A320發動機引氣系統低壓故障分析

潘濤

【摘 要】本文采用航線維修中常見A320發動機引氣系統低壓故障為研究對象，列出在日常航線維修工作中遇到的故障現象、故障模式、故障規律和遇到的問題。首先將該系統的調壓和調溫功能作為兩個獨立部分來對發動機引氣系統功用進行講述。文中通過以往的排故案例將理論和實際有機地結合起來，使文中的分析不是紙上談兵，空洞無物。本文最后還綜合人為原因、部件質量、外部環境等誘發因素，既得出處理發動機引氣系統引起低壓的效手段，又將日常航線維修工作中可為與不可為、現實與不現實的現狀一針見血地指出。為今后今后排故步驟的優化和如何降低該故障的發生率找到了方向。

【關鍵詞】引氣;調壓;調溫;熱交換;測試設備;在翼測試

隨著民航事業的迅猛發展和現代技術的不斷進步，旅客對飛行過程客艙舒適度的要求逐漸得到滿足。一個濕度、溫度、壓力幾乎接近地面狀態的飛行客艙，已經成為現實。穩定的引氣系統，是實現上述功能的基本保證。但A320機隊的發動機引氣系統故障在華南地區會出現季節性。每當雨季期間，故障率會頻發，到了秋冬季，故障率降低。

飛機引氣系統由發動機和APU提供氣源，經過調溫調壓后，為下游的空調、增壓、大翼防冰系統輸送，同時也為液壓油箱、飲用水箱提供增壓壓力。引氣系統的工作穩定是其下游系統安全可靠工作的前提。發動機引氣系統低壓是飛機引氣系統的常見故障，按照排故手冊TSM程序以往曾用的手段是連續換件，此舉要基于新件自身的質量保證，而且需要每次的驗證測試，所以排故周期長，變數很多。為此，航線維修工作中對故障的隔離判斷方法產生了兩種流派的爭論，有人認為只能按照排故手冊程序，不管排故周期多長。也有人認為只要把系統原理吃透，按照經驗就能夠提高效率。雖然上述兩種方法都有成功的案例，但均受限于部件質量與工作者素質，效率和實操性都不強。如果能結合引氣系統的原理分析，按照排故手冊程序，利用先進的輔助設備，就可以迅速隔離故障范圍，縮短排故時間，提高航班安全性和正常性。

1 發動機引氣系統的工作原理

1.1 發動機引氣系統的功用

從發動機壓氣機引出的空氣高溫、高壓。分別由系統內的調壓部件，將壓力降低恒定至40PSI;由系統內的調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、客艙增壓、大翼防冰系統等用戶。

1.2 發動機引氣系統的組成

引氣系統主要部件由高壓引氣活門（HPV）、中壓引氣口、壓力調節活門（PRV）、過壓活門（OPV）、風扇空氣活門FAV及它們的控制部件，加上兩臺引氣監控組件BMC組成，如圖1 所示。

圖1 引氣系統調壓原理圖

（摘自A320培訓手冊）

調壓部件：HPV、PRV、OPV和控制電磁閥CTL SOL。

調溫部件：FAV、熱交換器（預冷器）、恒溫器。

1.3 發動機引氣系統調壓功能的工作原理

如圖1所示，壓氣機引氣位置有兩個，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動機功率的變化而變化。引氣系統目的地（引氣總管）需要一個相對恒定，約40PSI的壓力。高壓引氣口的壓力遠大于中壓引氣口，為防止同時引氣時，高壓引氣從中壓引氣口返回發動機壓氣機造成損傷，在高、中壓引氣口的出口交匯處設置了單向活門。中壓引氣口與壓氣機直通，只要發動機運轉，引氣就直接引出。高壓引氣活門HPV將上游的壓力降低至36PSI后向下游輸出至PRV。壓力調節活門PRV的上游有兩條之路，流經高壓引氣活門HPV的支路壓力受控，但通過單向活門與直通壓氣機的支路，直接受發動機功率的影響，PRV最大壓降調節至最大44PSI向下游輸出。為防止超壓（PRV調壓失效），過壓活門OPV在上游壓力達到75PSI時開始作動，80PSI時完全關閉。當發動機在低轉速運行時（地面慢車），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，此時引氣對發動機的功率損耗很大，但時間很短。隨著發動機轉速提升（EPR大于1.08），中壓引氣口壓力足以滿足引氣總管需求，如果仍然使用高壓引氣，發動機的穩定性和經濟型就會受到很大的影響。此時EEC就會通過轉換電磁閥，使HPV關閉。HPV、PRV、OPV均為氣動、氣控部件，電控功能是通過其外圍的電磁閥改變控制氣路來獲得。

