A320發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)低壓故障分析

潘濤

【摘 要】本文采用航線維修中常見(jiàn)A320發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)低壓故障為研究對(duì)象，列出在日常航線維修工作中遇到的故障現(xiàn)象、故障模式、故障規(guī)律和遇到的問(wèn)題。首先將該系統(tǒng)的調(diào)壓和調(diào)溫功能作為兩個(gè)獨(dú)立部分來(lái)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)功用進(jìn)行講述。文中通過(guò)以往的排故案例將理論和實(shí)際有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使文中的分析不是紙上談兵，空洞無(wú)物。本文最后還綜合人為原因、部件質(zhì)量、外部環(huán)境等誘發(fā)因素，既得出處理發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)引起低壓的效手段，又將日常航線維修工作中可為與不可為、現(xiàn)實(shí)與不現(xiàn)實(shí)的現(xiàn)狀一針見(jiàn)血地指出。為今后今后排故步驟的優(yōu)化和如何降低該故障的發(fā)生率找到了方向。

【關(guān)鍵詞】引氣;調(diào)壓;調(diào)溫;熱交換;測(cè)試設(shè)備;在翼測(cè)試

隨著民航事業(yè)的迅猛發(fā)展和現(xiàn)代技術(shù)的不斷進(jìn)步，旅客對(duì)飛行過(guò)程客艙舒適度的要求逐漸得到滿(mǎn)足。一個(gè)濕度、溫度、壓力幾乎接近地面狀態(tài)的飛行客艙，已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。穩(wěn)定的引氣系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)上述功能的基本保證。但A320機(jī)隊(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)故障在華南地區(qū)會(huì)出現(xiàn)季節(jié)性。每當(dāng)雨季期間，故障率會(huì)頻發(fā)，到了秋冬季，故障率降低。

飛機(jī)引氣系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)和APU提供氣源，經(jīng)過(guò)調(diào)溫調(diào)壓后，為下游的空調(diào)、增壓、大翼防冰系統(tǒng)輸送，同時(shí)也為液壓油箱、飲用水箱提供增壓壓力。引氣系統(tǒng)的工作穩(wěn)定是其下游系統(tǒng)安全可靠工作的前提。發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)低壓是飛機(jī)引氣系統(tǒng)的常見(jiàn)故障，按照排故手冊(cè)TSM程序以往曾用的手段是連續(xù)換件，此舉要基于新件自身的質(zhì)量保證，而且需要每次的驗(yàn)證測(cè)試，所以排故周期長(zhǎng)，變數(shù)很多。為此，航線維修工作中對(duì)故障的隔離判斷方法產(chǎn)生了兩種流派的爭(zhēng)論，有人認(rèn)為只能按照排故手冊(cè)程序，不管排故周期多長(zhǎng)。也有人認(rèn)為只要把系統(tǒng)原理吃透，按照經(jīng)驗(yàn)就能夠提高效率。雖然上述兩種方法都有成功的案例，但均受限于部件質(zhì)量與工作者素質(zhì)，效率和實(shí)操性都不強(qiáng)。如果能結(jié)合引氣系統(tǒng)的原理分析，按照排故手冊(cè)程序，利用先進(jìn)的輔助設(shè)備，就可以迅速隔離故障范圍，縮短排故時(shí)間，提高航班安全性和正常性。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)的工作原理

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)的功用

從發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)引出的空氣高溫、高壓。分別由系統(tǒng)內(nèi)的調(diào)壓部件，將壓力降低恒定至40PSI;由系統(tǒng)內(nèi)的調(diào)溫部件將溫度降低恒定至200攝氏度，然后送到引氣總管提供給下游的空調(diào)、客艙增壓、大翼防冰系統(tǒng)等用戶(hù)。

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)的組成

引氣系統(tǒng)主要部件由高壓引氣活門(mén)（HPV）、中壓引氣口、壓力調(diào)節(jié)活門(mén)（PRV）、過(guò)壓活門(mén)（OPV）、風(fēng)扇空氣活門(mén)FAV及它們的控制部件，加上兩臺(tái)引氣監(jiān)控組件BMC組成，如圖1 所示。

