蔡 坤 李 嵐

（上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院環(huán)控氧氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究部，中國(guó) 上海201210）

0 引言

在民用飛機(jī)航班運(yùn)營(yíng)過(guò)程中， 經(jīng)常會(huì)有各種航班延誤的情況出現(xiàn)，除了由于天氣因素等不可抗力之外，航班降落后的維護(hù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)是航班延誤的一個(gè)重要原因。 因此，在設(shè)計(jì)及制造等過(guò)程中就應(yīng)該把航線(xiàn)上可能出現(xiàn)的維修性問(wèn)題解決，盡量降低維修時(shí)間，提高維修的便捷性[1]。

在進(jìn)行民用飛機(jī)氧氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，均需要對(duì)氧氣系統(tǒng)的維修性進(jìn)行分析和不斷優(yōu)化，防止出現(xiàn)氧氣系統(tǒng)安裝在飛機(jī)上后無(wú)法維修、維修困難或維修時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題，在設(shè)計(jì)中進(jìn)行維修性考慮是很有必要性的。

1 氧氣系統(tǒng)概述

典型的民用飛機(jī)氧氣系統(tǒng)主要包括下列子系統(tǒng)： 機(jī)組氧氣系統(tǒng)、旅客氧氣系統(tǒng)、便攜式氧氣設(shè)備。

機(jī)組氧氣系統(tǒng)可在座艙失壓、有煙霧和著火時(shí)為駕駛艙機(jī)組成員提供應(yīng)急用氧，并可為提高夜航視力或消除疲勞提供補(bǔ)充用氧。 典型的民用飛機(jī)機(jī)組氧氣系統(tǒng)是固定式高壓氣氧系統(tǒng)，由一個(gè)固定的氧氣瓶經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)器減壓后通過(guò)低壓管路傳輸從而為正、副駕駛員和觀察員提供呼吸用氧氣。當(dāng)氧氣瓶?jī)?nèi)的氧量低于某預(yù)定值時(shí)，在EICAS（發(fā)動(dòng)機(jī)指示和機(jī)組告警系統(tǒng)）上將有告警信息。 當(dāng)?shù)蛪汗苈分械膲毫Φ陀谀愁A(yù)定值時(shí)，也會(huì)在EICAS 上將有告警信息。

旅客氧氣系統(tǒng)在座艙失壓或需要時(shí)為旅客及乘務(wù)員提供呼吸用氧氣。典型的民用飛機(jī)旅客氧氣系統(tǒng)采用化學(xué)氧或氣氧供氧[2]方式，利用化學(xué)氧氣發(fā)生器通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氧氣或利用氧氣瓶?jī)?chǔ)存氣態(tài)氧氣經(jīng)過(guò)軟管傳輸?shù)铰每兔嬲謴亩┞每秃统藙?wù)員使用。

便攜式氧氣設(shè)備由防護(hù)呼吸裝置（PBE）和便攜式氧氣瓶組件組成。 防護(hù)呼吸裝置可在機(jī)上滅火排煙時(shí)為使用者提供防護(hù)呼吸用氧；便攜式氧氣瓶組件可為個(gè)別旅客提供醫(yī)療急救用氧以及在座艙失壓時(shí)為乘務(wù)員提供應(yīng)急機(jī)動(dòng)呼吸用氧。

2 氧氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的維修性考慮

維修性設(shè)計(jì)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初就應(yīng)開(kāi)始考慮，在系統(tǒng)成品件研制出來(lái)之前就應(yīng)開(kāi)展維修性設(shè)計(jì)的評(píng)估工作，從而避免在安裝以及維護(hù)系統(tǒng)部件時(shí)出現(xiàn)維修性相關(guān)問(wèn)題。通過(guò)維修性分析確定產(chǎn)品是否滿(mǎn)足了維修性要求，以及是否符合維修性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，這些要求或準(zhǔn)則包括了縮短維修停機(jī)時(shí)間、簡(jiǎn)化維修工作、降低維修費(fèi)用、減少維修差錯(cuò)、降低對(duì)維修人員的要求、 滿(mǎn)足與維修有關(guān)的人素工程及安全性要求等[3]各方面的內(nèi)容。

