張慶珍

（中航飛機股份有限公司西飛設(shè)計院，陜西 西安，710089）

0 引言

多人救生船作為飛機救生系統(tǒng)的重要機載設(shè)備，主要用于飛機迫降在水域中后，全部飛行員爬上多人救生船，漂浮在水面上等待救援。多人救生船的失效會造成飛行任務(wù)失敗，對空勤人員的安全造成隱患。如某型飛機執(zhí)行任務(wù)過程中出現(xiàn)多人救生船空中意外脫落問題，在影響任務(wù)執(zhí)行的同時，還造成了巨大的安全隱患。

針對該型飛機多人救生船空中意外打開脫落問題進(jìn)行研究分析，并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行試驗驗證。本文針對該型飛機多人救生船意外充氣故障引起的多人救生船空中意外脫落故障進(jìn)行異常原因追溯，并總結(jié)排故案例，為多人救生船的維護工作提供借鑒。

1 故障現(xiàn)象描述及故障原因分析

1.1 故障現(xiàn)象描述

某型飛機執(zhí)行任務(wù)中，飛行高度9000m，飛行狀態(tài)平飛過程中聽到機外有異常響聲，隨即飛機返航著陸。地面檢查發(fā)現(xiàn)：1）救生船艙蓋及救生船缺失；2）救生船艙槽孔邊緣存在不同程度損傷；3）艙蓋鎖機構(gòu)中的鎖鉤均發(fā)生斷裂；4）機身蒙皮一處有大約130×140mm裂口，另一處有大約60mm×140mm的凹坑等。

1.2 故障原因分析

根據(jù)故障樹分析，如圖 1所示，導(dǎo)致多人救生船空中意外脫落的因素主要可分為機上誤操作、維護不到位和裝備失效三類。

針對上述故障樹，將影響因素分為機上誤操作、維護不到位和裝備失效三類。屬于機上誤操作的影響因素有：投放手柄被意外拉動1項；屬于維護不到位的影響因素有：鎖機構(gòu)未鎖好、防磨套在鋼索上的自由行程過小、氣瓶竄動、救生船帶較多余氣裝機、維護關(guān)艙蓋時誤拉斷氣瓶保險等5項；屬于裝備失效的影響因素有：鎖機構(gòu)意外開鎖、輔助鎖蓋脫出、彈簧失效、支架連接失效、鎖閉夾子連接螺釘和鉚釘失效、鎖閉夾子破壞、鎖鉤連接鉚釘失效、裝配缺陷、制造缺陷、氣動載荷、氣瓶爆裂和氣瓶閥體因故障關(guān)閉不嚴(yán)等12項。

圖1 多人救生船空中脫落故障影響因素

對以上18項可能的影響因素，分別采用實物檢查、分析評估及試驗?zāi)M三種方法進(jìn)行分析。

經(jīng)機上結(jié)構(gòu)和相關(guān)維修記錄檢查分析，排除了鎖機構(gòu)意外開鎖、鎖機構(gòu)未鎖好、輔助鎖蓋脫出、彈簧失效、鎖鉤連接鉚釘失效、氣瓶爆裂、投放手柄被意外拉動、氣瓶閥體因故障關(guān)閉不嚴(yán)、防磨套在鋼索上的自由行程調(diào)整過小等9個因素；經(jīng)分析評估，通過強度計算和理化分析，排除了支架連接失效、鎖閉夾子連接螺釘和鉚釘失效、鎖閉夾子破壞、鎖鉤制造缺陷、氣動載荷、裝配缺陷等6個因素，但氣瓶竄動、多人救生船帶過多余氣裝機和維護關(guān)艙蓋時誤拉斷氣瓶保險三個因素不能排除。

下文對氣瓶竄動、多人救生船帶過多余氣裝機和維護關(guān)艙蓋時誤拉斷氣瓶保險三個因素進(jìn)行試驗?zāi)M驗證分析，展開多人救生船空中意外脫落原因追溯。