圖1 引氣系統(tǒng)調(diào)壓原理圖

（摘自A320培訓(xùn)手冊(cè)）

調(diào)壓部件：HPV、PRV、OPV和控制電磁閥CTL SOL。

調(diào)溫部件：FAV、熱交換器（預(yù)冷器）、恒溫器。

1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)調(diào)壓功能的工作原理

如圖1所示，壓氣機(jī)引氣位置有兩個(gè)，分別是中壓（IP）引氣口和高壓引氣口（HP）。引氣源的壓力隨著發(fā)動(dòng)機(jī)功率的變化而變化。引氣系統(tǒng)目的地（引氣總管）需要一個(gè)相對(duì)恒定，約40PSI的壓力。高壓引氣口的壓力遠(yuǎn)大于中壓引氣口，為防止同時(shí)引氣時(shí)，高壓引氣從中壓引氣口返回發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)造成損傷，在高、中壓引氣口的出口交匯處設(shè)置了單向活門(mén)。中壓引氣口與壓氣機(jī)直通，只要發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，引氣就直接引出。高壓引氣活門(mén)HPV將上游的壓力降低至36PSI后向下游輸出至PRV。壓力調(diào)節(jié)活門(mén)PRV的上游有兩條之路，流經(jīng)高壓引氣活門(mén)HPV的支路壓力受控，但通過(guò)單向活門(mén)與直通壓氣機(jī)的支路，直接受發(fā)動(dòng)機(jī)功率的影響，PRV最大壓降調(diào)節(jié)至最大44PSI向下游輸出。為防止超壓（PRV調(diào)壓失效），過(guò)壓活門(mén)OPV在上游壓力達(dá)到75PSI時(shí)開(kāi)始作動(dòng)，80PSI時(shí)完全關(guān)閉。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)（地面慢車(chē)），因中壓引氣口壓力不足，主要靠高壓引氣口的引氣供到引氣總管，此時(shí)引氣對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率損耗很大，但時(shí)間很短。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升（EPR大于1.08），中壓引氣口壓力足以滿(mǎn)足引氣總管需求，如果仍然使用高壓引氣，發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)型就會(huì)受到很大的影響。此時(shí)EEC就會(huì)通過(guò)轉(zhuǎn)換電磁閥，使HPV關(guān)閉。HPV、PRV、OPV均為氣動(dòng)、氣控部件，電控功能是通過(guò)其外圍的電磁閥改變控制氣路來(lái)獲得。

1）壓力基準(zhǔn)控制A

黃腔壓力隨上游壓力的變化而變化，推動(dòng)黃腔膜片的上下位移，帶動(dòng)黑色調(diào)節(jié)活門(mén)的開(kāi)度變化，反過(guò)來(lái)控制進(jìn)入黃腔的壓力，直到二者平衡，使離開(kāi)壓力基準(zhǔn)控制機(jī)構(gòu)的壓力恒定。

2）HPV的開(kāi)關(guān)控制

經(jīng)過(guò)基準(zhǔn)控制器的恒壓氣流只有在控制閥下移的前提下才能進(jìn)入HPV的打開(kāi)腔室，否則就頂開(kāi)單向控制口的珠子，進(jìn)入HPV的關(guān)閉腔，使HPV保持關(guān)閉。控制閥的位移取決于紅腔內(nèi)的壓力是否使得作動(dòng)膜片位移，紅腔的壓力通過(guò)傳壓管與PRV相連。HPV的開(kāi)關(guān)氣動(dòng)與PRV有關(guān)。

3）壓力基準(zhǔn)控制B

當(dāng)活門(mén)下游壓力足夠大時(shí)，才能克服定壓調(diào)節(jié)器的彈簧加載力，進(jìn)入HPV的關(guān)閉腔，企圖使HPV關(guān)閉;另一路來(lái)到開(kāi)關(guān)控制器的單向控制口，企圖使珠子關(guān)閉開(kāi)口。

①基準(zhǔn)調(diào)節(jié)

