A320ceo 系列飛機發動機引氣超壓關斷故障分析與排除

■ 陳俊 馬鵬飛 孫家梁/成都航空有限公司

1 故障現象

A320ceo 系列飛機可裝配CFM56-5B 或V2500 發動機，本文談到的是裝配CFM56-5B 發動機的A320ceo 系列飛機，提及的壓力閥值可能因部件件號不同略有差異。

受疫情反復的影響，各航空公司均出現不同數量、不同間隔的飛機停場情況。A320ceo 系列飛機停場復航首次執行航班時，易出現發動機引氣系統故障。具體表現為：停場飛機首次執行航班，起飛后出現ECAM 警告AIR ENG(X)/1+2 BLEED FAULT，無相關LRU（航線可更換件）的故障信息。通過譯碼軟件分析警告觸發時發動機的引氣狀態，發現均是因為起飛時引氣超壓的保護性切斷而觸發警告。

引氣系統的正常是保證飛機高空安全運行的關鍵。飛行中，單發引氣失效會增加機組負擔，降低飛行安全裕度。操作不當甚至可能引起雙發引氣失效，導致飛機進入緊急狀態，要求立即下降高度，同時啟用輔助動力裝置（APU）供氣。

2 系統原理

2.1 CFM56-5B 發動機引氣原理

如圖1 所示，發動機引氣由壓氣機中壓或高壓級提供。發動機功率較低時，引氣由高壓級經高壓級引氣活門（HPV）、壓力調節活門（PRV）、過壓活門（OPV）提供；發動機功率較高時，引氣由中壓級經中壓級引氣活門（IPV）、PRV、OPV 提供。高壓級供氣時，HPV 作為主要的壓力調節部件，調節引氣壓力至8 ～36psi，PRV 僅有打開/關閉作用。中壓級供氣時，HPV自動關閉，PRV 作為調壓部件，調節引氣壓力至（44±1.75）psi。高壓、中壓級供氣的轉換完全是氣動控制。風扇空氣活門（FAV）受恒溫控制器（TCT）控制，通過控制FAV 的開度改變風扇空氣進氣量，進而將預冷器出口溫度恒定調節在200℃左右。每臺發動機的引氣受各自的引氣監控計算機（BMC）控制。

圖1 CFM56-5B系列發動機引氣系統簡圖

2.2 PRV 調壓原理

如圖2 所示，PRV 的調壓是兩部分共同作用的結果。一、PRV 上游引氣通過信號管1 進入調壓系統。調壓系統膜片2 在氣壓與彈簧力的共同作用下，控制減壓閥芯3 上下移動，進而控制進入調壓系統和打開腔的氣體，實現調壓。二、PRV 下游引氣通過信號管2 進入防反流組件。當下游氣壓足夠克服彈簧力頂開閥門13 時，氣體進入分配系統，進而頂開分配系統閥門6，之后分為兩路。一路通往關閉腔，在彈簧力、關閉腔氣壓、打開腔氣壓的共同作用下，推動作動系統活塞移動，帶動蝶形擋板上下移動，實現調壓。另一路通往打開/關閉系統，當氣壓大到足夠作動球體時，切斷通往打開腔的氣體，關閉PRV。

圖2 PRV工作原理圖

2.3 引氣接通與切斷原理

駕駛艙引氣電門在打開位時，BMC接收引氣電門位置信號，發出指令使引氣壓力調節電磁閥（TLT）斷電，TLT閥芯2 靠近基座，使信號管3 與大氣隔絕。在PRV 上游壓力大于8psi 后，經信號管1 進入打開腔的氣壓克服關閉腔氣壓和彈簧力，推動作動系統活塞向上移動，活塞帶動蝶形擋板使PRV 打開，接通引氣。駕駛艙引氣電門在關閉位時，BMC 接收引氣電門位置信號，發出指令使TLT 通電，TLT 閥芯2 遠離基座，使信號管3 與大氣相通，釋放通往PRV打開腔的氣體，PRV 作動系統活塞在關閉腔氣壓和彈簧力的作用下向下移動，活塞帶動蝶形擋板使PRV 關閉，切斷引氣。

2.4 引氣超壓切斷原理

PRV 下游的壓力傳感器將壓力信號轉換為電信號反饋給BMC。當壓力超過57psi 時，BMC 發出指令使TLT 通電，信號管3 與大氣相通，釋放通往PRV 打開腔的氣體，關閉PRV，切斷引氣。若PRV 未及時關閉引氣，當壓力繼續上升達到75psi 時，OPV 開始作動關小；當壓力達到85psi 后，OPV 會完全關斷，實現過壓保護。當OPV 上游壓力降低至35psi 后，OPV 會重新打開。

