B737NG飛機氣源系統原理淺析及排故應用

吳昊

摘要： 737N飛機氣源系統故障率高，故障比較難判斷和一次性準確排除，經常需要多次排故或更換多個部件才徹底排除，排故周期長，誤拆率高，一直是全球737NG機隊中影響航班正點及服務滿意度的一個突出問題。引氣故障還影響空調系統的正常使用，降低了乘坐的舒適性，按MEL保留有諸多限制條款并且增加機組的負擔，操作處置不當還可能導致座艙增壓不正常。

Abstract： 737N aircraft air supply system failure rate is high， and it is difficult to diagnose the fault and remove it at one time accurately. It often needs several times of troubleshooting or replacing multiple components to remove the fault completely. Long troubleshooting cycle， high mistaken removal rate has been the particular problem impacting the service satisfaction of 737NG fleet. Air-entraining fault also affects the normal use of air conditioning system thus reducing the comfort. According to MEL， there are many restrictions and the unit burden is increased， and improper handling can also lead to abnormal cabin pressure.

關鍵詞： 引氣；故障；排故；737NG

Key words： air-entraining；fault；troubleshooting；737NG

中圖分類號：V267 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）05-0127-04

0 引言

波音737NG飛機的氣源系統是飛機重要組成部分，由于該系統部件處于高溫、高壓、高振動的工作環境，性能衰減較快，故障率較高，故障判斷比較困難，影響該系統性能的因素較多，故障出現的可能部件較多。本文針對具體的故障案例情況，參照波音維護手冊，結合B737NG氣源系統原理和多年的排故經驗進行分析和探討，總結出切實可靠的判斷故障原因的方法。通過相應的方法可以有效減少排故周期，避免故障現象多次重復出現而延誤航班。

1 波音B737NG飛機氣源系統組成及其原理淺析

1.1 氣源系統組成

B737NG飛機氣源系統主要由發動機引氣系統、APU引氣系統、地面空氣連接和氣源總管系統四部分組成。飛機運行中主要以發動機引氣系統為主，所以本文探討的是發動機引氣系統。

1.2 氣源系統的工作原理

飛機發動機引氣系統是由1#和2#發動機引氣系統組成。發動機引氣系統控制引氣溫度和壓力。

參照（圖1）發動機引氣來自發動機的9級和5級高壓壓氣機，在發動機低轉速下，氣源系統使用的是9級引氣。發動機在低轉速時，5級引氣不能滿足氣源系統的需要。高壓級調節器和高壓級活門控制發動機引氣壓力。5級單向活門防止反流。在發動機高轉速下，高壓級活門關閉而5級單向活門打開提供引氣到引氣調節關斷活門（PRSOV）。引氣調節器（BAR）和PRSOV控制發動機到氣源總管的引氣，引氣調節器有一個超壓電門，電門防止出現過壓的狀態并引起引氣跳開（TRIP OFF）燈亮。引氣調節器用控制壓力操縱PRSOV。引氣調節器的控制壓力來自發動機引氣級間管路，BAR獲得28v 直流電信號的電控制，電信號來自于空調附件組件（ACAU）。當BAR電磁閥電作動打開。就提供了控制壓力克服彈簧力去打開PRSOV。當BAR電作動關閉，引氣控制壓力來自于PRSOV，在彈簧力的作用下關閉PRSOV。ACAU從發動機火警電門、發動機引氣電門、發動機起動活門，BAR過壓電門（220psi）和490°F（254℃）過熱電門獲得信號。通常，發動機引氣電門控制BAR，在ON位時，電門提供信號通過ACAU去打開BAR內的電磁活門；在OFF位時，電門提供信號通過ACAU去關閉BAR內的電磁活門。當發動機火警電門在normal（down）位時，它會接通發動機引氣電門。當發動機火警電門在FIRE（up）位時，它就會發出一個信號去關閉BAR的電磁活門。這就會引起PROSV關閉。這個不管引氣電門的位置，這樣保護在發動機在運行階段發動機引氣總管不會有反流存在，不管發動機引氣電門在什么位置，都會讓ACAU發送一個關閉信號到BAR的電磁活門，使其關閉。這樣在有過熱和過壓情況時對引氣總管起到保護作用。220psi過壓電門或490°F（254℃）過熱電門任意一個作動都會引起引氣跳開，從而ACAU會發送一個信號關閉BAR電磁活門而不管引氣電門的位置。