2 試驗分析

2.1 氣瓶竄動試驗

根據(jù)現(xiàn)場模擬試驗，若氣瓶保護罩固定不牢靠時，在飛行中氣瓶與保護罩會產(chǎn)生相對運動，使氣瓶鋼索拉緊，放氣凸輪抬起，導(dǎo)致救生船意外充氣。通過地面模擬試驗，測得保護罩相對氣瓶的最大位移量為6mm，不會使氣瓶的鋼索拉緊。因此可以排除由于氣瓶竄動導(dǎo)致飛機座艙釋壓的可能。

2.2 多人救生船帶過多余氣裝機試驗

根據(jù)實驗室模擬試驗，在環(huán)境溫度21℃時，將救生船抽真空后，分別在30s、1min、5min后關(guān)閉救生船放氣閥，通過測量，氣體回流量分別為6L、15L、和21.5L，試驗數(shù)據(jù)見表1，氣體回流量較大，建議多人救生船維護過程中應(yīng)及時關(guān)閉放氣閥。

通過地面試驗發(fā)現(xiàn)，在船體內(nèi)存有約20L的氣體時，救生船膨脹明顯，無法裝機，如下圖 2所示。因此可以排除多人救生船帶過多余氣裝機的可能。

通過以上分析，18項影響因素中17項經(jīng)實物檢查、分析評估及試驗?zāi)M予以排除，僅剩維護關(guān)艙蓋時誤拉斷氣瓶保險不能排除。若維護人員在維護關(guān)艙蓋時猛拉輔助鎖蓋，使指示器超過標(biāo)記的位置線，就有可能將保險絲拉斷，并將氣瓶的放氣凸輪打開，短時向救生船內(nèi)增壓充氣，在空中低壓環(huán)境下，救生船內(nèi)外壓差增大，與氣動載荷的共同作用下，頂開救生船艙蓋，導(dǎo)致艙蓋空中脫落。該影響因素與故障情況相吻合，需進(jìn)一步進(jìn)行故障復(fù)現(xiàn)試驗進(jìn)行驗證。

3 原因追溯

在關(guān)閉救生船艙蓋過程中，若維護人員在維護關(guān)艙蓋時由于開鎖力偏大而猛拉輔助鎖蓋，會使鎖機構(gòu)指示器超過標(biāo)記的位置線，導(dǎo)致氣瓶保險絲拉斷，并將氣瓶的放氣凸輪打開。氣瓶保險絲被拉斷后，放氣凸輪可能會出現(xiàn)三種狀態(tài)：1）完全打開狀態(tài)；2）未打開狀態(tài)；3）短時打開又復(fù)位狀態(tài)。

3.1 完全打開狀態(tài)

在常溫常壓下，將救生船折疊放置在船艙內(nèi)，蓋上艙口蓋，通過鋼索拉動氣瓶放氣搖臂，氣瓶保險絲拉斷，放氣凸輪完全打開，氣瓶為救生船充氣。試驗中救生船充氣膨開艙蓋過程見圖 3、圖 4和圖 5，救生船瞬間膨脹、外鼓，導(dǎo)致船艙蓋向外鼓起變形，將艙蓋頂壞，支架從船艙槽口中脫出，艙蓋向上翻轉(zhuǎn)、脫開。

表1 打開氣閥時間及收集氣體體積

若放氣凸輪完全打開，在地面時救生船會瞬間膨脹將艙蓋頂壞，同時伴有明顯的充氣聲，維護人員必然會發(fā)現(xiàn)并加以排除，不會出現(xiàn)艙蓋及救生船空中脫落。

3.2 未打開狀態(tài)

若在拉斷氣瓶保險后，放氣凸輪未打開，地面不會有氣體進(jìn)入救生船；為了驗證在空中振動環(huán)境下，放氣凸輪是否會打開使救生船充氣，將救生船及放置艙置于試驗臺上進(jìn)行振動試驗。

救生船折疊并放置在試驗艙內(nèi)，氣瓶保險絲處于拉斷狀態(tài)，放氣凸輪處于未打開的情況下，按照國軍標(biāo)要求進(jìn)行X、Y、Z方向的振動試驗。試驗表明，在振動環(huán)境下，氣瓶重量無改變，具體實驗數(shù)據(jù)見表2，說明氣瓶沒有為救生船充氣，試驗見圖6。

試驗結(jié)果表明，救生船氣瓶放氣凸輪不會因飛機振動而打開放氣，也不會出現(xiàn)艙蓋空中脫落的事故。

3.3 短時打開又復(fù)位狀態(tài)

