民用飞机氧气系统设计中的维修性考虑

蔡 坤 李 岚

（上海飞机设计研究院环控氧气系统设计研究部，中国 上海201210）

0 引言

在民用飞机航班运营过程中， 经常会有各种航班延误的情况出现，除了由于天气因素等不可抗力之外，航班降落后的维护时间过长是航班延误的一个重要原因。 因此，在设计及制造等过程中就应该把航线上可能出现的维修性问题解决，尽量降低维修时间，提高维修的便捷性[1]。

在进行民用飞机氧气系统设计的各个阶段，均需要对氧气系统的维修性进行分析和不断优化，防止出现氧气系统安装在飞机上后无法维修、维修困难或维修时间过长等问题，在设计中进行维修性考虑是很有必要性的。

1 氧气系统概述

典型的民用飞机氧气系统主要包括下列子系统： 机组氧气系统、旅客氧气系统、便携式氧气设备。

机组氧气系统可在座舱失压、有烟雾和着火时为驾驶舱机组成员提供应急用氧，并可为提高夜航视力或消除疲劳提供补充用氧。 典型的民用飞机机组氧气系统是固定式高压气氧系统，由一个固定的氧气瓶经过调节器减压后通过低压管路传输从而为正、副驾驶员和观察员提供呼吸用氧气。当氧气瓶内的氧量低于某预定值时，在EICAS（发动机指示和机组告警系统）上将有告警信息。 当低压管路中的压力低于某预定值时，也会在EICAS 上将有告警信息。

旅客氧气系统在座舱失压或需要时为旅客及乘务员提供呼吸用氧气。典型的民用飞机旅客氧气系统采用化学氧或气氧供氧[2]方式，利用化学氧气发生器通过化学反应产生氧气或利用氧气瓶储存气态氧气经过软管传输到旅客面罩从而供旅客和乘务员使用。

便携式氧气设备由防护呼吸装置（PBE）和便携式氧气瓶组件组成。 防护呼吸装置可在机上灭火排烟时为使用者提供防护呼吸用氧；便携式氧气瓶组件可为个别旅客提供医疗急救用氧以及在座舱失压时为乘务员提供应急机动呼吸用氧。

2 氧气系统设计中的维修性考虑

维修性设计在系统设计之初就应开始考虑，在系统成品件研制出来之前就应开展维修性设计的评估工作，从而避免在安装以及维护系统部件时出现维修性相关问题。通过维修性分析确定产品是否满足了维修性要求，以及是否符合维修性设计准则，这些要求或准则包括了缩短维修停机时间、简化维修工作、降低维修费用、减少维修差错、降低对维修人员的要求、 满足与维修有关的人素工程及安全性要求等[3]各方面的内容。

2.1 维修性设计分析

对维修性进行分析可根据氧气系统设备的安装位置、安装形式等参数来定性地评估氧气系统维修性的好坏程度。维修性设计分析包括可达性设计分析、互换性设计分析、模块化设计分析、防差错设计分析、人素工程分析、维修安全性分析等方面。

2.1.1 可达性设计分析

可达性是能够接近设备或部件进行检查、修理、更换或保养的相对容易程度。 它包括两个方面的需求：能接触到某个项目以便检查和测试；为检查、修理或更换所需要的空间。

在进行氧气系统可达性设计分析时，通常会利用氧气设备的三维数模以及周围相关部件的三维数模，必要时可运用人体模型来模拟安装维修的便捷性与空间的灵活度。 图1 为利用人体模型在EE 舱（电子设备舱）和驾驶舱进行可达性设计分析的示意图。

图1 利用人体模型进行可达性设计分析

2.1.2 互换性设计分析

互换性是一个给定的零件、部件或器材能被同类的零件、部件或器材代替的能力。 有两种互换性：（1）如果两个项目具有相同的功能，就有功能互换性；（2） 如果两个项目能够在同一地方用同一种方式安装、固定、连接等，就存在实体（物理上的）互换性。

在进行氧气系统互换性设计分析时， 通常会给出相关的设计规范，要求在设计中就要把互换性考虑进去，同时在各个设计阶段对已有设计进行审阅检查，保证同类部件的代替能力。

2.1.3 标准化设计分析

标准化的主要形式有系列化、通用化、组合化。系列化是对同类的一组产品同时进行标注化的一种形式。 通用化是指同一类型不同规格，或不同类型的系统中结构相近的产品，经过统一以后可以批次互换的标准化形式。 组合化是按照标准化原则，设计并制造出若干组通用性较强的单元，可根据需要拼合成不同用途的产品的标准化形式。

在进行氧气系统标准化设计分析时，会给出连接器以及标准件的选用规范，在选用范围内选择连接器和紧固件，这样能方便接口协调时各相关系统都能采用标准接口，从而降低采购成本以及接口协调的难度。

