空客A320飛機(jī)的油箱惰性氣體系統(tǒng)

摘要：本文介紹了空客A320系列飛機(jī)油箱惰性氣體系統(tǒng)（FTIS）的組成和工作原理，對A320飛機(jī)油箱惰性氣體系統(tǒng)常見維護(hù)工作的注意事項(xiàng)進(jìn)行了說明，并對該系統(tǒng)的常見故障進(jìn)行了分類和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：油箱惰性氣體系統(tǒng)；空調(diào)服務(wù)空氣系統(tǒng)；惰性氣體產(chǎn)生系統(tǒng)

Keywords：FTIS；CSAS；IGGS

0 引言

全球范圍內(nèi)曾經(jīng)發(fā)生過多起運(yùn)輸機(jī)油箱爆炸事故，最為人熟知的是環(huán)球航空800號班機(jī)（TWA800）空難，1996年7月17日該班機(jī)從紐約肯尼迪機(jī)場起飛，起飛不久便在紐約長島上空附近爆炸，造成機(jī)上212名乘客和18名機(jī)組成員全部遇難。燃油箱爆炸嚴(yán)重影響了民用航空的安全，使用燃油箱惰性氣體系統(tǒng)（FTIS）可以分離空氣中的富氧空氣并排出機(jī)體，將剩下的富氮空氣送入飛機(jī)的燃油箱，從而降低飛機(jī)燃油箱起火爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）和歐洲航空安全局（EASA）都要求其管轄內(nèi)的飛機(jī)必須安裝FTIS。早期的A320飛機(jī)沒有FTIS，只能通過改裝來加裝FTIS，新的A320飛機(jī)自帶FTIS。鑒于FTIS是一個比較新的系統(tǒng)，本文將從系統(tǒng)原理、維護(hù)工作中的注意事項(xiàng)、典型故障分析三方面對FTIS進(jìn)行介紹和分析。

1 系統(tǒng)原理

空客A320系列飛機(jī)的FTIS將除去氧的空氣送入燃油箱中燃油液面上方空間，有效降低了燃油箱發(fā)生火災(zāi)和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。FTIS有兩個子系統(tǒng)，分別是空調(diào)服務(wù)空氣系統(tǒng)（CSAS）和惰性氣體產(chǎn)生系統(tǒng)（IGGS） 。CSAS對發(fā)動機(jī)引氣進(jìn)行溫度、壓力、流量的調(diào)節(jié)，使氣流滿足IGGS系統(tǒng)的工作要求，并將氣流供給IGGS。IGGS系統(tǒng)對CSAS供來的氣流進(jìn)行過濾和除氧后獲得清潔的富氮空氣（NEA）。這些NEA通過管道網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入燃油箱，將燃油箱中原來氧氣含量較高的空氣通過管路推出油箱，使燃油箱充滿NEA氣體，這就是燃油箱氣體惰性化的簡要過程。

1.1 空調(diào)服務(wù)空氣系統(tǒng)（CSAS）

圖1為CSAS原理圖，圖中的數(shù)字1～7分別代表CSAS的主要部件：CSAS隔離閥門、臭氧轉(zhuǎn)換器、CSAS熱交換器、旁通閥門、溫度傳感器、壓力傳感器、CSAS控制組件。

CSAS僅在飛行狀態(tài)運(yùn)行，飛機(jī)在地面時停止運(yùn)行。CSAS隔離閥門是一個由電磁控制、氣動力驅(qū)動的蝶形閥門。在沒有引氣壓力或電源的情況下，隔離閥門自動關(guān)閉，系統(tǒng)停止運(yùn)行。CSAS控制組件控制隔離閥門的開關(guān)。當(dāng)CSAS隔離閥門打開時，來自引氣系統(tǒng)的熱空氣通過CSAS隔離閥門流入臭氧轉(zhuǎn)換器。臭氧轉(zhuǎn)換器催化降低熱空氣中的臭氧含量，有效保護(hù)下游IGGS系統(tǒng)中空氣分離模塊內(nèi)的纖維組織。從臭氧轉(zhuǎn)換器流出的熱空氣分成兩路，一路流向CSAS熱交換器，一路流向旁通閥門。CSAS熱交換器安裝在沖壓空氣的風(fēng)道中，來自飛機(jī)外部的沖壓冷空氣流過CSAS熱交換器，與CSAS系統(tǒng)管路內(nèi)的熱空氣進(jìn)行熱交換，降低CSAS系統(tǒng)管路內(nèi)的空氣溫度。同時，CSAS控制器控制旁通閥門的開度，讓熱空氣與經(jīng)過熱交換器的冷空氣進(jìn)行混合，將下游氣體溫度控制在60℃左右。調(diào)節(jié)后的氣體將流向下游的溫度傳感器和壓力傳感器，最后供向IGGS。溫度傳感器和壓力傳感器監(jiān)測氣流的溫度和壓力，將信號傳遞給CSAS的控制器，如果出現(xiàn)超溫或超壓狀態(tài)，CSAS的隔離閥門將被控制關(guān)閉，整個系統(tǒng)停止運(yùn)行。

