DA42NG飛機空調系統特點及故障分析

張一夫

（中國民用航空飛行學院新津分院 四川成都 611430）

DA42NG 飛機作為一款國外研制、國內生產組裝的輕型雙發飛機，已在國內通航領域廣泛使用，其采用的座艙空氣循環冷卻系統（RACC，以下簡稱空調系統）為飛機座艙提供適宜的溫度、流量穩定的清潔空氣，保證了機組和乘客的舒適度，因而深受用戶的喜愛和依賴。

本院DA42NG 飛機自運行以來，由于空調系統存在運行條件限制、選裝構型差異、技術資料缺少等方面的問題，空調系統的正常與否成為了影響該型飛機運行品質的重要因素。根據故障數據統計，空調系統的故障率居前，約占總故障的8%。由于DA42NG飛機是學院新一代中教訓練的主力機型，降低空調系統的故障率，提升空調系統的維護能力，對保障學院飛行安全和訓練任務完成具有重要意義。

1 飛機空調制冷系統的分類

根據民用飛機的運行特點和性能要求，空調制冷系統的設計既要滿足艙內人員對溫度的要求，又要保證空調設備工作的可靠性。現代民用飛機空調系統根據制冷原理的不同，主要分為空氣循環制冷式和蒸發循環制冷式［1-2］。空氣循環制冷式空調系統通常配備有一套空氣循環機用于制冷，通過熱交換和熱/動能轉換的方式使發動機引氣的溫度降低，而且整個過程不需要制冷劑的參與，氣體沒有蒸發與冷凝。蒸發循環制冷式空調系統是利用液態制冷劑的物理變化來吸收空氣中的熱量，使進入座艙的空氣溫度顯著降低，從而達到冷卻的目的。

隨著航空工業的發展，蒸發循環制冷技術以其制冷能力強、冷卻效率高、經濟性好、代償損失小等優點，在輕型飛機上得到了廣泛應用，但同時也面臨著其固有的可靠性差和制冷劑泄漏等問題［3］。

2 DA42NG飛機空調系統概述

DA42NG飛機的空調系統采用了電驅動式蒸發循環制冷技術，通過一臺獨立的直流發電機供電，是一套獨立的飛機子系統，且僅具備制冷功能。

2.1 空調系統組成

DA42NG飛機的空調系統采用典型的蒸發循環制冷式結構，由制冷循環單元、控制單元、供電單元、流通單元4個部分組成。液態制冷劑采用R134a。

制冷循環單元為位于飛機尾艙的空調組件，包括壓縮機、電子控制模塊、冷凝器、蒸發器、冷凝器風扇、蒸發器風扇及相關制冷管線路。其中，電子控制模塊作為整個空調系統的核心控制元件，將根據空調控制面板的設置來控制制冷回路的閥門和壓縮機的工作。

控制單元為位于座艙左側壁板上的GL-F700型空調控制面板，用于顯示座艙溫度、控制空調系統電源供給、調節座艙溫度和空調出風量。同時，空調控制面板連接有一個溫度傳感器，用于對比人工設置溫度與座艙環境溫度的差異，從而控制制冷循環單元的制冷功率。

供電單元為安裝于左側發動機的一臺交—直流發電機，額度電壓為28V，最大工作電流為65A。發電機通過一臺Lamar VR2000 高頻式調壓器控制并向空調系統供電。為保證空調壓縮機工作于一個穩定的電壓范圍，調壓器有一根電壓敏感線連接到空調系統的匯流條，當系統電壓異常時，調壓器將切斷發電機故障繼電器，從而斷開空調系統的電源供給。

流通單元為位于座艙頂部和尾艙的冷、熱空氣流通管路，包含了冷凝器、蒸發器等設備的局部導流風扇，以及可以調節風量的可控閥門、管路等。

2.2 空調系統工作原理

DA42NG飛機的空調系統主要分為制冷回路和流通回路（見圖1）。空調的電子控制模塊根據空調控制面板的設定來控制整個系統的工作。

圖1 DA42NG 飛機空調系統示意圖

制冷回路是飛機空調系統的核心，由制冷循環單元作為執行元件。當空調控制面板設置于“ON”位且人工設定溫度低于當前座艙環境溫度時，制冷回路被激活，壓縮機開始工作。低溫、低壓的氣態制冷劑通過電驅動式壓縮機中被加壓成高溫、高壓的氣體，通過冷凝器冷卻為中溫、高壓的液體，通過干燥器吸收水分并過濾雜質，然后通過膨脹閥的流量控制變為低溫、低壓的液體，最后制冷劑在蒸發器中沸騰并相變為低壓、低溫的氣體，并再次回到壓縮機中開始下一個循環［4］。

