氧气系统，氧气浓缩器在通电过程中报故，说明机电系统功率驱动盒工作正常；（4）更换温度选择器，通电检查氧气系统，氧气浓缩器在通电过程中报故，说明温度选择器工作正常；（5）对机上两台机电计算机进行1、2号机位互换，通电检查氧气系统，氧气浓缩器在通电过程中报故，说明机电计算机1工作正常；（6）对机电计算机1、氧气浓缩器、系统信号盒、功率驱动盒、温度选择器之间的导线进行测量，线路导通关系、绝缘性良好，说明机上线路工作正常。根据上述检查可以判断氧气浓缩器及其控制环节各机件设备、线路工作正常。在通电检查过程中发现，飞机上电后氧气状态灯盒上的“氧气准备”灯燃亮65s后熄灭（要求为不大于70秒熄灭），说明氧气浓缩器准备工作完成，氧气浓缩器工作正常。接通航空电子启动板上的“任务机1或任务机2”按键，显控系统工作3s~5s后，“氧气准备”灯燃亮，氧气浓缩器报故，并且氧气浓缩器停止工作。共进行四次试验，故障现象一致。从氧气浓缩器的电连接器的A针脚测量，飞机上电后连接器的A针脚有28V直流电输出，在显控系统工作3s~5s后，连接器的A针脚无28V直流电输出，氧气浓缩器失去供电。检查电动氧气活门工作情况，飞机上电后电动氧气活门打开，在显控系统工作3s~5s后，电动氧气活门关闭。针对上述故障现象进行深入分析：从上述检查结果可以判断造成氧气系统报故的原因是氧气浓缩器与氧气电动活门打开线圈失去供电。氧气浓缩器及氧气电动活门打开线圈的供电都是由功率驱动盒提供的，功率驱动盒给这两个机件供电的控制来源有两个：温度选择器上的环控选择开关和机电计算机1。前面已经进行了相关检查，机电计算机1、温度选择器和功率驱动盒工作正常。故障是出现在任务机工作3s~5s后，由于任务机并不参与氧气系统的控制，只是接收来自计算机的机电系统告警信息输出，所以故障原因可能是计算机所管理的某个机电子系统工作不正常引起的。对机电计算机的功能、工作状态和输入信号进行分析。机电计算机是机电管理系统的核心控制管理部件，实现图1氧气系统原理简图以下八个功能：（1）燃油油量计算；（2）加油、输油、直流泵启动供油、空中放油切断的控制信号输出；（3）环控系统控制；（4）机电子系统的周期性BIT检测和实时故障诊断；（5）通过航电系统进行机电系统告警信息输出；（6）关键参数的备份通道输出；（7）飞机状态参数实时采集、数据融合并向航电系统输出相关机电系统的工作状态信息；（8）执行机电系统日常维护过程的BIT和飞行前检测的BIT操作。机电计算机在地面电源供电的情况下有以下五个工作模式：（1）航电“平显正常显示（NORMAL）”模式；（2）航电“维护（MAINT）”模式；（3）航电“自检测（IBIT）”模式；（4）机电地面维护版（GMP）工作模式；（5）地面设备工作模式。在任务机启动工作正常后，机电计算机接收航电系统来的“平显正常显示（NORMAL）”信号，进入航电“平显正常显示（NORMAL）”模式。在该模式下，完成机电子系统监控和故障告警、燃油测量解算和正常控制、环控系统控制、备份数据传送显示、正常航电数据传送。针对计算机的功能、工作状态进行分析，机电系统中只有环控系统与氧气系统在工作中有交联关系。经过对环控系统工作原理分析，环控系统氧气入口压力传感器或氧气入口温度传感器故障可能造成上述故障现象。断开压力传感器的电连接器，对机上氧气系统通电检查，故障现象消失，安装压力传感器的电连接器，故障现象复现，故障原因就定位在氧气入口压力传感器上。

故障原因

环控系统向氧气系统机载制氧装置提供气源，对引气气源的温度及压力进行调节，并进行出水工作，从而使引气气源的温度、压力和干燥度适宜氧气系统需求。环控系统在氧气系统引气入口管路中安装了压力传感器和温度传感器，测量引气气源的压力和温度，并将测量的压力和温度信号反馈给机电计算机1。环控系统与氧气系统交联关系简图如图1。飞机在进行地面试车或飞行时，环控系统从发动机系统引气并进行温度和压力调节，提供给氧气系统。温度传感器和压力传感器将引气气源的温度和压力信号装换为电信号反馈到机电计算机1。如果引气气源的温度或压力超出规定范围，机电计算机1就会发出信号控制功率驱动盒断开氧气浓缩器及氧气电动活门打开线圈的供电线路，使氧气浓缩器断电停止工作，使氧气电动活门关闭。此架飞机在地面通电检查过程中，由于氧气入口压力传感器故障，向机电计算机1错误发送引气气源压力信号，机电计算机1接收到压力信号后认为氧气入口压力超压，在未接通航空电子启动板上的“任务机1或任务机2”按键时，机电计算机无法进入航电“平显正常显示（NORMAL）”模式，不能完成机电子系统监控和故障告警、环控系统控制功能，氧气浓缩器和氧气电动活门打开线圈仍然能够得到供电。当任务机启动以后，机电计算机1接收来自航电的“NORMAL”信号，进入航电“平显正常显示（NORMAL）”模式，在该模式下，机电计算机1接收到氧气入口压力超压信号后，控制功率驱动盒断开氧气浓缩器及氧气电动活门打开线圈的供电线路，使氧气浓缩器断电停止工作，使氧气电动活门关闭。更换氧气入口压力传感器后，通电及试车检查氧气浓缩器及氧气电动活门工作正常，故障得以排除。在更换氧气入口压力传感器过程中发现，故障的压力传感器管口处存有大量积水，压力传感器故障原因就是由于受感部件长期在水的浸泡下腐蚀而造成的。检查压力传感器的安装位置发现，压力传感器的安装位置不合理，位置较低，水分集中在压力传感器管口处。经过与设计人员的沟通，发现环控系统给氧气系统引气管路中的水分离器工作效能不足，在湿度较大的环境下工作时不能完全达到设计要求；设计对图纸进行修改，改变氧气入口压力传感器安装位置，并在后续制造过程中进行落实。为防止此类故障的重复发生，针对已交付进行科研试飞的飞机，我们在换季维修卡中增加氧气入口压力传感器及其管路的除水工作，并且在湿度较大环境下进行科研试飞任务时，增加氧气入口压力传感器除水工作频率。

总结

现今航空科学技术日新月异，非常发达，飞机各系统之间的交联关系非常复杂，了解和掌握各系统之间的交联关系对我们的日常维修工作和排故工作非常重要。本次故障的原因在环控系统，但是故障却表现在氧气系统，我们在排故过程中没有拓宽思路，只是局限在氧气系统成品、机电计算机及线路故障，而没有往与氧气系统有交联关系的其他系统上多考虑，导致在排故过程中走了很多弯路，多做了许多工作。通过本次排故，加深了我们对氧气系统和环控系统的理解，也积累了此类故障的排故经验。

作者：刘少平 程斌 章楠 李珂