1）壓力基準控制A

黃腔壓力隨上游壓力的變化而變化，推動黃腔膜片的上下位移，帶動黑色調節活門的開度變化，反過來控制進入黃腔的壓力，直到二者平衡，使離開壓力基準控制機構的壓力恒定。

2）HPV的開關控制

經過基準控制器的恒壓氣流只有在控制閥下移的前提下才能進入HPV的打開腔室，否則就頂開單向控制口的珠子，進入HPV的關閉腔，使HPV保持關閉。控制閥的位移取決于紅腔內的壓力是否使得作動膜片位移，紅腔的壓力通過傳壓管與PRV相連。HPV的開關氣動與PRV有關。

3）壓力基準控制B

當活門下游壓力足夠大時，才能克服定壓調節器的彈簧加載力，進入HPV的關閉腔，企圖使HPV關閉;另一路來到開關控制器的單向控制口，企圖使珠子關閉開口。

①基準調節

黃腔膜片的位移推動調節桿，使PRV進口壓力經調節輸出（紅線）恒定，同時也將調節閥頂開，允許PRV下游氣流進入關閉腔（綠線）。

②開關調節機構

棕色腔室的膜片位移，通過控制閥控制進入PRV打開腔的開關氣路（紅線）。該閥門打開前，紅色氣路可以克服鋼珠的彈簧力，進入PRV的關閉腔室，使PRV氣動關閉。隨著PRV的打開，下游壓力（綠線）上升后，鋼珠單向閥才會關上。

③與HPV的互聯

棕色作動腔的壓力來自于HPV的上游，能否推動膜片位移，取決于熱控電磁閥對傳壓管壓力的調節和控制。棕色氣路還有一支分支引自基準調節機構底部，即使HPV上游的傳壓管漏氣，也不影響PRV的開關控制。

上游氣路（PRV的出口）的壓力通過活門壁上的小孔傳到調節器組件REGULATOR ASSEMBLY，與里面的加載彈簧力比較。當氣壓大于75PSI時，黑色閥被推開，氣流到達活門的關閉腔室CLOSING CHAMBER推動活塞向右邊位移，帶動蝶形活門朝關閉位轉動。上游氣壓達到80PSI，活門完全關閉。

①防反流控制

正常情況應該是PRV上游壓力大于下游壓力（發動機引氣狀態），如果出現相反（地面APU引氣狀態），為了保護PRV上游的部件和發動機，該裝置使PRV保持在關閉狀態，不允許反流的發生。當PRV下游壓力大于上游，膜片左移，下游壓力進入電磁閥作動腔，推動銜鐵向上運動，帶動放氣閥打開，使傳壓管通大氣，PRV關閉（綠線）。

②熱敏控制

探頭位于PRV的下游，經過預冷器熱交換后的氣流中。溫度變化使探溫棒產生熱脹冷縮的蠕變位移，在尖頭閥門處控制傳壓管通大氣的開度，從而對PRV的開度大小進行微調。

③電磁控制

發動機引氣電門直接控制該處的電磁線圈，銜鐵的上下運動，控制傳壓管是否通大氣，從而控制PRV的開或關。

④氣動連接

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，兩者都關閉。

轉換電磁閥4029KS位于HPV和PRV的傳壓管之間，由EEC直接控制。當發動機處于大功率時，中壓引氣口壓力足以供給下游系統工作，為了保證發動機的穩定性和經濟性，轉換電磁閥使該段傳壓管通大氣，結果是HPV關斷，PRV繼續工作。反之，當發動機處于小功率狀態（地面慢車或高度下降收油門），中壓引氣口壓力不足，轉換電磁閥使傳壓管不通大氣，結果是HPV和PRV同時工作。

1.4 發動機引氣系統調溫功能的工作原理

風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行能量交換，以達到對引氣系統調溫的作用。調溫功能分熱路和冷路調節兩部分。恒溫器CTL THRMST與風扇活門FAV是冷路氣流控制的主要部件，控制和計量流經熱交換器（預冷器）的冷氣量。控制電磁閥CTL SOL和壓力調節活門PRV是熱路氣流控制的主要部件，控制和計量流經熱交換器（預冷器）的熱氣量。二者獨立控制又相互作用，達到引氣溫度控制的功能。使得最后到達引氣總管的溫度恒定在200攝氏度左右，當控制電磁閥CTL SOL探測到預冷器出口溫度到達240攝氏度，PRV關斷引氣。