黃腔膜片的位移推動(dòng)調(diào)節(jié)桿，使PRV進(jìn)口壓力經(jīng)調(diào)節(jié)輸出（紅線）恒定，同時(shí)也將調(diào)節(jié)閥頂開(kāi)，允許PRV下游氣流進(jìn)入關(guān)閉腔（綠線）。

②開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

棕色腔室的膜片位移，通過(guò)控制閥控制進(jìn)入PRV打開(kāi)腔的開(kāi)關(guān)氣路（紅線）。該閥門(mén)打開(kāi)前，紅色氣路可以克服鋼珠的彈簧力，進(jìn)入PRV的關(guān)閉腔室，使PRV氣動(dòng)關(guān)閉。隨著PRV的打開(kāi)，下游壓力（綠線）上升后，鋼珠單向閥才會(huì)關(guān)上。

③與HPV的互聯(lián)

棕色作動(dòng)腔的壓力來(lái)自于HPV的上游，能否推動(dòng)膜片位移，取決于熱控電磁閥對(duì)傳壓管壓力的調(diào)節(jié)和控制。棕色氣路還有一支分支引自基準(zhǔn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)底部，即使HPV上游的傳壓管漏氣，也不影響PRV的開(kāi)關(guān)控制。

上游氣路（PRV的出口）的壓力通過(guò)活門(mén)壁上的小孔傳到調(diào)節(jié)器組件REGULATOR ASSEMBLY，與里面的加載彈簧力比較。當(dāng)氣壓大于75PSI時(shí)，黑色閥被推開(kāi)，氣流到達(dá)活門(mén)的關(guān)閉腔室CLOSING CHAMBER推動(dòng)活塞向右邊位移，帶動(dòng)蝶形活門(mén)朝關(guān)閉位轉(zhuǎn)動(dòng)。上游氣壓達(dá)到80PSI，活門(mén)完全關(guān)閉。

①防反流控制

正常情況應(yīng)該是PRV上游壓力大于下游壓力（發(fā)動(dòng)機(jī)引氣狀態(tài)），如果出現(xiàn)相反（地面APU引氣狀態(tài)），為了保護(hù)PRV上游的部件和發(fā)動(dòng)機(jī)，該裝置使PRV保持在關(guān)閉狀態(tài)，不允許反流的發(fā)生。當(dāng)PRV下游壓力大于上游，膜片左移，下游壓力進(jìn)入電磁閥作動(dòng)腔，推動(dòng)銜鐵向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)放氣閥打開(kāi)，使傳壓管通大氣，PRV關(guān)閉（綠線）。

②熱敏控制

探頭位于PRV的下游，經(jīng)過(guò)預(yù)冷器熱交換后的氣流中。溫度變化使探溫棒產(chǎn)生熱脹冷縮的蠕變位移，在尖頭閥門(mén)處控制傳壓管通大氣的開(kāi)度，從而對(duì)PRV的開(kāi)度大小進(jìn)行微調(diào)。

③電磁控制

發(fā)動(dòng)機(jī)引氣電門(mén)直接控制該處的電磁線圈，銜鐵的上下運(yùn)動(dòng)，控制傳壓管是否通大氣，從而控制PRV的開(kāi)或關(guān)。

④氣動(dòng)連接

PRV和HPV的傳壓管相接，最終都連到此處。只要電磁閥通大氣，PRV和HPV的傳壓管均釋壓，兩者都關(guān)閉。

轉(zhuǎn)換電磁閥4029KS位于HPV和PRV的傳壓管之間，由EEC直接控制。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于大功率時(shí)，中壓引氣口壓力足以供給下游系統(tǒng)工作，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，轉(zhuǎn)換電磁閥使該段傳壓管通大氣，結(jié)果是HPV關(guān)斷，PRV繼續(xù)工作。反之，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于小功率狀態(tài)（地面慢車(chē)或高度下降收油門(mén)），中壓引氣口壓力不足，轉(zhuǎn)換電磁閥使傳壓管不通大氣，結(jié)果是HPV和PRV同時(shí)工作。

