飛機座艙壓力調節系統推油門“壓耳”故障原因及解決措施研究

劉劍飛 王偉

摘 要：隨著現代飛機技術的快速發展，對座艙壓力調節系統的要求越來越高，但同時，與座艙壓力調節系統有關的故障也頻繁發生。本文首先介紹某飛機座艙壓力調節系統出現推油門“壓耳”問題的原因，繼而提出解決問題的措施，最后探討改進效果。

關鍵詞：座艙壓力變化率;座艙供氣流量;座艙壓力;供氣壓力

中圖分類號：V245.4 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）01-0092-04

Solution and Research of Push Throttle Pressure Ear Fault

in Cabin Pressure Regulating System

LIU Jianfei1 WANG Wei2

（1.Military Representative Office of The Air Force Equipment in Xinxiang，Xinxiang Henan 453000;

2.Avic Xinxiang Aviation Industry（Group）Co.， Ltd.，Xinxiang Henan 453000）

Abstract： With the rapid development of modern aircraft technology， the requirement for cockpit pressure regulation system is getting higher and higher， but at the same time， the faults related to cockpit pressure regulation system also occur frequently. Firstly， this paper introduced the cause of the problem of "pushing the throttle to press the ear" in the cockpit pressure regulating system of an aircraft， then put forward the measures to solve the problem， and finally discussed the improvement effect.

Keywords： cabin pressure change rate;cabin air supply;cabin pressure;air supply pressure

某型號飛機（此飛機配套的座艙壓力調節系統為CYT-15/59）在閻良試飛中心進行平飛加減速試飛項目時，試飛員反映，在慢車（發動機轉速72%±2%）狀態穩定一段時間后，通過1～2s時間推油門到85%（發動機轉速）時有“壓耳”感，但無脈動現象。經研究，將此現象定義為推油門“壓耳”故障[1-3]。

1 故障描述

試飛中心通過開展飛行測壓試驗可知，在慢車狀態時，由于供氣壓力較低，不能滿足座艙增壓要求，出現座艙壓力下降，持續一段時間后，座艙壓力偏離壓力制度值較大，在試飛員快速推油門時，供氣壓力迅速升高，座艙壓力增長至規定值。在此過程中，座艙壓力增長率較高，試飛員感覺“壓耳”感明顯，即出現推油門“壓耳”故障。

2 故障原因及解決措施

2.1 故障原因分析

對飛行數據進行整理，截取試飛員匯報“壓耳”時間段的數據進行分析。對14：20：23至14：25：37的座艙壓力、座艙供氣壓力、座艙壓力變化率、座艙供氣量的飛行數據進行制圖分析。分析結果見圖1、2、3。

對圖1、2、3進行綜合分析。

在14：21：23至14：23：10，試飛員保持80%油門狀態進行5km平飛，見圖1，座艙壓力穩定，試飛員反應正常。

在14：23：10至14：23：15，試飛員收油門至慢車狀態，座艙供氣流量迅速由840kg/h降至70kg/h，見圖2。此時座艙供氣壓力由104kPa降至90kPa，與座艙壓力幾乎相等，此時供氣壓力與供氣流量無法滿足增壓要求，座艙壓力開始有下降趨勢，見圖1。

在14：23：15至14：25：11，因座艙供氣壓力與座艙壓力幾乎相等，無法實現座艙增壓，座艙壓力持續由86kPa下降至68kPa，下降值為18kPa，見圖1。

在14：25：14至14：25：20，試飛員由慢車狀態推油門至80%狀態，座艙供氣流量由70kg/h增至520kg/h，見圖2。座艙供氣壓力迅速升高，座艙壓力在14：25：16至14：25：27時由68.5kPa增至88.5kPa，見圖1。此時以較大的座艙壓力增長率持續10s，最高達到2.2kPa/s，見圖3。試飛員匯報“壓耳”感明顯，經數次吞咽動作后消失。此后，保持飛行狀態，試飛員反應正常。

綜上所述，在慢車狀態時，由于座艙供氣壓力較低，不能滿足座艙增壓要求，出現座艙壓力下降，此時排氣活門已處于關閉狀態，持續一段時間后，座艙壓力偏離壓力制度值較大，在試飛員推油門時，座艙供氣壓力迅速升高，座艙壓力在10s內快速上升達20kPa，座艙壓力增長率較高，因此，試飛員感覺“壓耳”感明顯，即推油門會產生“壓耳”[4-6]。

2.2 故障及解決措施

鑒于飛機系統無法進一步優化更改，經過與主機的設計人員進行研討后，建議對座艙壓力調節系統進行改進，以進一步控制快推油門狀態的壓力增長率。

對圖4進行分析可知，影響座艙壓力增長率的因素有：排氣活門控制腔排氣不暢;排氣活門復位彈簧預緊力大;排氣活門有排氣反壓;控制器氣容偏小;控制器毛細管限流不達標。

其中，對于排氣活門控制腔排氣不暢的問題，可以在排氣活門頂部增加減震器組件;對于排氣活門復位彈簧預緊力大的問題，可以通過更改復位彈簧預緊力來提高座艙排氣活門打開速度;對于排氣活門有排氣反壓的問題，是因為未將CYT-59座艙排氣活門安裝在迎風面上。

綜上所述，在CYT-59座艙排氣活門上腔增加減震器組件和更改彈簧預緊力為解決推油門“壓耳”的最佳措施。

<F：＼歡歡文件夾＼201904＼河南科技201901＼河南科技（創新驅動）2019年第01期_103595＼Image＼image5_2_1.png>[釋壓限幅器CYT15-012性能漂移][氣動功率放大器CYT15-013漏氣][毛細管限流不達標][氣容偏小][試飛員“”壓耳][推油門“”壓耳][壓力增長率高][排氣活門未能迅速打開][控制器調壓組件故障][脈動“壓耳”][座艙壓力波動時間大于25s][CYT-15故障][排氣

