E190飛機空調溫控系統無故障信息故障模式分析

彭遠為

摘要：飛機空調溫控系統對飛機運行品質有著重要的影響。本文以E190飛機為研究對象，梳理機隊運行數據，基于空調溫控系統工作原理分析其故障模式以及排除方法，為同機型或同類型溫控系統的日常維護、排故提供參考。

關鍵詞：E190飛機；空調系統；無故障信息；故障統計；故障分析

Keywords： E190 aircraft；air conditioning system；no fault information；fault statistics；failure analysis

0 引言

空調溫控系統故障在飛機運行中發生的頻率較高，影響飛機的運行品質。空調溫控系統故障若有故障信息，按故障代碼排故難度不大，但對于沒有故障信息的故障，排故時容易做無用功，且容易形成重復性故障。基于某E190機隊過去四年的運行數據，其中飛行小時數為426831：09，飛行循環數為315456，統計空調溫控系統無故障信息的故障模式并進行研究，以為日常維護、排故時提供參考。

1 空調溫控系統簡介

E190飛機空調溫控系統原理如圖1所示。溫控系統由ECS制冷組件、旁通活門、管道區域溫度傳感器、座艙溫度傳感器、空調控制面板、AMS控制器等組成。ECS制冷組件包含ACM、熱交換器、冷凝再加熱器、低限旁通活門、再加熱活門、溫度傳感器。來自發動機或APU的引氣經過流量控制活門調節后分為兩路，一路經過ECS組件進行冷卻，另一路通過旁通活門調節熱空氣的大小，然后兩路匯合后與再循環風扇過來的氣體混合。對于左組件，約60%的氣體直接進入駕駛艙進行溫度調節，40%的氣體進入H型混合總管；右組件的混合氣體先進入H型混合總管，再經過分配管路供向客艙。

ECS制冷組件原理：熱空氣先經過主熱交換器獲得初步冷卻，經過壓氣機使溫度和壓力有所提高，再經過次級熱交換器冷卻，然后進入再加熱器。在再加熱器內往往有少量的水分凝結出來，進入冷凝器。空氣流過冷凝器，在壁面上凝結成水膜或大水滴，通過水收集器分離絕大部分水分，并從位于沖壓進氣口的噴嘴處噴出，提高了熱交換器的性能。部分沒有分離的水分通過再加熱器時蒸發，較干燥的空氣進入渦輪，在渦輪內氣體膨脹，產生動力驅動壓氣機和風扇轉動，由于氣體消耗內能對渦輪作動，使氣體溫度進一步降低。從初級渦輪出來的氣體經過冷凝器，將渦輪出口凝結出的少量水分或冰加溫融化并蒸發。最后進入次級渦輪進一步冷卻，出口溫度可達到-20℃。

溫度調節原理：AMS控制器比較座艙區域實際溫度和設置溫度，利用它們的差值計算出目標管道溫度，然后調節旁通活門的開度，使管道溫度達到目標值。

2 故障模式及分析

統計某E190機隊過去四年的運行數據，空調溫控系統故障無故障信息失效部件數據如圖2所示，下面就故障模式進行分類分析。

2.1 ECS制冷部件故障

熱交換器、再加熱活門和冷凝器都屬于ECS制冷部件，雖然該故障類型出現的概率很小，但若對系統不熟悉，發生故障時需要做大量工作才能徹底解決。這類故障的共同點是客艙制冷慢。接報故障時需要先查看空調溫控參數有無異常，判斷是否是ECS制冷部件故障，不能盲目檢查下游的相關部件。

以海拔高度420ft的南寧機場為例，地面APU提供氣源時，正常引氣壓力 45psi左右，流量50ppm左右。FCV的電流值0～50mA，活門的開度隨電流值的增加而減小，電流值50mA活門全關。LLV是一個28VDC驅動的線性作動活門，包含兩套內置電門，一套電門是當達到全開和全關位時切斷電源，一套是當達到全開和全關位時提供位置信號給AMS控制器，AMS控制器用這些位置反饋信號來自檢和故障監控。AMS控制卡接收冷凝器入口溫度信號，發送電脈沖信號來調節LLV的開度，為了獲得最優的冷凝效率，飛機在25000ft以下時，冷凝器入口溫度被控制在接近3℃。ADV是電控氣動活門，作用是防止渦輪結冰，當接收15VDC控制信號時，活門全開，斷電全關。旁通活門的電流值手冊中給出的電流范圍是0～50mA，電流值越大開度越大，但實際上10mA時旁通活門就完全關閉。

下面以一例進行說明。機組反饋客艙制冷慢，航后檢查空調系統相關管路無漏氣，更換旁通活門后故障依舊，檢查客艙溫度傳感器無污染，孔探ACM正常，更換右組件低限旁通活門和再加熱活門后測試正常（故障時刻參數見圖3）。

從圖3可以看出，冷凝器入口溫度為17.5℃，遠大于標準值3℃，而旁通活門的電流值為10mA，旁通活門已處于全關位，組件出口溫度依然高達7.25℃，供向客艙的管路溫度為16.25℃，從而造成客艙制冷效果差，但因未達到觸發警告條件，這類故障往往不會有警告信息。