3 故障原因

對故障出現時飛機相關系統的數據進行剖析，發現起飛時飛行員將油門桿從慢車位（IDLE）推到起飛/復飛位（TOGA），發動機控制組件（ECU）控制供油量增加，燃燒室排出更高溫度和更大壓力的氣體去沖擊渦輪做功，帶動高低壓轉子轉速增加，進而壓氣機各級氣體壓力增加，發動機引氣迅速由高壓級提供切換到由中壓級提供。雖已切換到中壓級，但提供的引氣壓力依舊很高，通常能達到100psi 以上。PRV 上游壓力很高，而出口壓力要求為（44±1.75）psi，這是對PRV 調壓能力的一個考驗。PRV 調壓響應不及時，調節的壓力不符合出口要求，就導致超壓保護性關閉PRV，此時電門的位置指令仍在打開位，而實際PRV 已關閉，導致指令與實際不符，自然觸發警告AIR ENG (X) BLEED FAULT。由起飛過程譯碼結果可以知曉故障發生時各活門的位置狀態、引氣壓力變化情況，再結合系統原理，分析得出：中/高壓級轉換、OPV 保護性切斷功能均正常，導致系統調壓失效的原因不在控制而在PRV 本身調節能力的下降。

PRV 部件手冊羅列了調壓能力下降的原因（見圖4），分析認為，與停場造成PRV 調壓能力下降最可能的原因有三種：調壓系統壓力減壓閥芯卡阻、作動系統球形軸承不能自由移動、防反流分配系統分配閥芯堵塞。

圖4 PRV部件手冊中列出的調節超壓原因

經過與部件修理廠家深度技術交流，梳理故障PRV 的送修報告，發現故障送修件均存在調壓功能缺失，反饋的主要故障源包括內部積炭、積灰、嚴重生銹，使壓力減壓閥芯卡阻、球形軸承無法自由轉動，完全符合上述分析推斷。另外，梳理PRV 裝機記錄時發現，裝機時間也是導致停場復航后首班出現引氣故障的一個重要因素。這是因為裝機時間越長，部件內部積灰、積炭越嚴重，長時間的停場使活門一直未作動，加劇了這一情況，導致故障發生的概率越高。通常，裝機時間越長、停場時間越長的PRV 的調壓功能衰減得越嚴重，也越容易在復航首班出現故障。

4 處置辦法

空客廠家曾發布技術提示，就這一現象進行了說明。該型飛機起飛爬升階段出現引氣超壓，導致引氣失效的情況逐漸增多，根本原因是起飛時引氣壓力峰值很大而PRV 與OPV 性能衰減，使超壓情況更容易發生。提出的解決方案是：停場超過一段時間的飛機復航前應先進行發動機試車，驗證引氣中/高壓級轉換及PRV 調壓能力，要求試車時功率達到65%N1，觀察中/高壓級切換、輸出壓力值是否滿足手冊標準。對于測試結果不滿意的飛機，使用專用設備進行引氣系統全面健康檢查。全面的引氣健康檢查可實現對引氣系統溫度控制、壓力調節、壓力控制的測試，然后根據測試結果做出相應的故障處置。

運行經驗表明，往往首班出現故障，后續航班該發動機的引氣會自動恢復，不難分析是因為PRV 內部卡滯阻塞部件受沖擊恢復了作動，進而恢復了其調壓功能。因此，運行前進行功率試車是有必要的。功率試車模擬起飛供氣工況，在驗證PRV 調壓能力的同時也可恢復一部分還未完全卡死PRV 的調壓功能。對于通過試車仍無法恢復調壓能力的PRV，需在運行前進行更換；對于通過試車恢復了調壓能力的PRV，由于其內部積灰情況不能自動排除，仍然有故障重現的可能，建議盡快在合適時機進行更換。

經過一段時間的實踐檢驗，發現以上措施確實是解決該型飛機起飛引氣超壓故障的合理、有效的處置方法。

5 結束語

引氣系統是飛機的關鍵系統，引氣系統失效將引發增壓、空調、防冰等系統失效，給安全飛行埋下隱患。日常維護中在保證絕對飛行安全的前提下，主最低設備清單中雖然允許失效一臺發動機的引氣，但部分航空公司為提高安全裕度，規定基地出港航班不允許保留引氣系統失效，進一步增加了維修保障的難度。因此，引氣系統的故障更加需要提前發現，并做出針對性的預防維修。在處理這類關鍵系統的多發故障時一定要提高警覺，詳細了解每次故障發生時具體的故障表現以找出共同點；結合對系統、部件的原理分析，找到故障觸發的根本原因；結合廠家文件、技術資料等，反復推敲制定切實有效的處置方案，根據處置方案實施的反饋情況做出合理的修訂，做到維修控制的閉環管理。