1.4 發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)調(diào)溫功能的工作原理

風(fēng)扇涵道的低溫氣流與引氣管路的高溫氣流在熱交換器里進(jìn)行能量交換，以達(dá)到對(duì)引氣系統(tǒng)調(diào)溫的作用。調(diào)溫功能分熱路和冷路調(diào)節(jié)兩部分。恒溫器CTL THRMST與風(fēng)扇活門(mén)FAV是冷路氣流控制的主要部件，控制和計(jì)量流經(jīng)熱交換器（預(yù)冷器）的冷氣量。控制電磁閥CTL SOL和壓力調(diào)節(jié)活門(mén)PRV是熱路氣流控制的主要部件，控制和計(jì)量流經(jīng)熱交換器（預(yù)冷器）的熱氣量。二者獨(dú)立控制又相互作用，達(dá)到引氣溫度控制的功能。使得最后到達(dá)引氣總管的溫度恒定在200攝氏度左右，當(dāng)控制電磁閥CTL SOL探測(cè)到預(yù)冷器出口溫度到達(dá)240攝氏度，PRV關(guān)斷引氣。

預(yù)冷器出口空氣（綠線）通過(guò)壁孔進(jìn)入恒溫器內(nèi)部，當(dāng)溫度在安全閥值以下時(shí)，綠線空氣從氣孔排入大氣，導(dǎo)致與FAV打開(kāi)腔室聯(lián)通的傳壓管壓力不夠，F(xiàn)AV關(guān)閉。隨著預(yù)冷器出口空氣溫度的上升，探溫棒因?yàn)闊崦浝淇s，逐漸減小通氣孔的開(kāi)度。結(jié)果的一方面是傳壓管的壓力上升（黃線），F(xiàn)AV逐漸打開(kāi);另一方面是A腔室的壓力也上升（黃線），膜片向下位移，黑色閥門(mén)減小開(kāi)度，壁孔的進(jìn)氣壓力下降。當(dāng)二者達(dá)到平衡后，F(xiàn)AV的開(kāi)度就固定下來(lái)。恒溫器與FAV之間完全是氣動(dòng)式的閉環(huán)控制。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)的常見(jiàn)故障

2.1 常見(jiàn)故障的種類(lèi)

在航線經(jīng)常出現(xiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)故障有：壓力擺動(dòng)、過(guò)壓關(guān)斷、低壓關(guān)斷、超溫關(guān)斷四種。

2.2 控制電磁閥CTL SOL故障

（1）內(nèi)部密封原因。

（2）外部原因：電磁閥位于發(fā)動(dòng)機(jī)吊架11#鐘位置內(nèi)部，通過(guò)整流板上的格柵與大氣相通。格柵開(kāi)后朝后，飛行中氣流將積聚在里面的熱氣帶出，雨水不能進(jìn)到里面。地面時(shí)，雨水可以透過(guò)格柵進(jìn)入吊架，由內(nèi)部排水孔和專(zhuān)門(mén)通道收集引導(dǎo)，最后通過(guò)吊架尾部的排水管，流出機(jī)外。如果內(nèi)部的排水管道積垢過(guò)多或堵塞，外部雨水的積聚甚至過(guò)滿(mǎn)，就會(huì)滲入到電插頭里面，導(dǎo)致電磁閥失效，此故障模式直接導(dǎo)致引氣失效。

2.3 人為因素導(dǎo)致的故障

在引氣失效排故過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)，傳壓管磨損漏氣和氣管接頭松動(dòng)同樣占據(jù)相當(dāng)大的比例。圖2 所示的例子比較典型，引氣系統(tǒng)部件均屬于高溫部件，熱應(yīng)力大。如果傳壓管的支架安裝不正確，與傳壓硬管之間在工作的熱蠕變狀態(tài)產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力，導(dǎo)致本身產(chǎn)生裂紋，硬管接頭的薄弱處產(chǎn)生裂紋，漏氣導(dǎo)致引氣失效。另外傳壓軟管的安裝同樣非常重要，不規(guī)范的彎曲和管卡安裝不當(dāng)，與外部硬物接觸，也會(huì)磨損漏氣。