影響冷凝器入口溫度的因素包括：低限旁通活門、再加熱活門、溫度傳感器、AMS控制器、ACM、熱交換器、冷凝器和水分離器。從上游往下游看，流量52ppm正常，主熱交換器進出口溫差和壓氣機溫升都很大，可排除主熱交換器和ACM問題。冷凝器最常見的故障是堵塞，因流量正常，基本可排除。水分離器可從沖壓進氣口的出水量進行判斷。LLV關位電門顯示TURE，表示活門已處于全關位，因冷凝器入口溫度高，AMS會控制LLV往關的方向作動，活門全關符合邏輯，可排除LLV問題。因組件出口溫度和管路溫度也很高，可排除冷凝器入口溫度傳感器指示問題。夏季AHV在地面是關閉的，AHV控制開指示顯示FALSE是正常的，但由于AHV沒有設計氣濾，對空氣質量要求較高，氣流中的污染物會堆積在活門作動活塞部分，影響活門作動，斷電活門在彈簧力的作用下可能無法完全關閉。因此，最有可能是AHV發生故障。由于AHV在地面溫度較高時為關閉狀態，可以用測溫儀測量活門上下游溫度，判斷活門是否失效。

2.2 座艙溫度等相關檢查

若符合如下兩種情況，則無需進一步排故。

1）夏季起飛前座艙溫度高，起飛后正常

飛機用APU引氣起動發動機時，左右FCV會關閉，此時座艙溫度會有所上升。雙發起動好后，機組關閉APU，發動機引氣活門打開，發動機處于慢車狀態時，引氣壓力在21psi左右，比APU引氣壓力低一半，流量也會變低，ECS組件制冷效率隨之變低。若外界環境溫度高，低功率滑行時間久，這種情況就會突顯。對于這類情況，如果使用APU引氣或發動機高功率時溫度調節正常，則后續無需進一步排故。

2）飛機著陸后，座艙溫度無法調節

根據AMS控制邏輯，著陸2min后AMS控制器會切換控制通道，運行一些部件自檢，其中包括再加熱活門的自檢。在已分析的事件中，引氣源從發動機過渡到APU時，再加熱活門自檢邏輯“凍結”組件旁通活門處于當前位置（關或開），從而造成溫度無法調節。這種情況可以復位受影響的組件電門，5s后閉合，若故障現象消失，則后續無需進一步排故。

2.3 座艙溫度傳感器、進氣格柵、引射管路污染

這類故障會導致座艙溫度傳感器提供的反饋信號滯后，座艙溫度傳感器不能及時感知座艙的實際溫度，進而導致AMS控制系統控制旁通活門延遲，調節慢，最終導致客艙溫度難以調節。 QAR數據表現為實際溫度圍繞目標溫度較長周期上下波動。若機組反饋客艙或駕駛艙溫度忽冷忽熱，首先在地面完成溫控測試，如果機上指示溫度隨指令溫度變化緩慢，座艙實際溫度已達到目標值而指示溫度尚未達到目標值，且無相關故障信息，則需優先檢查座艙區域溫度傳感器進氣格柵是否堵塞、引射管路是否脫開、座艙溫度傳感器是否污染，并進行相應的清潔。如故障依舊，檢查H型混合總管通向溫度傳感器引射管路是否脫開，若均正常，建議更換旁通活門進行觀察。

2.4 旁通活門故障

旁通活門是電控氣動活門，AMS控制器提供0～50mA的電流給旁通活門的扭矩馬達，控制活門的開度，從而獲得合適的組件出口溫度。活門彈簧加載在關位，斷電活門關閉。旁通活門的主要故障原因包括力矩馬達失效、力矩馬達排氣格柵堵塞、部件磨損和氣濾堵塞。某E190機隊旁通活門近12個月的可靠性MTBUR為5068，世界機隊為5376，可靠性不高。旁通活門故障多體現為空調不制熱或不制冷。

若空調不制熱，首先進入溫控參數查看旁通活門的電流值，若電流值正常，檢查伺服氣濾是否臟堵，其次檢查伺服管路有無損傷。因氣濾需定期清洗，拆裝頻繁，若施工不當容易造成伺服管損傷，機隊曾發生旁通活門伺服管連接的主管道接頭脫焊、組件旁通活門伺服管路本體斷裂的情況。如以上檢查正常，建議更換旁通活門進行觀察。

若機組反饋空調不制冷，當排除上游制冷部件故障后，建議更換旁通活門進行觀察。

3 結語

在接報沒有故障信息的故障時，要詳細了解故障現象，至少包含故障觸發階段、實際溫度和調節溫度、后續溫度是否恢復正常等基本信息。空調溫控系統的故障模式與機隊的運行環境、維護水平、管控措施密切相關。本文通過梳理某E190機隊運行數據，統計分析了空調溫控系統無故障信息故障模式以及處理措施，為同機型或同類型系統的日常維護、排故提供參考。

參考文獻

[1]李佳寶. E190飛機發動機引氣故障模式分析[J]. 航空維修與工程. 2021，361（7）：120-122.

[2] SNL190-21-0035 Air ConditioningIncrease in Cabin/Cockpit Temperature After Landing [Z].

[3] SNL190-21-0028R01 Temperature Control Difficulties [Z].