波音B737CL飛機發動機氣源系統與故障淺析

黎嘉健

摘 要：飛機氣源系統是飛機重要組成部分之一。氣源系統主要為飛機空調系統、防冰系統等其他裝置提供足夠的空氣和壓力。在飛機的正常運作中，主要由左右兩側發動機的氣源系統向飛機的其他氣源用戶系統提供空氣。由于B737CL飛機在國內已有一定的使用時間，發動機的氣源系統可靠性逐漸降低，提高了維修管理工作的難度。本文主要針對B737CL飛機發動機氣源系統及其故障進行淺析。

關鍵詞：氣源系統；5級單向活門；高壓調節器（HSR）；9級引氣活門；壓力調節關斷活門（PRSOV）；引氣故障

0 引言

飛機氣源系統通過發動機、APU或地面高壓氣源進行引氣，并通過氣源管路向下游用戶系統提供高溫、限定流量和適當壓力的大氣空氣。其用戶系統包括，發動機起動系統、座艙空調和增壓系統、發動機進氣道防冰系統、大翼防冰系統、水箱增壓系統以及液壓油箱增壓系統。氣源系統根據飛機的不同狀態，可以自動或人工選擇不同的引氣源。以波音B737CL飛機為例，在通常情況下，氣源系統以發動機CFM56-3B引氣為主要引氣源。CFM56-3B發動機作為一種高涵道比的渦輪風扇發動機（即大部分通過風扇加速的空氣，不經過壓氣機、燃燒室和渦輪而被直接通過尾噴排出從而產生推力），氣源系統的引氣狀況對發動機的運作負載有著關鍵的影響。發動機氣源系統是由多個附件所組成的一個電控氣動系統，含有多個調節器，活門，傳感器和信號管，其中的任何一個部件出現問題，都可能引起氣源系統故障。在實際維護工作中，主要依據對故障現象的理論分析，系統運行測試和工作者的實際工作經驗，分析判斷引發系統故障的原因，排故的準確性更多地取決于工作者的理論水平和實際經驗，對于由于線路或管路問題所引發的故障，有時甚至將系統附件一一換下也未必能夠排除故障。波音公司提供的統計資料表明氣源系統所引發的故障所造成的航班延誤率為7%。隨著B737CL機型的機齡老化，氣源系統的可靠性逐漸降低的情況出現，將逐步加大維修和故障排除的難度。所以，深入了解發動機氣源系統的原理和特點以及加深對典型故障的認識，對一線機務人員的日常飛機維護工作是大有裨益的。

1 B737CL飛機發動機氣源系統介紹

1.1 發動機氣源系統的組成

左右側發動機各有一套相同的氣源系統，其中包括有：5級單向活門，9級（高壓級）引氣活門（HSV），高壓調節器（HSR），壓力調節關斷活門（PRSOV），引氣調節器（BAR），預冷器控制活門，預冷器，壓力傳感器，450F傳感器，390F（預冷器控制活門）傳感器，490F超溫電門以及對應在駕駛艙頭頂的空調引氣控制面板。

1.2 發動機氣源系統的工作原理

氣源系統根據發動機的運行狀態，自動選擇高壓級5級引氣或高壓級9級引氣。當5級或者9級正常引氣時，BAR和PRSOV就會對引氣壓力進行調節。預冷器及預冷器控制活門對引氣溫度進行初步的冷卻。氣源系統通過預冷器下游的三個溫度傳感器以及一個壓力傳感器對發動機引氣實現進行自動關斷控制，以及為駕駛艙提供壓力監控。

1.2.1發動機9級引氣原理

當發動機的高壓級轉子在低速運轉時，由于高壓壓氣機5級的氣源不能滿足引氣的要求，所以在發動機低速運轉時，發動機引氣由高壓壓氣機9級空氣提供引氣氣源。在這個階段，發動機的9級引氣壓力通過高壓調節器（HSR）和9級引氣活門，進行引氣并保持壓力。當9級壓氣機的空氣通過信號管進入HSR組件內，通過內部關斷活門進入參考壓力調節器。當引氣壓力克服HSR內部彈簧力，壓力信號通過信號管進入HSV內部的A氣腔，克服B氣腔的預載彈簧力，作動HSV內的機械連接機構，打開HSV，實現9級引氣。與此同時，HSV內部的預載彈簧力，保持活門保持在一定的開度，保持9級引氣保持在32PSI。在這個時候，5級單向活門由于9級引氣壓力加載，單向活門保持在關閉狀態，確保不發生反流。

當下游壓力大于9級引氣活門的上游壓力或者上游壓力高達110PSI的時候，HSR都會控制HSV保持關閉狀態。

1.2.2發動機5級引氣原理

當發動機的高壓級轉子在高速運轉時，HSR和HSV得到來自9級的氣源信號，HSV內部的B氣腔的壓力大于A氣腔的壓力，造成HSV的活門位置關閉并且保持。與此同時，HSV的關閉意味著5級單向活門的下游壓力減小，由于5級壓氣機的空氣壓力提高，上下游的壓差克服5級單向活門的彈簧力，產生引氣。