2.1 維修性設(shè)計(jì)分析

對(duì)維修性進(jìn)行分析可根據(jù)氧氣系統(tǒng)設(shè)備的安裝位置、安裝形式等參數(shù)來(lái)定性地評(píng)估氧氣系統(tǒng)維修性的好壞程度。維修性設(shè)計(jì)分析包括可達(dá)性設(shè)計(jì)分析、互換性設(shè)計(jì)分析、模塊化設(shè)計(jì)分析、防差錯(cuò)設(shè)計(jì)分析、人素工程分析、維修安全性分析等方面。

2.1.1 可達(dá)性設(shè)計(jì)分析

可達(dá)性是能夠接近設(shè)備或部件進(jìn)行檢查、修理、更換或保養(yǎng)的相對(duì)容易程度。 它包括兩個(gè)方面的需求：能接觸到某個(gè)項(xiàng)目以便檢查和測(cè)試；為檢查、修理或更換所需要的空間。

在進(jìn)行氧氣系統(tǒng)可達(dá)性設(shè)計(jì)分析時(shí)，通常會(huì)利用氧氣設(shè)備的三維數(shù)模以及周?chē)嚓P(guān)部件的三維數(shù)模，必要時(shí)可運(yùn)用人體模型來(lái)模擬安裝維修的便捷性與空間的靈活度。 圖1 為利用人體模型在EE 艙（電子設(shè)備艙）和駕駛艙進(jìn)行可達(dá)性設(shè)計(jì)分析的示意圖。

圖1 利用人體模型進(jìn)行可達(dá)性設(shè)計(jì)分析

2.1.2 互換性設(shè)計(jì)分析

互換性是一個(gè)給定的零件、部件或器材能被同類(lèi)的零件、部件或器材代替的能力。 有兩種互換性：（1）如果兩個(gè)項(xiàng)目具有相同的功能，就有功能互換性；（2） 如果兩個(gè)項(xiàng)目能夠在同一地方用同一種方式安裝、固定、連接等，就存在實(shí)體（物理上的）互換性。

在進(jìn)行氧氣系統(tǒng)互換性設(shè)計(jì)分析時(shí)， 通常會(huì)給出相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范，要求在設(shè)計(jì)中就要把互換性考慮進(jìn)去，同時(shí)在各個(gè)設(shè)計(jì)階段對(duì)已有設(shè)計(jì)進(jìn)行審閱檢查，保證同類(lèi)部件的代替能力。

2.1.3 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)分析

標(biāo)準(zhǔn)化的主要形式有系列化、通用化、組合化。系列化是對(duì)同類(lèi)的一組產(chǎn)品同時(shí)進(jìn)行標(biāo)注化的一種形式。 通用化是指同一類(lèi)型不同規(guī)格，或不同類(lèi)型的系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)相近的產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)統(tǒng)一以后可以批次互換的標(biāo)準(zhǔn)化形式。 組合化是按照標(biāo)準(zhǔn)化原則，設(shè)計(jì)并制造出若干組通用性較強(qiáng)的單元，可根據(jù)需要拼合成不同用途的產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化形式。

在進(jìn)行氧氣系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)分析時(shí)，會(huì)給出連接器以及標(biāo)準(zhǔn)件的選用規(guī)范，在選用范圍內(nèi)選擇連接器和緊固件，這樣能方便接口協(xié)調(diào)時(shí)各相關(guān)系統(tǒng)都能采用標(biāo)準(zhǔn)接口，從而降低采購(gòu)成本以及接口協(xié)調(diào)的難度。

2.1.4 模塊化設(shè)計(jì)分析

模塊化指的是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中盡量采用模塊來(lái)構(gòu)成系統(tǒng)，以便于組織生產(chǎn)、裝配和供應(yīng)，提高產(chǎn)品的維修性。