預冷器出口空氣（綠線）通過壁孔進入恒溫器內部，當溫度在安全閥值以下時，綠線空氣從氣孔排入大氣，導致與FAV打開腔室聯通的傳壓管壓力不夠，FAV關閉。隨著預冷器出口空氣溫度的上升，探溫棒因為熱脹冷縮，逐漸減小通氣孔的開度。結果的一方面是傳壓管的壓力上升（黃線），FAV逐漸打開;另一方面是A腔室的壓力也上升（黃線），膜片向下位移，黑色閥門減小開度，壁孔的進氣壓力下降。當二者達到平衡后，FAV的開度就固定下來。恒溫器與FAV之間完全是氣動式的閉環控制。

2 發動機引氣系統的常見故障

2.1 常見故障的種類

在航線經常出現的發動機引氣系統故障有：壓力擺動、過壓關斷、低壓關斷、超溫關斷四種。

2.2 控制電磁閥CTL SOL故障

（1）內部密封原因。

（2）外部原因：電磁閥位于發動機吊架11#鐘位置內部，通過整流板上的格柵與大氣相通。格柵開后朝后，飛行中氣流將積聚在里面的熱氣帶出，雨水不能進到里面。地面時，雨水可以透過格柵進入吊架，由內部排水孔和專門通道收集引導，最后通過吊架尾部的排水管，流出機外。如果內部的排水管道積垢過多或堵塞，外部雨水的積聚甚至過滿，就會滲入到電插頭里面，導致電磁閥失效，此故障模式直接導致引氣失效。

2.3 人為因素導致的故障

在引氣失效排故過程中也發現，傳壓管磨損漏氣和氣管接頭松動同樣占據相當大的比例。圖2 所示的例子比較典型，引氣系統部件均屬于高溫部件，熱應力大。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產生過大的應力，導致本身產生裂紋，硬管接頭的薄弱處產生裂紋，漏氣導致引氣失效。另外傳壓軟管的安裝同樣非常重要，不規范的彎曲和管卡安裝不當，與外部硬物接觸，也會磨損漏氣。

圖2 引氣系統內部連接圖

3 發動機引氣系統故障對運行的影響

3.1 安全性的影響

引氣系統下游的主要用戶有空調系統、客艙增壓系統、大翼防冰系統。廠家冗余的雙系統設計拓展了安全的裕度。 當出現單引氣失效，剩余的引氣系統要負擔全部的空調、增壓和大翼防冰的負載，容易導致超溫關斷，從而引發次生的雙發引氣失效的不安全后果。現使用的新版MEL限制條件已經放寬，只要遵守MEL手冊的飛行高度限制（低于37000英尺）和在結冰條件下飛行員實施正確的操作（將引氣失效側的空調組件關閉），安全是可以保證的[3]。

3.2 適航性的影響

發動機引氣系統故障的放行模式只有兩種：一是HPV關閉模式，包括HPV失效或中壓引氣單向活門失效，均要將HPV鎖定在關閉位。另一種是單系統失效模式，包括PRV、OPV、FAV、預冷器、控制電磁閥、恒溫器失效，均要將其所在的發動機引氣系統視為失效。

HPV關閉模式，大部分時間發動機工作在大轉速，中壓引氣壓力足夠，與無故障狀態相同。只在發動機低功率狀態（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，需要機組進行保護性的操作。所以此種放行模式不受任何限制。

3.3 公司性政策的影響

如現我們單位執行的措施是：因為超溫導致單發引氣失效排故后，必須按照單引氣、雙空調的構型進行試大車測試后方能放行飛機。但現今各大機場對于飛機試大車的場地使用非常苛刻，經常為了等機位和風向，一拖就要5-6小時。如果采用了文中所使用的設備和方法，排故準確性可以保證，部件質量進一步提高后，試大車測試就可以省略，航班正常性得到提高。

4 結論

發動機引氣系統故障不可避免，原因多種多樣。經過原理的分析和故障的總結，可以發現在日常航線維修工作中其實是可以有所作為的。只要將導致故障人為因素去除，采取科學維修的方法，再施以有效的預防性措施，就能夠將故障率減少。

定期疏通吊架排水管路，可以使雨水不會積聚，這種貌似多余的額外的工作，更加值得我們的重視。排故人員掌握測試設備的使用方法和技巧，能夠提高判斷故障的準確性，事半功倍的培訓工作刻不容緩。當然，部件自身的質量問題，可靠性問題我們航線維修人員無能為力。但我相信，只要堅持以上四種措施，盡力所能及的努力，A320發動機引氣系統的故障率一定能夠降低，故障的季節性問題一定會改善。

【參考文獻】

[1]中國民用航空總局.民用航空器飛行事故等級[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.

[責任編輯：楊玉潔]