流通回路主要分為制冷循環單元的熱交換部分和冷氣輸出部分。當空調系統開始工作后，冷凝器的風扇啟動并將飛機內、外部的常溫空氣引入冷凝管路，然后將熱交換后的高溫空氣排出到飛機外部。蒸發器的風扇將飛機座艙的空氣引入蒸發管路，經熱交換冷卻后向座艙輸送冷空氣。由于最終通過蒸發器冷卻的空氣直接來自于座艙，該部分空氣在座艙內部往復循環，體現了座艙空氣循環冷卻系統（RACC）所具備的良好制冷效果和良好經濟性。

3 常見故障

DA42NG飛機的空調系統結構復雜、部附件較多，其故障現象呈現“小而散”的特點。根據DA42NG機隊的運行數據，空調制冷系統的故障主要分為3類：制冷循環單元故障，電子控制系統故障，供電系統故障。常見的故障現象有空調不制冷或制冷效果不佳、制冷狀態不穩定、溫度控制失效、系統存在噪音等。

3.1 空調不制冷或制冷效果不佳

此類故障現象是DA42NG飛機最為常見的制冷循環單元故障，主要表現為座艙出風口無冷風吹出或出風量較小無法達到制冷效果。造成類似故障的原因較多，主要有以下幾種可能：壓縮機失效或不工作，冷凝器的熱空氣排氣口堵塞，冷卻劑滲漏，冷凝器失效，膨脹閥失效，干燥器組件失效，電源供給不足［5］。

其中，壓縮機作為空調系統的核心，其故障率較為突出。判斷壓縮機工作與否，是隔離故障件的首要步驟。根據飛機線路圖手冊，壓縮機的失效可能是由壓縮機本體故障造成，也可能是高/低壓力電門失效、恒溫閥異常斷開、空調控制面板失效、供電端故障，使壓縮機控制線路或供電線路失效所造成的。

本院DA42NG飛機在運行過程中曾出現一起典型的空調系統不制冷的案例。飛行員在運行中發現飛機空調無法制冷，通過空調控制面板可以人工調節空調風力的大小，出風口卻無冷風吹出。為減少排故工作量，維護人員通過地面試車運轉空調系統，人為接近位于尾艙的空調組件，初步確認空調壓縮機未能正常工作。隨后，在確認其電氣線路、制冷劑管路無異常后，拆下空調組件，采用地面通電測試的方式，模擬空調工作狀態，依次隔離故障元件并進行線路測量，最終確定壓縮機JP5 插頭3 號插釘未能正常通電。圖2 為DA42NG 飛機空調系統供電和控制線路圖。經查，DA42NG飛機采用的是Ranco波紋管式恒溫閥，它感受蒸發器的表面溫度，從而控制壓縮機的開與停，起到防止蒸發器結霜的作用。當蒸發器出口溫度上升到某一設定值時，溫度開關觸點閉合，壓縮機工作；當蒸發器出口溫度下降到某一設定值時，溫度開關觸點脫開，壓縮機停止工作。恒溫器有一個偏心彈簧調節機構，用于人工調節觸點斷開的溫度范圍（即斷開時間），以便有足夠的時間防止蒸發器結霜。綜合故障現象和恒溫閥的工作原理，本次故障系恒溫閥內部通斷機構性能下降而恒溫閥在蒸發器未結霜的情況下異常斷開所致［6］。

圖2 DA42NG 飛機空調系統供電和控制線路圖

3.2 空調工作不穩定

通過DA42NG飛機空調系統的工作原理和制冷機制分析，系統制冷工作不穩定多是因為空調系統的保護性停機造成。制冷循環單元的管道堵塞、制冷劑過多或過少、冷凝器風扇或蒸發器風扇散熱性能下降等因素，會導致系統進入高壓/低壓保護狀態。

安裝在干燥器上的高壓、低壓電門，通過串聯的方式共同作用于壓縮機的控制線路。其中，低壓電門用于防止空調系統在制冷劑壓力低或外界溫度低的情況下工作，高壓電門用于防止制冷劑壓力過高或者外界溫度過高時損壞空調系統。當系統壓力恢復正常后，高壓/低壓電門將自動恢復，并使空調系統恢復正常的工作狀態。

此外，電源供給端的發電機調壓器故障或自動保護也是造成空調系統工作不穩定的原因之一。本系統采用的Lamar VR2000 高頻式調壓器具有接地故障保護、過壓保護、發電機輸出感知及指示、低電壓感知及指示等功能，作為空調系統供電單元的“CPU”，調壓器直接關系到空調系統的工作穩定性。據統計，因調壓器故障而造成空調系統失效的情況時有發生，維護人員僅需通過隔離并更換調壓器后故障即能排除。由于調壓器相關技術資料的缺乏，尚不能明確具體的故障成因。