2.1.4 模块化设计分析

模块化指的是在产品设计过程中尽量采用模块来构成系统，以便于组织生产、装配和供应，提高产品的维修性。

在进行氧气系统模块化设计分析时，机组氧气瓶组件被划分为调节器组件模块和氧气瓶的瓶体模块，两个模块可以单独进行测试和维修，从而提高了氧气系统部件的维修简便性。 图2 为氧气瓶组件和调节器组件模块的示意图。

图2 氧气瓶组件和调节器组件模块的示意图

2.1.5 防差错设计分析

防止维修差错，主要是从设计上采取措施，以保证关键性的维修作业做到“错不了”。

在进行氧气系统防差错设计分析时，对于氧气瓶组件上多个接口采用不同直径的管路，并附加明显的标志用于区分，并且氧气瓶的调节器组件上标示有氧气瓶打开和关闭的旋转方向，防止错误安装。 图3 为氧气瓶调节器组件上的标示用以防止安装错误。

图3 氧气瓶调节器组件上的标示

2.1.6 识别标志设计分析

识别标志是为了便于使用和维修而对产品系统及测试点所作的记号，其内容通常是产品的名称、功能以及有关的使用、维修说明以及该产品直接有关的注意事项或警告信息。

在进行氧气系统识别标志设计分析时，对警告标牌进行了针对性地设计。 警告标牌安装在机组氧气瓶组件附近，用于标示进行操作时的注意事项以及必要准备，防止操作时发生安全事故。 标牌在设计时就要求醒目、不易混淆、容易理解、方便维护人员遵照执行。 图4 为警告标牌的示意图。

图4 警告标牌示意图

2.1.7 维修安全性分析

维修人员在飞机上进行维修操作时，有可能处于各种潜在的危险之中。 如果维修人员必须分散精力去注意安全防护，那就无法集中精力去做好维修工作。 因此，飞机上应设计各种保护措施以减少和杜绝事故，保障维修时的安全。

在进行氧气系统的维修安全性分析时， 考虑到氧气的助燃性，就要求飞机处于电气开关接通位置时以及添加燃油、滑油等操作时不能进行氧气系统的维护操作，同时要求氧气系统操作范围一定距离内不许吸烟等。

2.1.8 检测诊断设计分析

检测是为确定产品或系统是否正常工作，以及查找故障原因及部位所采取的措施或活动。 诊断则是使用各种设备及方法，确定系统或设备的故障点、查明故障原因而进行的操作。

在进行氧气系统检测诊断设计分析时，要求把检测和诊断纳入设计中，PSU（旅客服务装置）中的旅客氧气单元设计有抛放测试模式，当设置到测试模式时，可以实现不用将所有的旅客氧气面罩完全抛放下来同时能够检查旅客氧气系统自动抛放和手动抛放的功能正确性和完整性。 图5 为旅客氧气单元的抛放测试模式的示意图。

图5 旅客氧气单元的抛放测试模式示意图

2.1.9 维修人素工程设计分析

在设计中不考虑人的因素，会造成维修问题的增多，降低系统维修工作的效率。 人素工程就是将人的特性和能力综合到系统的设计、使用和维修上的一种工程技术。

在进行氧气系统维修人素设计分析时，在设计以及安装布置协调过程中就将人的因素考虑进去，氧气系统部件与结构部件的安装间隙需预留活动空间， 没有外部突出物等对人的视野和操作构成影响，保证维修人员可以轻松自如地操作。

2.1.10 维修口盖设计分析

维修口盖是指维修人员维修产品时进行观察、检查、调整等工作时，人的肢体及维修工具所能进出的开口。

在进行氧气系统维修口盖设计分析时，在设计以及安装布置协调过程中，维修口盖的设计已经充分考虑进去。例如，在飞机侧面的机身蒙皮上设置了充氧地面服务口盖，该服务口盖采用快卸形式，可以快捷地打开以方便充氧和维护工作，同时口盖内预留了足够的工具活动空间，工具可以无阻地接近到达维修部件。另外，该口盖设置成逆气流方向打开，即使该口盖意外开启，飞行气流也可使该口盖关闭从而保证飞行安全。

2.2 分析结论

通过上述可达性设计分析、互换性分析、模块化设计分析、防差错分析、人素工程分析、维修安全性分析等方面定性分析，可以初步建立维修性好坏的定性评价，用于优化设计和安装布置。

3 结束语

民用飞机维修性的好坏将直接影响飞机运营时的航班准点率，因此，在设计之初就需将维修性设计充分考虑进去，避免飞机航线运营时出现维修性问题。维修性分析在民用飞机氧气系统的各个设计阶段反复迭代，通过定性分析不断优化氧气系统设计，降低维修过程中的接近时间、拆解更换和再装时间，使氧气系统的维修更加快捷方便，确保满足飞机级维修性的要求。

［1］常士基.现代民用航空维修工程管理[M].山西：山西科学技术出版社，2002：47-83.

［2］《飞机设计手册》总编委会.飞机设计手册15——生命保障和环控系统设计[M].北京：航空工业出版社，1999：302-320.

［3］《飞机设计手册》总编委会.飞机设计手册20——可靠性、维修性设计[M].北京：航空工业出版社，1999：446-452.