民用飛機氧氣系統安裝設計研究

雷鳴俊　李嵐

【摘 要】氧氣屬于強烈的助燃劑，在設計民用飛機氧氣系統時應格外小心布置，避免易燃易爆物品或者高溫環境。本文對民用飛機氧氣系統安裝設計進行探討，提出了氧氣系統主要設備的布置、安裝的設計原則與注意事項，為運輸類飛機氧氣系統的設計提供了支持。

【關鍵詞】民用飛機；氧氣系統；安裝

0 引言

氧氣系統作為應急系統，為機上人員提供補充氧氣，被現代民用飛機廣泛使用。

雖然氧氣不會燃燒，但它屬于強烈的助燃劑，在使用時應格外小心，避免與易燃易爆物品或者高溫環境接觸。本文民用飛機氧氣系統設計角度出發，對氧氣系統的安裝設計進行探討，提出了氧氣系統主要設備的布置、安裝的設計原則與注意事項。

1 設計目標

氧氣系統應符合適用于整個系統、子系統以及部件的規章和規范。性能應滿足適航CCAR/FAR 25.1439～1453的要求。

氧氣系統應重視環境條件的影響，確保在任何可預知的工作環境中系統功能的安全。

氧氣系統應能快速響應和使用。必要時，應采用冗余設計來滿足應急系統的需求。

氧氣系統應盡量減少對飛機其它系統的依靠和接口，以避免其它系統失效對氧氣系統功能的不利影響。

根據成熟的工程經驗，以及基于非包容性發動機轉子爆破的系統失效風險分析，在指定的發動機轉子爆破區應盡可能避免布置氧氣設備。

2 通用安裝原則

2.1 總則

氧氣系統各部件應按規定的要求進行選擇。其安裝應按照實際盡可能地遠離燃油、滑油、水廢水、液壓裝置、蓄電池、排氣管、電氣和無線電系統。在實際允許范圍內，不要與易燃液體管路安排在一起。必要時，應采用偏轉板使可能滲漏的易燃液體遠離系統各部件。氧氣系統的部件不應安裝在溫度超過單個部件規范規定的地方，不應將系統的任何部件安裝在120℃或更高溫度的區域。高溫管路或散發熱量的設備應裝有絕熱層，以防止氧氣設備受熱。

2.2 分氧裝置

根據SAE AIR 1390和CCAR/FAR 25.1447條的要求，氧氣分氧裝置應安裝在使用者容易取用的位置。

根據CCAR121.337條的要求，防護呼吸裝置（PBE）應盡可能臨近滅火瓶安裝。

2.3 接頭

系統所用的連接接頭應保證系統有良好的氣密性。除非有合適的防電解腐蝕措施，不同的金屬不應相互直接接觸。應盡可能減少接頭的數量。接頭應該安裝在容易檢查的位置，并且有足夠的空間使用工具擰緊或松開接頭，以便安裝和拆卸。

在氣態氧氣系統的管路中應只能使用一種連接類型。系統中必須避免擴口和無擴口接頭混合連接。接頭應和管路軸心對齊安裝，并按規定的力矩擰緊。氧氣系統應在全部安裝完成后進行泄漏測試。

所有接頭的位置必須保證任何泄漏的氧氣不會導致電子艙內的氧氣明顯聚集。氧氣系統的接頭不能直接與燃油、滑油或液壓系統的接頭臨近安裝。

2.4 充氧活門

充氧活門應安裝在機身側面的一個便于充氧操作和不被污染的封閉盒內。充氧堵蓋與封閉盒口蓋應設計成快卸式，口蓋蓋板應在前緣進行鉸接，充氧堵蓋應有系留鏈。

2.5 單向活門

在飛機上裝有一個以上氧氣瓶時，每個氧氣瓶或進出每個氧氣瓶的導管上都應配備有單向活門。單向活門應安裝在從一個氧氣瓶或一組氧氣瓶到與主分配管路相連的導管上。單向活門應安裝在能有效防止氧氣額外流失的地方。

2.6 氧氣瓶

除非另有規定，在同一供氧系統內應采用相同規格的氧氣瓶。但是，機組人員和乘客供氧系統可以允許采用不同規格的氧氣瓶（若采用氣態旅客氧氣系統）。

氧氣瓶應根據能供給規定的人數的用氧量來選用。飛機上應按選用氧氣瓶的外形尺寸提供足夠的空間。氧氣瓶不應安裝在靠近散發出大量熱量設備的地方。當飛機處于平飛或停機狀態時，氧氣瓶出氣口不應低于瓶底。

2.7 氧氣開關

氧氣開關應安裝在便于人員操作使用的地方。

2.8 壓力調節器

氧氣系統應安裝有足夠供氧能力并帶有安全活門的壓力調節器。壓力調節器到氧氣瓶的管路應保持最短。

2.9 氧氣管路

2.9.1 硬管

鋪設硬管時，通常的原則應是保持總長度為最短。考慮到膨脹、收縮、振動和部件更換，導管可適當彎曲，但不允許過度彎曲。

在飛機飛行期間氧氣管路必須由卡箍支撐，以防止管路移動并防止管路磨損。推薦使用減震卡箍，以防止振動導致管路破裂。減震器將氧氣管路由于飛行中受到的力造成的疲勞或者破裂減至最小。確保足夠的空間，防止管路與飛機結構或部件接觸。氧氣管路的支架應避免安裝在維護中需要移動的飛機零件上。管路穿過或支撐于飛機結構時，應采用軟墊以防止擦傷。在飛機正常飛行所產生的振動和沖擊下，導管不應敲擊飛機。

