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美战机集体“趴窝” 飞行员需要“喘口气”

2017-06-28 08:33 来源:科技日报

  视觉中国

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本报记者 张 强

  很多人都了解客机上的氧气面罩,一旦遭遇空中险情,比如座舱失压,它就会脱落,这时候乘客使用的就是飞机的氧气系统。

  最近,这套在很多人眼里不起眼的“小系统”惹了大麻烦。美国卢克空军基地因氧气系统故障停飞的F-35战机原定于6月12日恢复飞行,但军方当天却宣布,停飞令无限期延长,直至故障调查完成。这意味着全球220余架F-35中四分之一将继续“趴窝”。除此之外,今年4月,美国海军还暂时停飞了所有T-45教练机,原因也是氧气系统问题。而且,F/A-18“大黄蜂”、F/A-18E/F“超级大黄蜂”和EA-18G“咆哮者”等多型战机,近几年也曾多次出现过氧气系统故障。

  对此,国防科技大学国家安全与军事战略研究中心王群教授介绍:“普通公众,包括很多美国人,长期以来都存在一种习惯性偏见,就是战机氧气系统并非高大上的东西,能有什么技术含量?甚至连有些飞行员也有这种‘错觉’,认为只要戴上飞行头盔、捂上氧气面罩就OK了,但实际并非如此。虽然制氧原理很简单,但这套系统却比较复杂,需要考虑很多因素,因此可靠性很不容易保证。”

  技术保障“发动机不停氧气不断”

  战机的氧气系统也称战机的供氧系统,是指战机在高空飞行或应急离机过程中,通过氧气面罩向飞行员提供含氧混合气体的个体防护系统。作为战机生命保障系统的一个重要组成部分,它能保证飞行员高空、高速和长航时的生理需求。

  “其重要性就如同战机的供油系统一样——没有它,别说战机战斗力难以发挥,就连战机安全和飞行员的生命都无法保障。”王群指出。

  战机主要采用气氧、液氧、固氧、分子筛等氧气系统。前三种氧气系统,飞行员使用的是事先储存到容器中的氧气,而分子筛氧气系统,是利用分子筛来对空气中的氧、氮组分进行选择性吸附,从发动机引入的压缩空气中直接分离出氧气供飞行员使用。它克服了其他氧气系统的缺限——如氧气有限、安全性不好、占用空间大等,能通过无限供氧来极大地提升战机续航能力并显著减轻地勤保障负担。

  “因此,分子筛氧气系统能‘发动机不停氧气不断’,有利于促进现代战机‘自保障’要求的实现,是三代战机的重要标志之一,即使目前最先进的四代战机基本上还是采用它。当然,分子筛氧气系统也在逐步升级,而且还正在发展其他氧气系统,比如膜分离制氧系统。”他说。

  记者了解到,美国上世纪90年代就已基本为所有战机安装了分子筛氧气系统,随后西方国家纷纷跟进换装了它,俄罗斯也在效仿。不过由于技术难度大,俄罗斯直到2013年才为其先进战机研制出实用的分子筛氧气系统。此前,俄罗斯战机多采用气氧或液氧氧气系统,它们的氧源是地勤配置的储气罐,只能定量有限供氧。

  飞得越高越频 问题暴露越多

  2011年,美空军航空作战司令部下达命令,F-22在常规训练时的飞行高度限制在7600米以内。因为不久前的2010年11月17日,一架F-22在阿拉斯加坠毁,美军怀疑是氧气系统故障所致,但又一直找不到确切原因,不得不采取这一临时应对措施。

  美空军评估,在1.5万米和更高高度飞行时,如果氧气系统故障,飞行员呼吸不到氧气,将会在10秒内丧失意识。而7600米之所以被认为是安全高度的上限,是因为在这里飞行员有足够的时间将高度降低至5400米——在这一高度飞行员无需佩戴面罩也可自由呼吸。

  2012年时,美空军承认,其187架F-22的“飞行员氧气系统”事故率达到每10万飞行小时26次。对于大多数其他型号的战机来说,这一事故率只有接近每10万飞行小时2—3次。

  “战机氧气系统的制氧原理简单,但是系统构成比较复杂。再加上美军现在把供氧系统和抗荷(增压)服整合在一起,系统更加复杂,任何一个环节出问题都有可能造成致命的危险。”王群介绍,“氧气系统在设计时要考虑的因素很多,应根据战机的外形、布局、性能、任务、发动机形状等各个方面来设计。比如,一款战机在什么环境、什么高度、什么温度、多大过载情况下需要自动供氧,而且氧浓度、供氧量和供氧压力多大,不合适就会出现问题。因此,不同类型的战机都应该设计不同的氧气系统。”

  那么,为什么美军这么先进的战机氧气系统还会出问题,其他国家难道不出问题吗?

  “实际上,其他国家也出问题,只是媒体报道少。美国战机基数大,训练要求高、强度难度大、飞行次数多,这也是它这方面事故显得较多的一个重要原因。美国机载分子筛氧气技术处于领先地位,系统性能也很先进,应用历史最长、普及率最高,可靠性应该也不会差到哪去。比如飞行时即使发生战机座舱失密减压状况,美军飞行员也会依靠氧气系统保持高度‘继续飞行’,而其他国家对氧气系统则没有这么自信,多是要‘下降求生’。”王群说。

  至今未完全搞清故障原因

  实际上,为什么会频出氧气系统故障,美军到现在也没有完全搞清原因。

  对此,王群表示:“结合它对外宣称的说法和专家的观点,美军战机不断发生氧气系统故障可能有多个原因:一是技术方面,如进气道因故障关闭后应急备用氧气系统未及时启动,引气系统或其他密封件泄漏导致发动机废气进入,抗荷服产生的压力过大阻碍了飞行员呼吸,极端动作下面罩与人脸结合不紧漏气,氧源部分管路松脱,空气过滤或告警系统不正常工作,制氧部分与备用氧气系统切换失灵,等等;二是氧气系统设计流程和质量控制严格不够;三是维护保养不善或不及时;四是氧气系统都按通用的军用标准要求,并非一型战机执行一种标准。”

  “后来F-35氧气系统设计时,美军专家在回答公众质询时就声称,他们已提高了验收标准,并进行了改进,但结果还是出了问题。这样看来,美军还是没有找到根本性的原因,只能采取一些‘不得已而为之’的办法,比如降低高度飞行,加装自动备份氧气系统,等等。”王群指出。

  例如,F-22频出氧气系统故障后,美空军授予洛马公司超过3000万美元的合同,用于为所有F-22安装自动备份氧气系统。

  那么,为了避免氧气系统故障对飞行员和战机造成损害,可以采取哪些办法?

  王群认为:“降低飞行高度、降低飞行频率等在未查明原因时都是必须的,但根本上还是应细化、提高质量标准,严把质量关,并充分验证,同时还要严格检验流程,加强日常维护保养。而且,设计上要适应不同战机的要求,需考虑更加极端的情况,要有更好的冗余度,主要是配备自动备用氧气系统,确保可靠性。此外,还应修改软件系统,提高紧急情况下氧气系统在整个生命保障系统中的优先等级。”

(责任编辑:王蔚)

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