5級和9級發動機引氣引氣來自于發動機高壓級壓氣機的5級和9級，發動機低轉速下，是9級引氣供氣，發動機高轉速下，高壓級活門關閉，5級提供引氣。高壓級調節器控制高壓活門，高壓級活門操作是自動的。

發動機引氣冷卻功能是由預冷器系統冷卻發動機引氣。預冷器系統是自動操作的。預冷器系統保持發動機引氣溫度在390F（199C）和440F（229C）之間。預冷器是一個交輸氣流熱交換器，它是用發動機風扇空氣來冷卻發動機引氣的。預冷器控制活門控制風扇到預冷器的氣流量。

預冷器控制活門傳感器和機翼熱防冰電磁活門影響預冷器控制活門的調節。

如果發動機預冷器下游引氣是不小于450F（232C）. 450F（232C）溫控器引氣控制壓力來自于PRSOV。這就會引起PRSOV朝關閉的方向運動。減少通過PRSOV的氣流量會產生防止引氣跳開的情況和氣源總管壓力下降情況發生。

預冷器系統控制到氣源總管的引氣溫度。預冷器控制活門從中間級總管獲得未調節的空氣壓力。未調節空氣壓力來到作動器參照壓力調節器和伺服參照壓力調節器。作動器參照壓力調節器減少壓力成為不變的控制壓力。控制壓力然后來到A腔室和噴嘴。伺服參照壓力調節器減少壓力成為一個不變的壓力，這個控制壓力隨后來到伺服，預冷器控制活門和WTAI電磁活門的B腔室。A腔室的控制壓力打開和關閉預冷器控制活門。當壓力增加，預冷器控制活門朝關閉方向移動，當壓力下降，預冷器控制活門朝打開方向移動。B腔室的控制壓力移動伺服的控制桿。當控制壓力增加，控制桿關閉噴嘴，當壓力下降，控制桿打開噴嘴。當預冷器控制活門傳感器打開，或者WTAI電磁活門打開時，B腔室控制壓力會下降。當氣源管路溫度為390F時，預冷器控制活門傳感器開始打開活門，到440F時全開；這會降低B腔室壓力。隨著B腔室壓力下降，伺服的控制桿打開噴嘴，打開的噴嘴會降低A腔室壓力和預冷器控制活門作動器中的彈簧把活門打到開位。當預冷器控制活門打開，反饋彈簧開始移動控制桿去關閉噴嘴。這個防止預冷器控制活門快速移動。當飛機在地面和機翼熱防冰系統打開時，WTAI電磁活門打開，這會降低B腔室所有壓力，并且移動控制桿打開噴嘴，隨之降低A腔室所有壓力，作動器的彈簧打開預冷器控制活門到全開位。

2 氣源系統典型故障分析

2.1 典型故障現象及其分析處理

由于飛機發動機引氣出現引氣壓力過高或者引氣溫度過高的情況時，氣源面板上引氣跳開（TRIP OFF）燈亮，出現引氣跳開的故障。

2.2 典型故障案例

某波音B737NG飛機機組反映爬升（8300FT左右）右發引氣燈亮，引氣跳開，可以復位。但是持續幾分鐘后再次引氣跳開且不能復位。地面試車從慢車到80%N1引氣壓力正常，在85%N1保持3分鐘左右引氣壓力緩慢下降到25PSI左右。

檢查相關管路，更換450F傳感器和BAR，左右發對串PRSOV，并利用試車隔離390F（從最終結果和原理認定此判斷方法存在不足）；更換490F傳感器和預冷器控制活門，測試檢查高壓級調節器和高壓級活門，預冷器控制活門功能檢查及其相關管路，串ACAU和氣源控制面板；更換390F傳感器后故障排除。

從機組反映的信息看出這是一起典型的引氣跳開故障，且地面試車出現的引氣壓力回落且偏低可以看出此次引氣跳開是過熱引起的。綜合相關信息可以把故障隱患判定在預冷器系統。由于試車隔離檢查的誤判使得此次排故出現彎路。