若放氣凸輪短時打開復(fù)位后氣瓶不能完全關(guān)閉，將會導(dǎo)致氣瓶緩慢放氣，在前期試驗中復(fù)現(xiàn)了此情況，由于救生船體進(jìn)氣緩慢，無法形成較大的內(nèi)外壓差，艙蓋部位不會形成明顯的階差，地面無法發(fā)現(xiàn)，但內(nèi)部已進(jìn)入一定量氣體；若放氣凸輪短時打開又復(fù)位關(guān)閉，救生船內(nèi)也會充入一定量的氣體，兩種情況在地面時不足以頂開艙蓋或在艙蓋部位形成明顯階差，地面檢查無法發(fā)現(xiàn)，當(dāng)飛機上升至9000m高空時，外界環(huán)境絕對壓力約為30kPa（地面壓力約100kPa），救生船內(nèi)外壓差很容易達(dá)到安全閥的工作壓力（10.7kPa）乃至更高，此時救生船膨脹頂開艙蓋，導(dǎo)致艙蓋空中脫落。

圖2 理論充氣體積為20L的多人救生船裝機狀態(tài)

在常溫常壓下，將救生船折疊放置在船艙內(nèi)，蓋上艙蓋，向救生船內(nèi)充入不同體積的空氣，在高空艙內(nèi)模擬9000m高空的低氣壓環(huán)境，觀察救生船及其放置艙的變化情況。

救生船分別充入18L、20L、 22L、24L與25L氣體，將救生船及船艙從地面升高至9000m高空，救生船內(nèi)外壓差范圍為10.5kPa～24.9kPa，救生船艙蓋周緣鼓起，但救生船艙蓋沒有脫開。

救生船內(nèi)充入34L氣體，使用爬升速率為80m/s、爬升高度10300m，當(dāng)救生船內(nèi)外壓差達(dá)到31.3kPa時，船艙蓋的三個支架從槽口中脫出，船艙蓋向上翻轉(zhuǎn)，救生船鼓出船艙，槽口外邊緣出現(xiàn)劃痕。地面情況見圖7，高空9000m脫出情況見圖8和圖9，槽口劃痕情況見圖10。

試驗結(jié)果顯示，地面時多人救生船內(nèi)充入一定量氣體的情況下，在高空低氣壓環(huán)境中，氣體膨脹使艙蓋變形，導(dǎo)致三個支架從槽口脫出，艙蓋向上翻轉(zhuǎn)約30°。艙蓋支架脫出槽口過程中，將槽口外邊緣劃傷，與發(fā)生事故癥候的救生船艙槽口劃痕情況相一致。槽口劃痕表明艙蓋支架先從槽口脫出，后在氣動載荷作用下繼續(xù)翻轉(zhuǎn)，扭斷鎖鉤，造成艙蓋脫落，同時多人救生船在沒有艙蓋約束的情況下一同脫出。

4 結(jié)論

圖3 救生船充氣膨開艙蓋過程（1）

圖5 救生船充氣膨開艙蓋過程（3）

圖4 救生船充氣膨開艙蓋過程（2）

圖6 振動試驗

表2 試驗前后氣瓶重量記錄

圖7 充入34L氣體時地面情況

圖8 救生船艙蓋脫出情況（1）

圖9 救生船艙蓋脫出情況（2）

圖10 槽口劃痕情況

綜上所述，根據(jù)某型飛機多人救生船空中意外脫落原因追溯，分析得出導(dǎo)致多人救生船意外脫落的原因為維護關(guān)艙蓋時誤拉斷氣瓶保險，導(dǎo)致氣瓶短時打開后又復(fù)位關(guān)閉，使救生船內(nèi)充入一定氣體，由于艙門關(guān)閉導(dǎo)致地面無法發(fā)現(xiàn)，飛機起飛后，氣體在高空低壓環(huán)境下膨脹并使船體內(nèi)外壓差增大，在氣動載荷的共同作用下，船艙蓋向外鼓起變形，支架從船艙槽口中脫出；在氣動載荷作用下艙蓋繼續(xù)向上翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致鎖鉤破壞，造成事故征候的發(fā)生。