1.2.3發動機引氣壓力調節原理

當5級或9級正常引氣時，引氣活門的熱空氣會通過BAR信號管進入引氣調節器（BAR）內部，用于超壓控制和作為引氣壓力參考信號。引氣調節器（BAR）內部的壓力調節器，降低并保持引氣壓力信號為一個定值壓力信號，通過信號管路送至PRSOV的A氣腔。當A氣腔的壓力克服B氣腔的彈簧力以及PRSOV的下游空氣壓力后，作動機械連接機構，打開PRSOV，并保持引氣壓力在42PSI。

當發動機起動機引氣活門打開或者引氣異常（490F過熱電門觸發或者BAR內部170PSI超壓保護觸發），引氣調節器（BAR）會自動通過內部線圈活門關閉PRSOV，關斷發動機引氣。

2 B737CL飛機發動機氣源系統故障簡單分析

由于B737CL擁有很長的歷史，其維護手冊的編撰并沒有達到今天同類手冊的完善程度。其中，B737CL就缺少FIM（故障隔離手冊）這種獨立的排故手冊。波音把排故的程序匯編了在AMM（飛機維護手冊）每個章節的P101當中，這也增加了排故的難度。

2.1 信號管滲漏檢查

發動機引氣壓力低均可能出現在5級引氣或者9級引氣階段。在多數的情況下，發動機引氣壓力低常常只是故障的一個表面現象，往往在引氣壓力低的現象背后，有更深層次的現象，并且該現象直接指向故障關鍵。在AMM（飛機維護手冊）的引氣排故部分中，指出引氣壓力低這一現象的原因就有22項之多，造成了排故過程必須依靠工作者經驗和解讀原理圖的能力。但由于航線或者機庫工作者迫于時間和工作大的原因，未能透徹地研究其根本原因，只通過直接換件，以求達到排除故障的目的，長此以往，只能導致氣源系統的故障排除效率保持在一個不高的水平。

引氣壓力低，簡單而言，是由490F超溫電門下游的壓力傳感器發出信號至駕駛艙，反映出實際引氣壓力。直接影響引氣壓力的部件是PRSOV， PRSOV引氣壓力低主要受到幾個信號源控制：1. 引氣調節器（BAR）；2. 450F傳感器；3. PRSOV下游信號管。以上任意控制信號源出現異常都會導致PRSOV的開度減少，甚至關閉，影響引氣壓力。在排故的過程中，為了確保減少領航材，查資料以及借工具等等的消耗時間行為，從基本入手時最好的選擇。信號管是造成故障發生的一大原因。驗證信號管，通過APU引氣，并人工打開PRSOV，確保管路中充滿APU的壓力空氣并進行檢查。信號管的更換率比發動機引氣系統部件的更換率更低，而每次拆裝部件也等同于信號管的拆裝。所以，信號管損壞的幾率比引氣系統中任何一個部件單獨失效的幾率還要大。

2.2 發動機引氣不轉換及引氣壓力低

如文章前面描述，發動機引氣由高壓級5級或高壓級9級所提供，當發動機的N2轉速由低速進入高速階段，引氣源亦隨之發生變化，同時引氣壓力亦會發生波動。首先，9級引氣壓力為36±6PSI，當發動機轉速達到引氣轉換階段時，引氣壓力降低至25±5PSI，轉換后由5級引氣，壓力回復至42±8PSI。

某B737CL引氣故障案例，右發動機引氣壓力低，推高功率引氣壓力沒有改變，5級引氣和9級引氣沒有轉換。檢查高壓調節器、引氣關斷活門、引氣調節器正常。通過APU引氣檢查信號管，發現5級引氣與BAR之間的信號管有滲漏現象。更換信號管后，進行試車，引氣壓力比之前稍有回升，但發動機引氣依然不轉換，引氣壓力仍然屬于壓力低。由于轉換的控制是由HSR完成，所以，若HSR故障，就會出現此現象。更換高壓調節器（HSR），試車引氣正常。故障結果是高壓引氣調節器失效，高壓引氣活門不能正常關閉，導致高壓空氣從高壓級引氣，低壓引氣活門下游壓力過大，低壓引氣活門不能打開。引氣管路內持續高溫高壓，觸發450F傳感器，排放信號管空氣，導致PRSOV開度減少。造成低壓現象且高壓級引氣和低壓級引氣不轉換。

3 結束語

氣源系統維護在航空器日常工作中占居了很重要的地位，同時在飛機系統中，其運作的狀態對飛機其他系統也產生影響。所以在日常的工作中，我們需要更認真細致地對待氣源系統的維護，嚴格按照手冊施工，細心完成部件功能檢查。同時，結合原理和常見故障分析，更好地了解氣源系統的工作原理，認識其重要性，有效提高維修效率。

參考文獻

[1] 宋靜波 編著. 飛機構造基礎. 北京：航空工業出版社，2004

[2] B737-300/400/500 AIRCRAFT MAINTENANCE MANUAL， BOEING COMPANY. 2013

[3] B737-300/400/500 SYSTEM SCHEMATIC MANUAL， BOEING COMPANY. 2013

[4] B737-300/400/500 MAINTENANCE TRAINING MANUAL， BOEING COMPANY.