1.2惰性氣體產(chǎn)生系統(tǒng)（IGGS）

圖2為IGGS原理圖，圖中的數(shù)字8～16分別代表IGGS系統(tǒng)的主要部件： IGGS隔離閥門、雙層超低顆粒物空氣濾芯、溫度傳感器、壓力傳感器、空氣分離模塊、IGGS控制組件、氧濃度和壓力傳感器、雙流量關(guān)斷閥門、雙瓣單向閥門。

IGGS的隔離閥門受IGGS控制組件的控制。系統(tǒng)正常工作時，IGGS控制組件對IGGS隔離閥門通電，控制閥門打開，來自CSAS的氣流流入IGGS；系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，IGGS控制組件使IGGS隔離閥門斷電，閥門在內(nèi)部彈簧的作用下關(guān)閉，來自CSAS的氣流被隔離在IGGS外。系統(tǒng)正常工作時，來自CSAS的氣流通過隔離閥門后先流入雙層超低顆粒物空氣濾芯。濾芯過濾掉氣流中的碳?xì)浠衔锖突覊m，保證氣流的清潔。從濾芯出來的氣流將流過溫度傳感器和壓力傳感器，這兩個傳感器分別采集氣流的溫度信號和壓力信號，并將信號傳遞給IGGS的控制組件。當(dāng)溫度傳感器監(jiān)測到氣流溫度超過85℃或壓力傳感器監(jiān)測到氣流壓力低于15psi時，IGGS控制組件將控制IGGS隔離閥門關(guān)閉。流過壓力傳感器的氣流被送入空氣分離模塊?？諝夥蛛x模塊內(nèi)部有幾十萬根直徑很小的中空纖維，由于不同氣體通過纖維高分子膜的滲透速率不同，氣流將被分為富氮空氣（NEA）和富氧空氣（OEA）[1]。OEA將從飛機(jī)腹部的整流罩排放到機(jī)體外部，NEA繼續(xù)流向氧氣濃度和壓力傳感器。該傳感器包含一個氧敏傳感器和一個壓力傳感器，監(jiān)控NEA的壓力和氧氣濃度，并將數(shù)據(jù)傳遞給IGGS控制組件。IGGS控制組件利用獲得的數(shù)據(jù)來監(jiān)測空氣分離模塊和油箱惰性氣體系統(tǒng)的性能。NEA繼續(xù)流向下游的雙流量關(guān)斷閥門。雙流量控制閥門受控于IGGS控制組件，當(dāng)系統(tǒng)不工作或溫度、壓力、氧氣濃度等參數(shù)異常時，雙流量控制閥門關(guān)閉，將IGGS和燃油箱隔離。當(dāng)系統(tǒng)正常工作雙流量控制閥門打開時，NEA繼續(xù)流向下游的雙瓣單向閥門，IGGS控制器控制雙流量關(guān)斷閥門的開度，使系統(tǒng)在低/中/高NEA流量之間切換。雙瓣單向閥門有兩個彈簧式止回閥，允許NEA單向流入燃油箱并防止燃油從油箱進(jìn)入IGGS。NEA氣體通過雙瓣單向閥門進(jìn)入燃油箱，將燃油箱中原來帶氧氣的空氣通過管路推出油箱，從而完成燃油箱氣體的惰性化[2]。

2 維護(hù)工作中的注意事項(xiàng)