反應][復位彈簧預緊力大][排氣活門控制腔排氣不暢][絕對壓力組件CYT15-101性能漂移][調整絕對壓力組件性能][調整釋壓限幅器組性能][調整氣動功率放大器組件性能][更換毛細管][增大氣容容積][更改排氣活門在飛機上的安裝位置][增加減震器組件][更改復位彈簧剛度和預緊力]

圖4 CYT-15/59座艙壓力調節系統故障樹及解決措施

2.3 改進措施

2.3.1 減震器設計。在設計減震器時，因座艙壓力增長率要求小于0.67kPa/s，設計減震器膜片上下壓差[PA-PB=0.5kPa]時，減震器活門打開，使PA迅速降低，活門開度增大，控制座艙壓力變化率增加。

因機上安裝空間限制，對減震器膜片組合件的外徑、內徑進行分別設計，并計算有效面積Fm。

CYT-59座艙排氣活門減震器彈簧預緊力[F=Fm×PA-PB]，代入Fm和[PA-PB]，得出減震器彈簧預緊力F。

2.3.2 改進復位彈簧。設座艙排氣活門打開的力[F開]，座艙排氣活門關閉的力[F關]，活門可動部分質量為m，座艙排氣活門彈簧預緊力[F預]，座艙排氣活門膜片上下壓差為[ΔP]，座艙排氣活門膜片有效面積為[Fm]。

在座艙排氣活門復位彈簧預緊力設計時：[F預>mg];設計值[ΔP=3kPa]，[mg=1.2N];則[F預>1.2N]。

座艙排氣活門打開的力[F開=ΔP×Fm]，座艙排氣活門關閉的力[F開=F預]。當座艙受到流量沖擊時，活門開啟時的加速度[a=ΔP×Fm-F預/m]。由此可看出，優化彈簧預緊力[F預]可以提高座艙排氣活門開啟速度。

原復位彈簧的預緊力為4.8N，經重新設計復位彈簧預緊力，其預緊力足夠支持0.12kg的活門可動部位重量。

3 改進效果及故障總結

改進后的產品外形如圖5所示。

<F：＼歡歡文件夾＼201904＼河南科技201901＼河南科技（創新驅動）2019年第01期_103595＼Image＼image23_1.png>

圖5 改進后CYT-59座艙排氣活門外形圖

某型號飛機在1月份5km試飛時，座艙壓力降20kPa，推油門時試飛員反應最為強烈，此時座艙壓力變化率曲線如圖6所示，所以，以此次的試飛數據為條件進行壓降流量沖擊試驗。

<F：＼歡歡文件夾＼201904＼河南科技201901＼河南科技（創新驅動）2019年第01期_103595＼Image＼image24.png>[2.5

2

1.5

1

0.5

0

-0.5

-1

-1.5

][座艙壓力變化率][（kPa/S）][14：21：23：061

14：21：39：061

14：21：55：061

14：22：11：061

14：22：27：061

14：22：43：061

14：22：59：061

14：23：15：061][14：23：31：061

14：23：47：061

14：24：03：061

14：24：19：061

14：24：35：061

14：24：51：061

14：25：07：061

14：25：23：061]

圖6 某飛機1月份試飛平加減速時座艙壓力變化率曲線

現整理出CYT-59座艙排氣活門改進前后和裝機狀態進行5km壓降20kPa時流量沖擊時座艙壓力增長率超調峰值和超調時間，具體見表1。

對比圖7和圖8，發現CYT-59座艙排氣活門改進前和改進后試驗臺狀態座艙壓力變化率的峰值由3.07kPa/s降低至1.41kPa/s，比原來降低了54%;持續時間由17s減少至2s，比原來減少了88%，改善效果明顯。

通過分析上述試驗數據可知，CYT-59座艙排氣活門改進措施切實有效，能限制快推油門狀態的座艙壓力增長率，改善機上快推油門狀態出現的“壓耳”現象。

表1 試飛數據和改進前后試驗數據對比

[狀態 高度/km 座艙壓力下降值/kPa 流量沖擊（kg/h） 座艙壓力變化率峰值（kPa/s） 座艙壓力變化率超調時間/s 對應的圖 某型號飛機1月份試飛數據 5 20 流量在6s內由70增至520 2.2 10 6 CYT-59

原狀態 5 20 流量在3s至4s內由30增至600 3.07 17 7 CYT-59增加減震器并更改復位彈簧（更改后，兩次試驗） 5 20 流量在3s至4s內由30增至600 1.41 2 8 1.35 2 - ]

4 結語

目前，該型號的推油門“壓耳”故障已消除。在分析故障原因、排除故障及對故障進行研究總結的過程中，筆者積累了諸多經驗，這對解決其他同類問題具有重要的指導意義。

參考文獻：

[1]王浚，徐揚禾.飛機座艙空氣參數控制[M].北京：國防工業出版社，1980.

[2]壽榮中，何慧珊.飛行器環境控制[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2004.

[3]中華人民共和國航空工業部.飛行大氣參數：HB 6127—1986[S].北京：中國標準出版社，1986.

[4]國家標準總局.標準大氣（30公里以下部分）：GB/T 1920—1980[S].北京：中國標準出版社，1980.

[5]國防科學技術工業委員會.飛機環境控制系統通用規范：GJB 1193—1991[S].北京：中國標準出版社，1991.

[6]國防科學技術工業委員會.座艙壓力制度生理要求：GJB 646—1988[S].北京：中國標準出版社，1988.