淺談波音737NG飛機(jī)APU滑油系統(tǒng)一項(xiàng)監(jiān)控指標(biāo)在故障監(jiān)控中的應(yīng)用

馬興坤 邢凱銘 趙樹杰 馬超

摘要：波音737NG飛機(jī)APU故障影響航班運(yùn)行，而APU滑油系統(tǒng)是其安全運(yùn)行的重要保障，大多數(shù)APU的故障都能夠從滑油系統(tǒng)的監(jiān)控指標(biāo)中找到故障征兆。本文基于737NG飛機(jī)APU滑油系統(tǒng)工作原理，提出了一項(xiàng)APU滑油系統(tǒng)的監(jiān)控指標(biāo)——溫升速率，并利用該指標(biāo)總結(jié)排故方法進(jìn)行重點(diǎn)故障的監(jiān)控，有效地提高了排故效率。

關(guān)鍵詞：APU；監(jiān)控指標(biāo)；滑油系統(tǒng)；滑油溫度

Keywords：APU；monitoring index；lubrication system；lubricating oil temperature

根據(jù)南航河南公司近三年飛機(jī)運(yùn)行故障統(tǒng)計(jì)，波音737NG飛機(jī)由于輔助動力裝置（131-9B型APU）故障導(dǎo)致的機(jī)隊(duì)出勤故障為34起，其中有19起是由于引氣壓力低導(dǎo)致，其他15起故障原因暫未明確，但可以推斷大部分與APU本體運(yùn)轉(zhuǎn)情況有關(guān)。在APU的眾多系統(tǒng)中，滑油系統(tǒng)是保障APU正常運(yùn)轉(zhuǎn)最重要的系統(tǒng)之一。

1 APU滑油系統(tǒng)概述

APU滑油系統(tǒng)由磁堵、滑油低壓電門、滑油量傳感器、滑油冷卻器、溫度控制活門、潤滑組件組成，為起動發(fā)電機(jī)/APU軸承/齒輪箱提供潤滑、清潔和冷卻。滑油系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

APU的滑油存儲在齒輪箱中，從這里開始，安裝在潤滑組件里的滑油泵將齒輪箱中的滑油增壓，滑油從潤滑組件輸送到滑油冷卻器和起動發(fā)電機(jī)以及APU的軸承中。

APU滑油系統(tǒng)的監(jiān)控可以從飛機(jī)QAR數(shù)據(jù)中的滑油溫度獲得，數(shù)據(jù)來自于溫度傳感器。傳感器位于滑油冷卻器和溫度控制活門下游端，是監(jiān)控探測滑油溫度的重要元件，其件號為P/N：MS28034-3，是由鎳鉑合金組成的RTD電阻溫度探測器，原理是利用鉑金屬在溫度變化時(shí)自身電阻隨之變化的特性來測量溫度。

2 故障原理與監(jiān)控指標(biāo)

2.1 故障理論分析

滑油系統(tǒng)為APU的運(yùn)轉(zhuǎn)提供增壓滑油以冷卻、清潔和潤滑APU的軸承和相關(guān)附件。若滑油溫度過高，首先會使內(nèi)部滑油的冷卻效果變差，其次，過高的滑油溫度也會直接影響到滑油的黏度，從而減弱其潤滑效果，進(jìn)而影響APU的機(jī)械效率、功率和使用壽命。根據(jù)維修手冊中的描述，當(dāng)滑油溫度超過一定限制值時(shí)（APU轉(zhuǎn)速大于95%且滑油溫度大于149℃持續(xù)10s后），運(yùn)轉(zhuǎn)中的APU將會被ECU關(guān)斷，P5面板上的APU FAULT燈將會點(diǎn)亮。因此，滑油溫度是檢測APU滑油系統(tǒng)是否發(fā)生故障的重要參數(shù)。

2.2 監(jiān)控指標(biāo)的設(shè)定

由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)，滑油溫度必然會隨之增加，如果單一采用滑油溫度作為監(jiān)控滑油系統(tǒng)狀態(tài)的指標(biāo)，不能準(zhǔn)確判斷滑油系統(tǒng)是否存在故障。因此，提出APU“溫升速率”作為監(jiān)控APU滑油系統(tǒng)運(yùn)行情況的技術(shù)指標(biāo)。

由于滑油溫控活門在滑油溫度上升到60℃后滑油會流向滑油散熱器，影響通過滑油溫升速率判斷潤滑組件故障的準(zhǔn)確性，因此，將溫升速率定義為滑油系統(tǒng)溫度由20℃上升至50℃整個(gè)過程所經(jīng)歷的時(shí)間。