A320系列飛機(jī)在A檢時要求更換圖3中所示標(biāo)號為4的雙層超低顆粒物空氣濾芯，該過濾器可去除空氣中的細(xì)小顆粒（煙霧、灰塵、棉絮、纖維、花粉）和感染性物質(zhì)（細(xì)菌、病毒、霉菌、真菌）。目前正處于新冠疫情防控階段，在完成此項(xiàng)工作時應(yīng)做好防護(hù)工作，如穿上防護(hù)服，戴上口罩、手套、眼鏡等。

燃油箱的維修蓋板上經(jīng)常能看見警告標(biāo)識（見圖4）。來自燃油箱惰性氣體系統(tǒng)的NEA將導(dǎo)致人員受傷甚至死亡，工作前一定要做好通風(fēng)和呼吸保護(hù)。

3 典型故障分析

日常維護(hù)中FTIS最常出現(xiàn)的故障信息是“FUEL INERTING SYS FAULT”，該故障可以分為虛假故障、部件故障和隱藏故障。

3.1 虛假故障

虛假故障不是真正的故障，是指由某種特定狀態(tài)觸發(fā)的短暫的虛假的故障。對于虛假故障無需急于排故，一般只需要做一次帶引氣的系統(tǒng)測試就會消失。例如，某飛機(jī)航前突然跳出“FUEL INERTING SYS FAULT”故障，可以先做一次帶引氣的系統(tǒng)測試來嘗試消除故障，如果故障不能消除，再按照MEL進(jìn)行故障保留放行。這類虛假故障也常出現(xiàn)在FTIS系統(tǒng)部件更換之后，如更換雙層超低顆粒物空氣濾芯后。

3.2 部件故障

部件故障可以通過做一次不帶引氣的系統(tǒng)測試來確認(rèn)故障部件，然后根據(jù)測試結(jié)果給出的故障信息更換相應(yīng)部件。例如，測試結(jié)果為“IGGS CTL UNIT （1YA）”，則更換IGGS控制組件以排除故障。

3.3 隱藏故障

隱藏故障的排除較為麻煩，通常在更換了系統(tǒng)測試給出的故障部件后仍無法排除故障。例如，當(dāng)跳出“FUEL INERTING SYS FAULT”伴有“ASM PERFORMANCE DEGRADED”信息時，故障原因是ASM（空氣分離模塊）的NEA供應(yīng)不足導(dǎo)致性能降級。而NEA供應(yīng)不足可能由兩種原因造成：ASM本身故障，導(dǎo)致分離不出足夠的NEA；管路滲漏，導(dǎo)致氣體壓力不足或空氣混入使氧濃度增加。這種情況即屬于隱藏故障。對于第一種原因，一般在更換ASM后就能解決；對于第二種原因，需要使用試漏劑對整個系統(tǒng)進(jìn)行滲漏檢查。由于FTIS在地面時不工作，滲漏檢查需要在帶引氣的操作測試過程中進(jìn)行。檢查范圍需包括CSAS管路和IGGS管路，重點(diǎn)檢查管路和管路連接的卡箍位置以及管路和部件連接的卡箍位置，這些卡箍位置可能因?yàn)榉馊匣蛘呖ü堪惭b不正確而產(chǎn)生漏氣，解決滲漏問題即可排除系統(tǒng)降級故障[1]。

4 結(jié)束語

空客A320系列飛機(jī)的FTIS是較新的系統(tǒng)，它使燃油箱內(nèi)充滿富氮空氣，能降低飛機(jī)燃油箱起火和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，提高飛機(jī)的安全性。本文主要介紹了FTIS的系統(tǒng)原理、維護(hù)工作中的注意事項(xiàng)、典型故障分析，為維護(hù)人員提供有益的參考。

參考文獻(xiàn)

[1]王翔.空客A320燃油箱惰性氣體系統(tǒng)介紹及故障分析[J].價值工程，2019，38（10）：115-117.

[2]王國法.飛機(jī)燃油油箱氮?dú)獍l(fā)生系統(tǒng)研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2013（11）：13-14.

作者簡介

趙光義，放行工程師，主要負(fù)責(zé)A320系類飛機(jī)發(fā)動機(jī)、空調(diào)、起落架等系統(tǒng)的維修和放行工作。