3.3 溫度控制失效

溫度控制失效主要涉及控制單元和制冷循環單元，表現為駕駛員無法通過空調控制面板進行座艙制冷溫度和出風量的調節。根據飛機維護手冊，空調控制面板本體故障、制冷循環單元的電子控制組件故障、溫度傳感器故障是造成類似故障現象的主要原因。

在DA42NG 飛機的運行過程中，曾出現過一起因空調控制面板故障而造成空調系統失效的案例，呈現空調控制面板上的電源指示LED燈（藍色）正常閃爍而出風口無冷風吹出的故障現象。經查飛機維護手冊，電源指示LED燈點亮即表明空調系統電源單元供電正常，同時，由于GL-F700型空調控制面板具有控制蒸發器風扇的檔位、控制冷凝器及風扇的供電、通過收集溫度傳感器和壓力電門的信號來控制壓縮機工作等多項控制功能，考慮其涉及多單元、多部附件的特點，出于排故工作的便利性，維護人員首先對該機空調控制面板進行了更換，后經地面通電測試，故障順利排除。

3.4 空調系統噪音

空調系統在工作中出現異響或噪音，往往表示系統存在部附件性能下降的情況。其中，風扇部件的運轉震動、制冷管路的介質堵塞導致流通不暢、送風管路破損等問題都可能造成故障的出現。

4 空調系統維護建議

DA42NG 飛機的空調系統工作原理看似簡單，但涉及的部件繁雜，任一部件的失效或性能下降都會導致整個系統的故障。因此，在診斷空調系統故障時，維護人員需要思路清晰，在熟悉掌握空調系統組成特點和工作原理的基礎上，明確故障現象，區分故障單元，排查疑似部件，從易到難，從簡到繁，逐步隔離故障，從而最終準確排除故障。

根據DA42NG飛機維護手冊的推薦和實際維護保障經驗，常見的故障診斷方法可分為辨、看、聽、摸、測。

辨，維護人員需要第一時間了解飛行員在空調系統使用過程中所遇到的問題，并根據實際情況進行空調系統的運轉驗證。通過驗證，全流程、全功能操作空調系統，記錄故障現象，辨別可能存在故障的部件或單元，縮小故障范圍。

看，針對故障率較高的制冷循環單元，維護人員首先需要查看相關控制跳開關、制冷劑管路、電氣線路是否存在斷開、滲漏、脫落等異常情況。觀察冷凝器、蒸發器及管路連接處是否有油污，如有，則說明有制冷劑泄漏。檢查部件和管路是否存在結霜、結冰的現象。若系統制冷效果不佳，需要著重檢查冷凝器熱交換管路和蒸發器熱交換管路是否存在表面臟污、堵塞的情況，并對風扇部件的狀態進行檢查。

聽，需要維護人員在空調運行狀態下進行甄別，區分判斷噪聲的來源與產生原因。噪聲可能來源于工作異常的壓縮機，或者存在機械故障的部件風扇，此種方式需要維護人員具備一定的維護經驗，準確定位故障點。

摸，在運行空調組件一定時間后，用手觸摸系統部件，感受部件運轉情況及制冷循環單元的溫度變化情況。根據空調系統的工作原理，壓縮機、冷凝器、膨脹閥的進出口管路應有一定的溫度差異。其中，冷凝器出口溫度應明顯低于進口溫度，而干燥器的進出口管路不應有明顯溫度差異。

測，對于空調系統的制冷回路，可以采用汽車行業廣泛使用的檢漏儀檢查各接頭和管路是否存在泄漏問題。由于DA42NG 飛機的空調組件安裝在尾艙，空間狹窄，不便于維護工作的開展，若是將其拆下則無法通過飛機電源系統進行供電，因此，需要使用一款集成電源供給和控制面板（含溫度傳感器）的DA42NG飛機空調系統專用地面測試臺用于系統故障的隔離和排除［7］。通過該地面測試臺，維護人員可以直接對離位的空調組件進行全功能測試，模擬故障現象，并觀察空調系統部分件的工作狀態，及時測量電氣線路的通斷情況。

5 結語

隨著學院DA42NG 飛機運行時間的不斷增加，其空調系統的故障問題也逐漸突現，空調系統多種多樣的故障現象和組成部件，需要飛機維護人員熟悉空調系統的工作原理，掌握先易后難的排故思路，善用工具和設備，快速準確地定位故障、排除故障。