安全活門地面小流量波動故障研究

王偉　陳勝利

摘 要：隨著現代飛機技術的快速發展，對安全活門的要求也越來越高。基于此，本文首先介紹了某型飛機安全活門出現地面小流量波動問題的原因，繼而分析問題、解決問題，最后進行研究總結。

關鍵詞：座艙壓力波動;座艙供氣流量;座艙余壓

中圖分類號：V263.6 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）32-0029-03

Research on Fluctuation Failure of Small Flow in Ground for Safety Valve

WANG Wei CHEN Shengli

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

Abstract： With the rapid development of modern aircraft technology， the requirements for safety valves are becoming higher and higher. This paper first introduced the reasons for the fluctuation failure of small flow in ground for some types safety valve， then analyzed and solves the problems， and finally summarized the research.

Keywords： cabin pressure fluctuation;cockpit air supply flow;cabin pressure

CYT-60安全活門為某型號飛機座艙環控系統配套設備，其功能是防止氣密座艙因座艙余壓或座艙負壓超過極限值而發生破壞[1]。單機配套1件。在研制初期，S型交付時數套產品均出現了地面狀態下流量為150 kg/h時，座艙余壓出現0.5～1.0 kPa的波動現象，標準值應為37.60～40.25 kPa，即地面條件下，通過活門的空氣流量為150～1 000 kg/h，限定的座艙余壓為37.6～40.25 kPa。經研究，將此現象定義為地面小流量波動故障[2-3]。波動數據如表1所示。

1 問題定位

CYT-60安全活門結構如圖1所示，主要由殼體、活門、內膜片、外膜片（內膜片、外膜片為同一零件）、蓋、彈簧、桿形活門、活門座、主彈簧及濾網等組成[2]。

當飛機地面停機、座艙未增壓時，座艙內壓力P與外界大氣壓力P相等。這時彈簧的預壓緊力使活門關閉，產品處于關閉狀態。

當座艙余壓（P-P）超過某一規定值，B、D兩腔壓差作用于內膜片上的力足以克服主彈簧的預壓緊力，使桿形活門與活門座相脫離。此時，B腔內的空氣通過桿形活門與活門座的間隙流入D腔排入大氣。由于B腔壓力降低，作用在活門上向下的力隨之顯著降低。活門在壓差作用下向上移動而打開，使艙內空氣排入大氣，降低座艙壓力，隨之降低座艙余壓。當座艙余壓降至規定值以下時，主彈簧又克服內膜片上由壓差引起的向下力，使桿形活門重新緊貼活門座而關閉。這時B腔壓力又增至同A腔相等，使活門向下移動，關閉安全活門。

當出現負壓時，即外界大氣壓力P高于座艙壓力P，D腔壓力高于B腔壓力，外膜片、內膜片等結構在此壓差作用下打開活閘，使外界大氣進入座艙，降低座艙與大氣之間的負壓。

通過對產品結構和工作原理進行分析，可以確定由膜片、彈簧、桿形活門、活門座組成的膜片組合件為感壓原件，對座艙余壓調節起決定作用。車間在對波動產品進行反復調試時，也對膜片組合件進行了反復校正。膜片組件是通過手工鉚接的方式將鋁合金結構件鉚接在又薄又軟膜片的安裝孔上。安裝孔定位效果非常差，因此在裝配過程中容易發生鋁合金結構件不同心、不平行、膜片褶皺的情況，使膜片組件兩側壓力不均，造成活門在控制小流量時受力也不均勻，出現小流量時產品控制壓力波動的現象。在故障產品分解時，也發現膜片組合件上的鋁合金結構件不同程度地出現了不同心、不平行的現象。

CYT-60安全活門與CYT-17安全活門結構形式類似，為了提高產品的流通能力，擴大了其活門口徑，控制腔容積隨之增大。控制腔容積增大后，為其補氣的球形活門通氣孔和控制其排氣的球形活門結構沒有隨之更改，造成供氣與排氣不匹配，從而引起控制腔壓力波動，進而產生產品控制壓力波動的現象。更改活門桿內孔直徑后進行試驗，原活門桿內孔直徑為1.5 mm，協調生產了內孔直徑為2.0 mm、2.1 mm、2.2 mm的3個活門桿進行試驗，具體試驗數據見表2。從表2可知，將活門桿內孔直徑調整為2.1 mm，對座艙壓力波動幅值起到明顯的抑制作用。

2 機理分析

通過上述結構、原理分析和問題定位，可以確定CYT-60安全活門地面小流量波動主要有兩點原因。

第一，膜片組合件在鉚接裝配時發生鋁合金結構件不同心、不平行、膜片褶皺的情況，造成活門在開啟時偏斜偏大產生高頻碰撞，造成座艙余壓波動。此問題主要表現在膜片組合件裝配工藝性差，組件在鉚接時由工人操作，鉚接力度無法完全保持一致。此現象通過工藝改進來解決比較困難，需要通過產品結構的改進來消除。

第二，供氣、排氣與控制腔容積不匹配，供氣與排氣無法協調統一對控制腔的壓力進行控制，導致產品控制壓力波動，出現座艙余壓波動。此問題需要通過設計增加活門桿內孔流通面積，并通過試驗來解決。

3 糾正措施及驗證情況

3.1 糾正措施

為解決膜片裝配過程中出現的問題，通過對膜片上非工作區域局部加厚來實現。膜片的安裝孔均在膜片的非工作區域內，膜片局部加厚以后，上面的安裝孔定位效果可以得到明顯改善。鋁合金結構件僅裝配在膜片的非工作區域，裝配過程中產生的變形可以被局部加厚區域吸收，減少膜片工作區域的變形褶皺。上述問題得到解決后，鋁合金結構件可以在膜片上得到較好定位，使其結構同心和平行，消除工作區域上的褶皺，如圖2所示。

通過表2的試驗數據可知，增加活門桿內孔直徑，能夠減小座艙余壓波動幅值。當活門桿內孔直徑為2.1 mm，座艙余壓波動幅值為0.1～0.2 kPa，但當繼續增加活門桿內孔直徑至2.2 mm時，座艙余壓波動幅值反而增加，所以活門桿內徑為2.1 mm時，匹配性最好，最能抑制座艙余壓波動。活門桿更改如圖3所示。

3.2 試驗驗證情況

為了驗證改進措施，下發相關技術文件，對編號為1206001、1406001的產品貫徹糾正措施，并進行鑒定試驗。現1406001產品已完成全部鑒定試驗項目，1206001產品除霉菌試驗正在進行外，其他鑒定試驗項目也全部完成。因為改進措施并未對產品材料進行更改，所以1206001產品能夠順利通過霉菌試驗。兩套產品均未出現地面小流量座艙余壓波動。

將措施落實后交付17套CYT-60安全活門產品，均未出現座艙余壓波動現象，并且多數產品均調試一次合格。抽取數套產品，試驗數據如表3所示[4]。以上試驗驗證可知，改進措施切實有效。

4 結語

目前，該重點型號的地面小流量波動故障已消除。在分析故障原因、排除故障以及對故障研究總結的過程中，研究者積累了諸多經驗及方法，對解決其他同類問題具有重大指導意義。

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，1980：61-62.

[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，2004：110-112.

[3]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.

[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—91[S/OL].（1992-06-01）[2021-07-15]. http：//www.doc88.com/p-0344859294648.html.