在進(jìn)行氧氣系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)分析時(shí)，機(jī)組氧氣瓶組件被劃分為調(diào)節(jié)器組件模塊和氧氣瓶的瓶體模塊，兩個(gè)模塊可以單獨(dú)進(jìn)行測(cè)試和維修，從而提高了氧氣系統(tǒng)部件的維修簡(jiǎn)便性。 圖2 為氧氣瓶組件和調(diào)節(jié)器組件模塊的示意圖。

圖2 氧氣瓶組件和調(diào)節(jié)器組件模塊的示意圖

2.1.5 防差錯(cuò)設(shè)計(jì)分析

防止維修差錯(cuò)，主要是從設(shè)計(jì)上采取措施，以保證關(guān)鍵性的維修作業(yè)做到“錯(cuò)不了”。

在進(jìn)行氧氣系統(tǒng)防差錯(cuò)設(shè)計(jì)分析時(shí)，對(duì)于氧氣瓶組件上多個(gè)接口采用不同直徑的管路，并附加明顯的標(biāo)志用于區(qū)分，并且氧氣瓶的調(diào)節(jié)器組件上標(biāo)示有氧氣瓶打開(kāi)和關(guān)閉的旋轉(zhuǎn)方向，防止錯(cuò)誤安裝。 圖3 為氧氣瓶調(diào)節(jié)器組件上的標(biāo)示用以防止安裝錯(cuò)誤。

圖3 氧氣瓶調(diào)節(jié)器組件上的標(biāo)示

2.1.6 識(shí)別標(biāo)志設(shè)計(jì)分析

識(shí)別標(biāo)志是為了便于使用和維修而對(duì)產(chǎn)品系統(tǒng)及測(cè)試點(diǎn)所作的記號(hào)，其內(nèi)容通常是產(chǎn)品的名稱(chēng)、功能以及有關(guān)的使用、維修說(shuō)明以及該產(chǎn)品直接有關(guān)的注意事項(xiàng)或警告信息。

在進(jìn)行氧氣系統(tǒng)識(shí)別標(biāo)志設(shè)計(jì)分析時(shí)，對(duì)警告標(biāo)牌進(jìn)行了針對(duì)性地設(shè)計(jì)。 警告標(biāo)牌安裝在機(jī)組氧氣瓶組件附近，用于標(biāo)示進(jìn)行操作時(shí)的注意事項(xiàng)以及必要準(zhǔn)備，防止操作時(shí)發(fā)生安全事故。 標(biāo)牌在設(shè)計(jì)時(shí)就要求醒目、不易混淆、容易理解、方便維護(hù)人員遵照?qǐng)?zhí)行。 圖4 為警告標(biāo)牌的示意圖。

圖4 警告標(biāo)牌示意圖

2.1.7 維修安全性分析

維修人員在飛機(jī)上進(jìn)行維修操作時(shí)，有可能處于各種潛在的危險(xiǎn)之中。 如果維修人員必須分散精力去注意安全防護(hù)，那就無(wú)法集中精力去做好維修工作。 因此，飛機(jī)上應(yīng)設(shè)計(jì)各種保護(hù)措施以減少和杜絕事故，保障維修時(shí)的安全。

在進(jìn)行氧氣系統(tǒng)的維修安全性分析時(shí)， 考慮到氧氣的助燃性，就要求飛機(jī)處于電氣開(kāi)關(guān)接通位置時(shí)以及添加燃油、滑油等操作時(shí)不能進(jìn)行氧氣系統(tǒng)的維護(hù)操作，同時(shí)要求氧氣系統(tǒng)操作范圍一定距離內(nèi)不許吸煙等。

2.1.8 檢測(cè)診斷設(shè)計(jì)分析

檢測(cè)是為確定產(chǎn)品或系統(tǒng)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動(dòng)。 診斷則是使用各種設(shè)備及方法，確定系統(tǒng)或設(shè)備的故障點(diǎn)、查明故障原因而進(jìn)行的操作。

