民用飛機氧氣系統設計中的維修性考慮

蔡 坤 李 嵐

（上海飛機設計研究院環控氧氣系統設計研究部，中國 上海201210）

0 引言

在民用飛機航班運營過程中， 經常會有各種航班延誤的情況出現，除了由于天氣因素等不可抗力之外，航班降落后的維護時間過長是航班延誤的一個重要原因。 因此，在設計及制造等過程中就應該把航線上可能出現的維修性問題解決，盡量降低維修時間，提高維修的便捷性[1]。

在進行民用飛機氧氣系統設計的各個階段，均需要對氧氣系統的維修性進行分析和不斷優化，防止出現氧氣系統安裝在飛機上后無法維修、維修困難或維修時間過長等問題，在設計中進行維修性考慮是很有必要性的。

1 氧氣系統概述

典型的民用飛機氧氣系統主要包括下列子系統： 機組氧氣系統、旅客氧氣系統、便攜式氧氣設備。

機組氧氣系統可在座艙失壓、有煙霧和著火時為駕駛艙機組成員提供應急用氧，并可為提高夜航視力或消除疲勞提供補充用氧。 典型的民用飛機機組氧氣系統是固定式高壓氣氧系統，由一個固定的氧氣瓶經過調節器減壓后通過低壓管路傳輸從而為正、副駕駛員和觀察員提供呼吸用氧氣。當氧氣瓶內的氧量低于某預定值時，在EICAS（發動機指示和機組告警系統）上將有告警信息。 當低壓管路中的壓力低于某預定值時，也會在EICAS 上將有告警信息。

旅客氧氣系統在座艙失壓或需要時為旅客及乘務員提供呼吸用氧氣。典型的民用飛機旅客氧氣系統采用化學氧或氣氧供氧[2]方式，利用化學氧氣發生器通過化學反應產生氧氣或利用氧氣瓶儲存氣態氧氣經過軟管傳輸到旅客面罩從而供旅客和乘務員使用。

便攜式氧氣設備由防護呼吸裝置（PBE）和便攜式氧氣瓶組件組成。 防護呼吸裝置可在機上滅火排煙時為使用者提供防護呼吸用氧；便攜式氧氣瓶組件可為個別旅客提供醫療急救用氧以及在座艙失壓時為乘務員提供應急機動呼吸用氧。

2 氧氣系統設計中的維修性考慮

維修性設計在系統設計之初就應開始考慮，在系統成品件研制出來之前就應開展維修性設計的評估工作，從而避免在安裝以及維護系統部件時出現維修性相關問題。通過維修性分析確定產品是否滿足了維修性要求，以及是否符合維修性設計準則，這些要求或準則包括了縮短維修停機時間、簡化維修工作、降低維修費用、減少維修差錯、降低對維修人員的要求、 滿足與維修有關的人素工程及安全性要求等[3]各方面的內容。

2.1 維修性設計分析

對維修性進行分析可根據氧氣系統設備的安裝位置、安裝形式等參數來定性地評估氧氣系統維修性的好壞程度。維修性設計分析包括可達性設計分析、互換性設計分析、模塊化設計分析、防差錯設計分析、人素工程分析、維修安全性分析等方面。

2.1.1 可達性設計分析

可達性是能夠接近設備或部件進行檢查、修理、更換或保養的相對容易程度。 它包括兩個方面的需求：能接觸到某個項目以便檢查和測試；為檢查、修理或更換所需要的空間。

在進行氧氣系統可達性設計分析時，通常會利用氧氣設備的三維數模以及周圍相關部件的三維數模，必要時可運用人體模型來模擬安裝維修的便捷性與空間的靈活度。 圖1 為利用人體模型在EE 艙（電子設備艙）和駕駛艙進行可達性設計分析的示意圖。

圖1 利用人體模型進行可達性設計分析

2.1.2 互換性設計分析

互換性是一個給定的零件、部件或器材能被同類的零件、部件或器材代替的能力。 有兩種互換性：（1）如果兩個項目具有相同的功能，就有功能互換性；（2） 如果兩個項目能夠在同一地方用同一種方式安裝、固定、連接等，就存在實體（物理上的）互換性。

在進行氧氣系統互換性設計分析時， 通常會給出相關的設計規范，要求在設計中就要把互換性考慮進去，同時在各個設計階段對已有設計進行審閱檢查，保證同類部件的代替能力。

2.1.3 標準化設計分析

標準化的主要形式有系列化、通用化、組合化。系列化是對同類的一組產品同時進行標注化的一種形式。 通用化是指同一類型不同規格，或不同類型的系統中結構相近的產品，經過統一以后可以批次互換的標準化形式。 組合化是按照標準化原則，設計并制造出若干組通用性較強的單元，可根據需要拼合成不同用途的產品的標準化形式。

在進行氧氣系統標準化設計分析時，會給出連接器以及標準件的選用規范，在選用范圍內選擇連接器和緊固件，這樣能方便接口協調時各相關系統都能采用標準接口，從而降低采購成本以及接口協調的難度。