2.3 典型故障分析

對于發動機供氣時，引氣跳開燈亮的故障從宏觀角度分析不外乎兩種原因，即從發動機引出的壓縮空氣存在超溫（490F）、超壓[180 psi或220 psi]現象。從（圖2）線路原理上看：無論490F過熱電門還是引氣調節器中的180 psi過壓電門，只要其中一個作動接地（即只要引氣存在一種現象：超壓或超溫）都會使M324組件上的K9（1發）和K4（2發）過熱繼電器導通，使觸點下移，使引氣斷開燈亮。在此同時，由于引氣開關在“ON”位，使引氣調節器關閉線圈通電，使引氣關斷活門關閉。復位工作是通過按壓P5-10氣源面板上的“復位按鈕”來完成的，主要目的就是當過熱、過壓信號消失時，使引氣斷開燈滅和使引氣調節器恢復正常工作。從線路上看，當K9或K4繼電器導通觸點下移后，電流經過復位電門使K9或K4繼電器出現一個“自保持”電路，因此這時不論490F過熱電門還是180PSI過壓電門作動與否都不會影響K9或K4繼電器的導通，這時引氣斷開燈在K9或K4繼電器的作用下，始終是亮的，但當按下復位電門按鈕后使K9或K4繼電器“自保持”電路成為開路，沒有電流經過K9或K4繼電器使觸點跳上，從而使引氣燈滅，同時使引氣調節器中的關閉線圈斷電，使打開線圈通電，使關閉活門打開，保證引氣調節器正常工作。

什么情況下會出現引氣超溫現象呢？這個問題又要從引氣系統的溫度調節的功能原理上進行分析：

引氣系統的溫度調節主要由預冷器控制活門，預冷器控制活門傳感器（390F）、預冷器、機翼熱防冰電磁活門等組成。

當從發動機5級或9級進出的壓縮空氣都需要用發動機的“風扇空氣”在預冷器中進行冷卻。預冷器控制活門中的蝶形活門受預冷器控制活門傳感器的控制。該傳感器受預冷器下游的溫度控制，當溫度高時增大蝶形活門開度，減少引氣系統的溫度（當在地面進行機翼防冰時，機翼熱防冰電磁活門作動使預冷器控制活門在全開位）。

通過上面對引氣系統中溫度控制組件的功能分析以及對有關電路的分析可以判明引氣斷開燈亮故障主要存在于：

①預冷器控制活門及預冷器控制活門傳感器故障；

②預冷器效率下降；

③控制氣路漏氣。

如何判明上述三項故障呢？

對于故障①，若預冷器控制活門故障或預冷器控制活門傳感器故障都可能造成預冷器控制活門打不開，這時沒有“風扇空氣”給發動機引出5級和9級引氣進行冷卻，當溫度超過490F時，使“引氣斷開”燈亮。這時要檢查預冷器控制活門指示銷，若不在全開位或用扳手開關活門時發生卡阻現象就說明該活門本身有故障，否則就是傳感器故障了。

對于故障②，在預冷器冷卻效率下降時，使“風扇空氣”不能給5級和9級引氣進行冷卻，當溫度超過490F后，使“引氣斷開”燈亮。

對于故障③，主要是指PRSOV上游至預冷器控制活門一路，到預冷器控制活門傳感器一路和PRSOV下游至PRSOV一路的控制氣路漏氣，導致引氣系統不能進行正常的調壓降溫的工作，一旦出現超溫、超壓現象，就會使“引氣斷開”燈亮。

發動機引出的氣體是高溫、高壓氣體。必須經過多級冷卻才能正常使用。而引氣的第一級冷卻是預冷器的冷卻風扇，它利用外界氣體對預冷器和發動機引氣進行熱交換，從而達到制冷效果。

通過冷卻風扇排出氣體維持在390-440F（199-227C），預冷器中的氣體則是由預冷器控制活門控制的，活門開度直接影響到供氣量的大小。而供氣量的大小又直接受溫度傳感器對所感受的溫度成正比地確定節氣門位置。節氣門低溫度關閉高溫開。預冷器控制活門是一個氣動、溫控、彈簧壓力使其打開的活門。在起飛過程中，也就是大功率狀態下，引氣溫度很高，而要保持下游溫度在390-440F，則必須對預冷器要求較高的冷卻效果。否則，溫度超過450F，下游的450F過熱電門給出信號到PRSOV，從而把引氣關小。