在進(jìn)行氧氣系統(tǒng)檢測(cè)診斷設(shè)計(jì)分析時(shí)，要求把檢測(cè)和診斷納入設(shè)計(jì)中，PSU（旅客服務(wù)裝置）中的旅客氧氣單元設(shè)計(jì)有拋放測(cè)試模式，當(dāng)設(shè)置到測(cè)試模式時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)不用將所有的旅客氧氣面罩完全拋放下來(lái)同時(shí)能夠檢查旅客氧氣系統(tǒng)自動(dòng)拋放和手動(dòng)拋放的功能正確性和完整性。 圖5 為旅客氧氣單元的拋放測(cè)試模式的示意圖。

圖5 旅客氧氣單元的拋放測(cè)試模式示意圖

2.1.9 維修人素工程設(shè)計(jì)分析

在設(shè)計(jì)中不考慮人的因素，會(huì)造成維修問(wèn)題的增多，降低系統(tǒng)維修工作的效率。 人素工程就是將人的特性和能力綜合到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、使用和維修上的一種工程技術(shù)。

在進(jìn)行氧氣系統(tǒng)維修人素設(shè)計(jì)分析時(shí)，在設(shè)計(jì)以及安裝布置協(xié)調(diào)過(guò)程中就將人的因素考慮進(jìn)去，氧氣系統(tǒng)部件與結(jié)構(gòu)部件的安裝間隙需預(yù)留活動(dòng)空間， 沒(méi)有外部突出物等對(duì)人的視野和操作構(gòu)成影響，保證維修人員可以輕松自如地操作。

2.1.10 維修口蓋設(shè)計(jì)分析

維修口蓋是指維修人員維修產(chǎn)品時(shí)進(jìn)行觀察、檢查、調(diào)整等工作時(shí)，人的肢體及維修工具所能進(jìn)出的開(kāi)口。

在進(jìn)行氧氣系統(tǒng)維修口蓋設(shè)計(jì)分析時(shí)，在設(shè)計(jì)以及安裝布置協(xié)調(diào)過(guò)程中，維修口蓋的設(shè)計(jì)已經(jīng)充分考慮進(jìn)去。例如，在飛機(jī)側(cè)面的機(jī)身蒙皮上設(shè)置了充氧地面服務(wù)口蓋，該服務(wù)口蓋采用快卸形式，可以快捷地打開(kāi)以方便充氧和維護(hù)工作，同時(shí)口蓋內(nèi)預(yù)留了足夠的工具活動(dòng)空間，工具可以無(wú)阻地接近到達(dá)維修部件。另外，該口蓋設(shè)置成逆氣流方向打開(kāi)，即使該口蓋意外開(kāi)啟，飛行氣流也可使該口蓋關(guān)閉從而保證飛行安全。

2.2 分析結(jié)論

通過(guò)上述可達(dá)性設(shè)計(jì)分析、互換性分析、模塊化設(shè)計(jì)分析、防差錯(cuò)分析、人素工程分析、維修安全性分析等方面定性分析，可以初步建立維修性好壞的定性評(píng)價(jià)，用于優(yōu)化設(shè)計(jì)和安裝布置。

3 結(jié)束語(yǔ)

民用飛機(jī)維修性的好壞將直接影響飛機(jī)運(yùn)營(yíng)時(shí)的航班準(zhǔn)點(diǎn)率，因此，在設(shè)計(jì)之初就需將維修性設(shè)計(jì)充分考慮進(jìn)去，避免飛機(jī)航線(xiàn)運(yùn)營(yíng)時(shí)出現(xiàn)維修性問(wèn)題。維修性分析在民用飛機(jī)氧氣系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)計(jì)階段反復(fù)迭代，通過(guò)定性分析不斷優(yōu)化氧氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低維修過(guò)程中的接近時(shí)間、拆解更換和再裝時(shí)間，使氧氣系統(tǒng)的維修更加快捷方便，確保滿(mǎn)足飛機(jī)級(jí)維修性的要求。

［1］常士基.現(xiàn)代民用航空維修工程管理[M].山西：山西科學(xué)技術(shù)出版社，2002：47-83.

［2］《飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》總編委會(huì).飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)15——生命保障和環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：航空工業(yè)出版社，1999：302-320.

［3］《飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》總編委會(huì).飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)20——可靠性、維修性設(shè)計(jì)[M].北京：航空工業(yè)出版社，1999：446-452.