分析两例飞机氧气系统着火事故共因

分析两例飞机氧气系统着火事故共因

刘祚祺

陕西飞机工业有限责任公司 陕西 汉中 723000

摘要：飞机氧气系统中的氧气瓶、调节器、阀体等属于易着火部位，一旦着火会引发严重安全事故，为降低氧气系统着火率，需要分析着火原因。基于此，本文以两例飞机氧气系统着火事故为研究对象进行分析，首先阐述了事故情况，其次对事故表现进行分析，最后对事故共因作出论述，以供参考。

关键词：飞机；氧气系统；着火事故

飞机氧气系统着火概率并不高，但是若是设计时所用的材料、结构设计不合理，且并未对火灾进行充分风险分析，导致着火概率大大增加。我国飞机已经连续两年内发生氧气系统着火事故，通过分析发现，这两例事故在机型、氧气系统构成以及氧气瓶阀体结构等方面存在共同点，进而引发着火。通过分析飞机氧气系统着火事故共性问题优化系统设计。

一、事故情况

A飞机当天在飞行一个架次之后落地补氧，突发爆炸，导致氧气瓶设备舱着火，损失严重。补氧时，飞机氧压表显示余压为15MPa，预期补到21MPa，时间2-3min。事故发生时，连接氧气瓶的三通阀体烧蚀最严重，内部存在严重损坏，整个充气通道由于燃烧已经变薄，进气口无损，但是出气口受损严重，转接嘴已经被完全烧毁，阀体顶端烧穿。

B飞机在进行地面保障补氧时着火，高压释放管路被烧穿，大量氧气泄露，导致下设备舱受影响着火。连接氧气瓶的阀体组件中，弹簧、过滤块等被烧毁，高压释放爆破片、阀根部和管路均被烧毁，其余部位也被过火。补氧操作时，余压为15MPa，预期补到21MPa，补氧开始直至着火持续1-2min。

二、事故分析

（一）共同特征

两例事故中，飞机使用不同的氧气瓶阀体结构，其中A飞机阀体结构相对简单，只有一个单向阀三通接头，并不具有减压性能，B飞机阀体则是多功能集成减压器，可以将瓶内压力减少至4-6MPa。这两例着火事故的共同点在于：着火时都在补氧；都是从充氧阀开始着火，二者结构相同；着火时，瓶内都有压力且处于补氧状态；着火都发生在补氧开始2min内；着火都牵连氧气瓶设备舱^[1]。

（二）不同特征

两例事故中，飞机氧气系统烧蚀程度、氧气瓶情况均有不同，具体表现为：烧蚀程度上，A飞机阀体的内部有严重烧蚀现象，甚至烧穿，烧蚀厚度在4mm左右，而B飞机的阀体内部并未有严重烧蚀现象，程度较轻，只是在高压释放时阀根部、管路被烧穿，出现破损现象^[2]。氧气瓶方面，A飞机上的氧气瓶内部存在烧蚀现象，甚至爆炸飞出，而B飞机上的氧气瓶内部并未出现烧蚀现象。

这两个现象出现的原因主要在于两架飞机的阀体结构存在差异，A飞机阀体只有简单进气口和出气口，属于单向阀三通连接，充氧阀着火时，受到气流影响火焰流动到出气口和氧气瓶内，因为阀体内的气流通道呈交叉状态，在驻火点位置持续严重烧蚀，进而导致烧穿。与此同时，火流在进入到瓶中时，气瓶内胆被燃烧后会释放大量的热量，内部压力迅速增加，烧蚀部位的强度下降最终导致该部位破裂，气瓶受到爆炸冲击和管路断裂最终飞出了设备舱^[3]。

三、事故共因

通过上述分析发现，两例飞机氧气系统着火部位均为充气阀，二者结构相同，阀芯均采用尼龙1010，过滤块、限位塞材料、弹簧材料均相同。

飞机氧气系统着火事故发生原因较多，但是两次事故都是同一位置，结构一样，这就表示二者存在一定共同性。通过调查发现，绝热压缩或是静电是引发这两起事故的主要原因，但是从充氧阀结果层面分析，这两次着火事故发生原因主要体现在以下几方面：第一，阀芯材料采用的是尼龙1010，其熔点在195℃-210℃，自燃点较低，同时正对高速氧气流冲击，进而使非金属材料着火。通过分析氧气系统着火安全设计，需要尽量避免使用非金属材料，避免其受到高速氧气流冲击。第二，尼龙材料的阻值比较高，容易有静电，引发火灾。第三，阀芯整块均为非金属材料，与氧气系统安全型设计要求不符^[4]。第四，尼龙材料氧指数偏小，1.5MPa压力下的氧指数仅为22，与非金属材料规定的高氧指数要求不符。飞机氧气系统中，材料氧指数＞55，最低不可低于20。随着压力增加，氧指数会随之减小。第五，阀芯和弹簧共同构成简谐振动系统，充氧时出现共振现象，进而使弹簧断裂，气流突变，其所产生的能量容易让非金属着火。第六，阀芯和壳体之间的空隙较小，容易产生高速气流，其摩擦会导致温度上升，也容易产生气流摩擦静电。第七，充氧完成后，阀芯在背压、弹簧作用下被压紧在阀口部位，充氧初期阀前容易出现绝热压缩现象，一旦阀芯和阀口分离就会产生分离静电。

通过统计分析飞机氧气系统着火原因，设计、操作、维修不当，所用材料不合适都会导致着火。尽管尼龙性能较好，以往一直用作氧气系统的阀体密封材料，但是根据着火试验得到，尼龙和氧气二者无法稳定兼容，大部分情况下会着火，同时，以往的结构与尼龙所用压力在15MPa之下，并没有对更高压力下的着火安全性进行分析，与氧气系统着火安全设计规定不符

^[5]。氧气兼容性评估主要对材料、构型这两方面进行评估，前者主要对氧指数、自燃点、燃烧热值、机械冲击等进行分析，后者主要对部件构型可能着火源、潜在着火点进行分析，主要分析严苛条件下氧气系统面临的着火风险。

综上，两例飞机氧气系统着火事故共因就是氧气系统在使用时由于充氧阀设计所用材料不合适。

结束语：

通过分析得到，飞机氧气系统中充氧阀所用工况不同，其无法在21MPa高压下应用。单向阀材料使用不当，尼龙1010材料以往作为氧气系统主要材料之一，其无法在21MPa高压下应用，与氧气系统的材料选择要求不符，也就是说以往试验中该材料只能在相同工况或是低工况条件下，若是在高压工况下需要进行着火风险分析。

参考文献：

[1]张霞,朱杰.基于事故树和模糊层次分析法的飞机火灾事故分析[J].安全,2020,v.41;No.322(04):45-49.

[2]封文春.飞机氧气系统着火案例分析及安全性设计要求[J].航空科学技术,2018,29(09):62-67.

[3]赵道文,李传良.基于飞机可燃油液系统的失火事故分析[J].消防科学与技术,2011(09):105-106.

[4]陈楠.波音747飞机失火事件案例分析[C]//全国航空航天装备失效分析会议.2007.

[5]赵军超,陆松,陶能,等.飞机火灾事故诱因的探讨与研究[C]//中国航空学会.中国航空学会,2017.