在地面或低功率狀態下，由于系統對冷卻散熱要求并不高。因此，地面試車往往又正常。故容易誤換PRSOV，或把450F傳感器也更換，而故障仍存在。從重慶維修基地維護的實踐上看，如果在高低功率都反映引氣壓力低，那么更換PRSOV或其他傳感器的可能性較大。如果僅僅是起飛爬升等大功率狀態反映引氣壓力低，那么更換預冷器控制活門可能性大。由于預冷器控制活門是彈簧加載，感受到外面環境的空氣，經常受力，引起彈簧力不夠。也可以由于空氣臟而把活門卡死。鑒于此，地面檢查一下預冷器控制活門的位置（全開位）是重要的，它可以從活門的指針上直接看出。同時注意是否管道有漏氣等現象及其相關的390F（199C）預冷器控制活門傳感器是否故障。由于390F（199C）預冷器控制活門傳感器在翼是無法檢查測試的，故只有采取串件方式進行判斷。對于活門和控制器可以通過測試設備進行隔離。

2.4 具體案例

重慶維修基地B-XXXX飛機2007年9月27日機組反映爬升（8300FT左右）右發引氣跳開，可以復位。但是持續幾分鐘后再次引氣跳開且不能復位。地面試車從慢車到80%N1引氣壓力正常，在85%N1保持3分鐘左右引氣壓力緩慢下降到25PSI左右。由于當時還沒有使用新的排故思路加程序，所以故障排除花費了大量時間，9月27日檢查相關管路，更換450F傳感器和BAR，左右發對串PRSOV，并利用試車隔離390F（從最終結果和原理認定此判斷方法存在不足）；9月28日更換490F傳感器和預冷器控制活門，測試檢查高壓級調節器和高壓級活門，預冷器控制活門機能檢查及其相關管路，串ACAU和氣源控制面板；9月29日更換390F傳感器后故障排除。可以從上述案例中可以看出，只能通過簡單的試車和串件這種手段來判斷故障，原來的這種排故方式就是采取老舊的經驗排故的方式，試車需要花費人力物力，因為每次試車需要安排合適機位，人員必須要5人以上，還需要耗費一定量的燃油，這樣對公司的成本也是影響。針對這樣的情況我們制定了相應的程序，簡化了流程，我們通過對系統的原理分析了解制定了一個相對應的表格，即表1，根據表1就能夠快速的找到故障部件：

發動機引氣系統檢查維護：

工作前的準備：確信發動機起動手柄在“CUTOFF”位，在相應的發動機手柄上掛上“DO-NOT-OPERATE”警示牌；氣源系統釋壓；打開反推包皮。

設備：C36001-1、氮氣瓶、反光鏡和肥皂水

參考：AMM36-11-00 AMM36-12-00

為了減少在飛機運營中故障的發生率，我們還把這個氣源系統健康檢查加入來飛機定期檢查里面，做到預防為主的飛機維修新觀念。這樣施行來五年來，飛機的氣源系統的故障率由最初的12.8%下降到現在的2.6%，效果是顯著的，現在關于飛機氣源系統的健康監控已經推廣到整個國航機隊，大大的降低來氣源系統故障的發生率，保障來航班的正點，而且節約了成本。

3 結束語

在排除波音B737NG飛機氣源系統故障時，如果根據故障現象和系統工作原理進行分析，并參照波音公司的維護手冊以及利用在長期實際工作中總結出的排故經驗和利用測試設備進行精確隔離檢查，把原來簡單的經驗維修轉換為科學的有效率的維修方式，就可以有效對相關部件進行隔離，并可以較快的找出最有可能出現故障的部件，提高徹底排除疑難故障的效率，減少誤換件，減少航班延誤。

參考文獻：

[1]Boeing B737-600/700/800/900 Aircraft Maintenance Manual[Z]. 2015.

[2]Boeing B737-600/700/800/900 Fault Isolation Manual[Z] 2015.

[3]Boeing B737-600/700/800/900Wiring Diagram Manual[Z] 2015.

[4]Boeing B737-600/700/800/900Standard Wiring Practices Manual[Z].2015.

[5]Boeing B737-600/700/800/900System Schematics Manual[Z].2015.