2.9.2 軟管

軟管的安裝應遵守以下原則，以保證軟管得到較長的使用壽命：

1）在軟管的彎曲部位不應使用卡箍，以避免阻礙軟管的伸縮；

2）軟管之間不應有相互接觸；

3）軟管不應有不受控制的擺動；

4）軟管運動總是發生在一個平面上；

5）當緊固軟管時，應注意不要使軟管扭曲。

2.10 間隙要求

2.10.1 鄰近的可燃物

氧氣管路及供氧部件不應安裝在含有易燃液體的其它管路或者儲存罐下方，以避免易燃液體泄漏到氧氣管路上。特別是燃油、滑油或者液壓油接頭，不應安裝在任何氧氣管路接頭和組件上方或者靠近它們。

因此，氧氣系統的零部件應安裝在燃油、滑油和液壓系統或者容易聚集可燃物的區域上方，距離至少為150mm。如果由于設計原因，不能保證最小距離，氧氣管路必須用保護襯套包裹。可以用偏轉板使液體（包括高壓噴霧）遠離氧氣管路、接頭和設備。

2.10.2 鄰近的活動飛行器零件

氧氣管道、設備與任何活動的飛機零部件之間，在最大位移或偏轉角情況下，至少相距50mm。如果不能滿足最小間隙，氧氣管路必須裝有防護罩，以防止最大負載下的機械損害。

特別注意的是，與主飛行和發動機控制部件之間的距離至少在300mm以上。

2.10.3 臨近的固定部件

氧氣系統管路和各部件除夾持部位外，與飛機固定部件之間的間隙不應小于13mm，局部允許不小于5mm；與飛機上所有的高溫導管和散發熱量的設備之間的距離不小于150mm。

2.10.4 鄰近管路的電纜

若可能，氧氣管路與電纜之間的距離至少在150mm以上。如果與電纜之間的距離在50mm～150mm之間，電線或者電纜應由導線管或者鄰近間隔的卡箍或夾子剛性支撐；如果與電纜之間的距離不到50mm，電線或電纜以及電子元器件必須有額外的絕緣，并且與氧氣部件的距離不得小于13mm；同樣的，氧氣管路在相應的區域可用由不銹材料制成的軟管隔離。

此外，氧氣管路和管路接頭在沒有絕緣的情況下與任何電子設備的距離不小于50mm，例如繼電器可能是一個潛在點火源。這是基于如下考慮，如果一個電子設備開始著火，火焰也許會穿過氧氣管路或者配件，此時里面的氧氣可能會使火勢加強從而燃燒金屬。一個小火苗可能會變成一場災難。

2.10.5 間隙要求的例外情況

當氧氣管路和電纜之間有肋板、腹板、框架、通道、型材或桁條等阻擋并且不會發生氧氣系統導管與電線相互接觸的危險時，上述對分隔、安裝和防護的要求不適用，但可以使用防護罩。如果電氣產品是供氧設備的組成部分，在需要將電纜引入供氧設備的地方，除要確保其免受擦傷外，上述分隔、安裝和保護的要求不適用。本規范規定以外的情況必須得到使用方的同意。

2.11 預防性設計

為盡可能減少高壓氧氣管路的長度和數量，壓力調節器應盡可能靠近高壓氧氣瓶安裝。

氧氣瓶和管路應有防高溫的保護，不能安裝在指定火區內。氧氣瓶支架的設計應該能經受住飛行、著陸和撞損著陸的載荷。

降落時前起落架收回導致機身變形或者緊急迫降過程中貨物的移動不會造成氧氣瓶、氧氣設備和管路的破裂，從而導致氧氣泄漏。

氧氣系統在所有相對或微小的移動處應提供特別的柔性連接設計。

2.12 管路補償

由于熱量影響和機身位移引起的管路伸長，應通過管路布置、柔性卡箍以及軟管給予補償。

2.13 電搭接

系統所有導電部件應得到保護，以防止接地靜電電荷的影響。放電安裝基座和飛機結構之間的電阻一般應不大于：

1）不銹鋼組件：100mΩ；

2）鋁合金組件：10mΩ。

系統電子電氣元件應單獨直接搭接到結構，或通過管路系統使用搭接線連接到結構上。

3 結語

本文對氧氣系統主要設備的布置、安裝的設計原則與注意事項進行了總結與討論，對于民用飛機氧氣系統布置安裝設計具有指導意義。

【參考文獻】

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[4]SAE AIR 825/12， Oxygen System Integration and Performance Precautions[S]. 2013.

[5]SAE AIR 1390， Convenient Location of Oxygen Masks for Both the Crew and Passengers of Aircraft[S].2015.

[責任編輯：王偉平]