2.1.4 模塊化設計分析

模塊化指的是在產品設計過程中盡量采用模塊來構成系統，以便于組織生產、裝配和供應，提高產品的維修性。

在進行氧氣系統模塊化設計分析時，機組氧氣瓶組件被劃分為調節器組件模塊和氧氣瓶的瓶體模塊，兩個模塊可以單獨進行測試和維修，從而提高了氧氣系統部件的維修簡便性。 圖2 為氧氣瓶組件和調節器組件模塊的示意圖。

圖2 氧氣瓶組件和調節器組件模塊的示意圖

2.1.5 防差錯設計分析

防止維修差錯，主要是從設計上采取措施，以保證關鍵性的維修作業做到“錯不了”。

在進行氧氣系統防差錯設計分析時，對于氧氣瓶組件上多個接口采用不同直徑的管路，并附加明顯的標志用于區分，并且氧氣瓶的調節器組件上標示有氧氣瓶打開和關閉的旋轉方向，防止錯誤安裝。 圖3 為氧氣瓶調節器組件上的標示用以防止安裝錯誤。

圖3 氧氣瓶調節器組件上的標示

2.1.6 識別標志設計分析

識別標志是為了便于使用和維修而對產品系統及測試點所作的記號，其內容通常是產品的名稱、功能以及有關的使用、維修說明以及該產品直接有關的注意事項或警告信息。

在進行氧氣系統識別標志設計分析時，對警告標牌進行了針對性地設計。 警告標牌安裝在機組氧氣瓶組件附近，用于標示進行操作時的注意事項以及必要準備，防止操作時發生安全事故。 標牌在設計時就要求醒目、不易混淆、容易理解、方便維護人員遵照執行。 圖4 為警告標牌的示意圖。

圖4 警告標牌示意圖

2.1.7 維修安全性分析

維修人員在飛機上進行維修操作時，有可能處于各種潛在的危險之中。 如果維修人員必須分散精力去注意安全防護，那就無法集中精力去做好維修工作。 因此，飛機上應設計各種保護措施以減少和杜絕事故，保障維修時的安全。

在進行氧氣系統的維修安全性分析時， 考慮到氧氣的助燃性，就要求飛機處于電氣開關接通位置時以及添加燃油、滑油等操作時不能進行氧氣系統的維護操作，同時要求氧氣系統操作范圍一定距離內不許吸煙等。

2.1.8 檢測診斷設計分析

檢測是為確定產品或系統是否正常工作，以及查找故障原因及部位所采取的措施或活動。 診斷則是使用各種設備及方法，確定系統或設備的故障點、查明故障原因而進行的操作。

在進行氧氣系統檢測診斷設計分析時，要求把檢測和診斷納入設計中，PSU（旅客服務裝置）中的旅客氧氣單元設計有拋放測試模式，當設置到測試模式時，可以實現不用將所有的旅客氧氣面罩完全拋放下來同時能夠檢查旅客氧氣系統自動拋放和手動拋放的功能正確性和完整性。 圖5 為旅客氧氣單元的拋放測試模式的示意圖。

圖5 旅客氧氣單元的拋放測試模式示意圖

2.1.9 維修人素工程設計分析

在設計中不考慮人的因素，會造成維修問題的增多，降低系統維修工作的效率。 人素工程就是將人的特性和能力綜合到系統的設計、使用和維修上的一種工程技術。

在進行氧氣系統維修人素設計分析時，在設計以及安裝布置協調過程中就將人的因素考慮進去，氧氣系統部件與結構部件的安裝間隙需預留活動空間， 沒有外部突出物等對人的視野和操作構成影響，保證維修人員可以輕松自如地操作。

2.1.10 維修口蓋設計分析

維修口蓋是指維修人員維修產品時進行觀察、檢查、調整等工作時，人的肢體及維修工具所能進出的開口。

在進行氧氣系統維修口蓋設計分析時，在設計以及安裝布置協調過程中，維修口蓋的設計已經充分考慮進去。例如，在飛機側面的機身蒙皮上設置了充氧地面服務口蓋，該服務口蓋采用快卸形式，可以快捷地打開以方便充氧和維護工作，同時口蓋內預留了足夠的工具活動空間，工具可以無阻地接近到達維修部件。另外，該口蓋設置成逆氣流方向打開，即使該口蓋意外開啟，飛行氣流也可使該口蓋關閉從而保證飛行安全。

2.2 分析結論

通過上述可達性設計分析、互換性分析、模塊化設計分析、防差錯分析、人素工程分析、維修安全性分析等方面定性分析，可以初步建立維修性好壞的定性評價，用于優化設計和安裝布置。

3 結束語

民用飛機維修性的好壞將直接影響飛機運營時的航班準點率，因此，在設計之初就需將維修性設計充分考慮進去，避免飛機航線運營時出現維修性問題。維修性分析在民用飛機氧氣系統的各個設計階段反復迭代，通過定性分析不斷優化氧氣系統設計，降低維修過程中的接近時間、拆解更換和再裝時間，使氧氣系統的維修更加快捷方便，確保滿足飛機級維修性的要求。

［1］常士基.現代民用航空維修工程管理[M].山西：山西科學技術出版社，2002：47-83.

［2］《飛機設計手冊》總編委會.飛機設計手冊15——生命保障和環控系統設計[M].北京：航空工業出版社，1999：302-320.

［3］《飛機設計手冊》總編委會.飛機設計手冊20——可靠性、維修性設計[M].北京：航空工業出版社，1999：446-452.