當(dāng)潤滑系統(tǒng)組件發(fā)生故障時(shí)，內(nèi)部的摩擦阻力增大，在APU轉(zhuǎn)動過程中會產(chǎn)生更多的熱量，這些額外的熱量會被滑油吸收，表現(xiàn)為更大的溫升速率。因此，可以通過監(jiān)控滑油溫升速率的變化實(shí)現(xiàn)APU滑油系統(tǒng)的監(jiān)控與排故。

2.3 故障實(shí)例分析

在737NG飛機(jī)APU運(yùn)行中導(dǎo)致APU起動不成功或關(guān)車的原因很多，查閱FIM手冊，其中與滑油系統(tǒng)組件原因直接相關(guān)的有以下5個(gè)TASK（任務(wù)）：

1）808.Fuel Control Unit Flow Disagrees With Command-Fault Isolation

2）801. No Acceleration Shutdown-Fault Isolation

3）802.No Flame Shutdown-Fault Isolation

4）803.Oil Pressure Shutdown Low Oil Pressure-Fault Isolation

5）808.Starter Generator Oil Filter Shows Clogged-Fault Isolation

其中，有關(guān)潤滑組件更換的描述并無實(shí)質(zhì)性的依據(jù)，以FIM 49-40 TASK 801. “No Acceleration Shutdown-Fault Isolation”為例，手冊中對該故障的隔離描述只是檢查潤滑組件序號是否為-3，如果是，則下一步繼續(xù)隔離；如果是-1或-2，則進(jìn)行更換以排除故障。而在真實(shí)情況中這一故障極其偶發(fā)，且無有效的數(shù)據(jù)支持，該步驟通常在最后一步執(zhí)行，因此降低了APU的排故效率。針對某A飛機(jī)2020年4月一次潤滑組件失效導(dǎo)致的“No Acceleration Shutdown”故障，提取其QAR中滑油溫度數(shù)據(jù)，如圖2所示。

由圖2可以看出，在2020年3月27日至4月14日使用隔離故障串件的APU潤滑組件期間，該APU滑油溫度有明顯真實(shí)跳變波動，變化達(dá)到5℃以上，其中一次無法起動，檢查代碼有 49-41010。對APU的溫升速率做統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)溫升速率更能直觀地反映此期間的參數(shù)異常特征，如圖3所示。

由圖3可以看出，在2020年3月27日至4月14日，APU滑油溫升速率上升明顯，有0.2的突變上升，增幅約50%。4月14日更換潤滑組件之后，溫升速率明顯降低，再次回歸到更換之前接近0.4的數(shù)值。

公司另外一架B飛機(jī)5月26日在航前APU起動失敗，接通地面電源后再次起動正常，伴有歷史故障代碼49-41010。經(jīng)過長時(shí)間的排故工作，該APU于7月2日更換潤滑組件后故障現(xiàn)象消失，在此期間曾出現(xiàn)偶發(fā)性的起動失敗。后續(xù)查看發(fā)動機(jī)該期間QAR數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在失效期間溫升速率偏高，更換潤滑組件后恢復(fù)正常，如圖4所示。

由以上理論分析與故障實(shí)例可知，將滑油溫升速率作為監(jiān)控對象判斷潤滑組件故障的方法能夠有效地指導(dǎo)排故，消除由此導(dǎo)致的APU不正常關(guān)斷故障，保障APU可靠運(yùn)行。

3 結(jié)束語

本文分析了由滑油系統(tǒng)造成APU自動關(guān)車或起動失敗故障的原因，提出一項(xiàng)監(jiān)控滑油系統(tǒng)的指標(biāo)——溫升速率，以理論分析和實(shí)際故障數(shù)據(jù)驗(yàn)證相結(jié)合的方式說明了APU發(fā)生故障時(shí)由QAR數(shù)據(jù)換算得到的溫升速率指標(biāo)會呈現(xiàn)明顯的故障數(shù)據(jù)特征，該方法對APU監(jiān)控和排故具有一定的技術(shù)參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] John Shaw. Faster Troubleshooting with Interactive Fault Isolation Manual [J]. Boeing AERO Magazine，2013（2）：19-23.

[2]邢東旭，薛俊，高科利.某型飛機(jī)輔助動力裝置起動故障淺析[J].航空維修與工程，2020（5）：88-89.

作者簡介

馬興坤，工程師，發(fā)動機(jī)主管。