圖2 引氣系統(tǒng)內(nèi)部連接圖

3 發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)故障對(duì)運(yùn)行的影響

3.1 安全性的影響

引氣系統(tǒng)下游的主要用戶(hù)有空調(diào)系統(tǒng)、客艙增壓系統(tǒng)、大翼防冰系統(tǒng)。廠家冗余的雙系統(tǒng)設(shè)計(jì)拓展了安全的裕度。 當(dāng)出現(xiàn)單引氣失效，剩余的引氣系統(tǒng)要負(fù)擔(dān)全部的空調(diào)、增壓和大翼防冰的負(fù)載，容易導(dǎo)致超溫關(guān)斷，從而引發(fā)次生的雙發(fā)引氣失效的不安全后果。現(xiàn)使用的新版MEL限制條件已經(jīng)放寬，只要遵守MEL手冊(cè)的飛行高度限制（低于37000英尺）和在結(jié)冰條件下飛行員實(shí)施正確的操作（將引氣失效側(cè)的空調(diào)組件關(guān)閉），安全是可以保證的[3]。

3.2 適航性的影響

發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)故障的放行模式只有兩種：一是HPV關(guān)閉模式，包括HPV失效或中壓引氣單向活門(mén)失效，均要將HPV鎖定在關(guān)閉位。另一種是單系統(tǒng)失效模式，包括PRV、OPV、FAV、預(yù)冷器、控制電磁閥、恒溫器失效，均要將其所在的發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)視為失效。

HPV關(guān)閉模式，大部分時(shí)間發(fā)動(dòng)機(jī)工作在大轉(zhuǎn)速，中壓引氣壓力足夠，與無(wú)故障狀態(tài)相同。只在發(fā)動(dòng)機(jī)低功率狀態(tài)（如飛行下降階段），因引氣口輸出壓力不夠，才如同單引氣失效狀態(tài)，需要機(jī)組進(jìn)行保護(hù)性的操作。所以此種放行模式不受任何限制。

3.3 公司性政策的影響

如現(xiàn)我們單位執(zhí)行的措施是：因?yàn)槌瑴貙?dǎo)致單發(fā)引氣失效排故后，必須按照單引氣、雙空調(diào)的構(gòu)型進(jìn)行試大車(chē)測(cè)試后方能放行飛機(jī)。但現(xiàn)今各大機(jī)場(chǎng)對(duì)于飛機(jī)試大車(chē)的場(chǎng)地使用非常苛刻，經(jīng)常為了等機(jī)位和風(fēng)向，一拖就要5-6小時(shí)。如果采用了文中所使用的設(shè)備和方法，排故準(zhǔn)確性可以保證，部件質(zhì)量進(jìn)一步提高后，試大車(chē)測(cè)試就可以省略，航班正常性得到提高。

4 結(jié)論

發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)故障不可避免，原因多種多樣。經(jīng)過(guò)原理的分析和故障的總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)在日常航線維修工作中其實(shí)是可以有所作為的。只要將導(dǎo)致故障人為因素去除，采取科學(xué)維修的方法，再施以有效的預(yù)防性措施，就能夠?qū)⒐收下蕼p少。

定期疏通吊架排水管路，可以使雨水不會(huì)積聚，這種貌似多余的額外的工作，更加值得我們的重視。排故人員掌握測(cè)試設(shè)備的使用方法和技巧，能夠提高判斷故障的準(zhǔn)確性，事半功倍的培訓(xùn)工作刻不容緩。當(dāng)然，部件自身的質(zhì)量問(wèn)題，可靠性問(wèn)題我們航線維修人員無(wú)能為力。但我相信，只要堅(jiān)持以上四種措施，盡力所能及的努力，A320發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)的故障率一定能夠降低，故障的季節(jié)性問(wèn)題一定會(huì)改善。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中國(guó)民用航空總局.民用航空器飛行事故等級(jí)[Z].1993-10-16.

[2]Airbus. A319/A320/A321 Aircraft Maintenance Manual[Z]. August 1， 2013.

[3]Airbus.A319/A320/A321 Minimum Equipment List[Z]. August 1， 2013.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]