彭遠(yuǎn)為

摘要：飛機(jī)空調(diào)溫控系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)運(yùn)行品質(zhì)有著重要的影響。本文以E190飛機(jī)為研究對(duì)象，梳理機(jī)隊(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)，基于空調(diào)溫控系統(tǒng)工作原理分析其故障模式以及排除方法，為同機(jī)型或同類(lèi)型溫控系統(tǒng)的日常維護(hù)、排故提供參考。

關(guān)鍵詞：E190飛機(jī)；空調(diào)系統(tǒng)；無(wú)故障信息；故障統(tǒng)計(jì)；故障分析

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

0 引言

空調(diào)溫控系統(tǒng)故障在飛機(jī)運(yùn)行中發(fā)生的頻率較高，影響飛機(jī)的運(yùn)行品質(zhì)?？照{(diào)溫控系統(tǒng)故障若有故障信息，按故障代碼排故難度不大，但對(duì)于沒(méi)有故障信息的故障，排故時(shí)容易做無(wú)用功，且容易形成重復(fù)性故障?；谀矱190機(jī)隊(duì)過(guò)去四年的運(yùn)行數(shù)據(jù)，其中飛行小時(shí)數(shù)為426831：09，飛行循環(huán)數(shù)為315456，統(tǒng)計(jì)空調(diào)溫控系統(tǒng)無(wú)故障信息的故障模式并進(jìn)行研究，以為日常維護(hù)、排故時(shí)提供參考。

1 空調(diào)溫控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

E190飛機(jī)空調(diào)溫控系統(tǒng)原理如圖1所示。溫控系統(tǒng)由ECS制冷組件、旁通活門(mén)、管道區(qū)域溫度傳感器、座艙溫度傳感器、空調(diào)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(mén)、再加熱活門(mén)、溫度傳感器。來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)或APU的引氣經(jīng)過(guò)流量控制活門(mén)調(diào)節(jié)后分為兩路，一路經(jīng)過(guò)ECS組件進(jìn)行冷卻，另一路通過(guò)旁通活門(mén)調(diào)節(jié)熱空氣的大小，然后兩路匯合后與再循環(huán)風(fēng)扇過(guò)來(lái)的氣體混合。對(duì)于左組件，約60%的氣體直接進(jìn)入駕駛艙進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，40%的氣體進(jìn)入H型混合總管；右組件的混合氣體先進(jìn)入H型混合總管，再經(jīng)過(guò)分配管路供向客艙。

ECS制冷組件原理：熱空氣先經(jīng)過(guò)主熱交換器獲得初步冷卻，經(jīng)過(guò)壓氣機(jī)使溫度和壓力有所提高，再經(jīng)過(guò)次級(jí)熱交換器冷卻，然后進(jìn)入再加熱器。在再加熱器內(nèi)往往有少量的水分凝結(jié)出來(lái)，進(jìn)入冷凝器?？諝饬鬟^(guò)冷凝器，在壁面上凝結(jié)成水膜或大水滴，通過(guò)水收集器分離絕大部分水分，并從位于沖壓進(jìn)氣口的噴嘴處噴出，提高了熱交換器的性能。部分沒(méi)有分離的水分通過(guò)再加熱器時(shí)蒸發(fā)，較干燥的空氣進(jìn)入渦輪，在渦輪內(nèi)氣體膨脹，產(chǎn)生動(dòng)力驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)和風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，由于氣體消耗內(nèi)能對(duì)渦輪作動(dòng)，使氣體溫度進(jìn)一步降低。從初級(jí)渦輪出來(lái)的氣體經(jīng)過(guò)冷凝器，將渦輪出口凝結(jié)出的少量水分或冰加溫融化并蒸發(fā)。最后進(jìn)入次級(jí)渦輪進(jìn)一步冷卻，出口溫度可達(dá)到-20℃。

溫度調(diào)節(jié)原理：AMS控制器比較座艙區(qū)域?qū)嶋H溫度和設(shè)置溫度，利用它們的差值計(jì)算出目標(biāo)管道溫度，然后調(diào)節(jié)旁通活門(mén)的開(kāi)度，使管道溫度達(dá)到目標(biāo)值。

2 故障模式及分析

統(tǒng)計(jì)某E190機(jī)隊(duì)過(guò)去四年的運(yùn)行數(shù)據(jù)，空調(diào)溫控系統(tǒng)故障無(wú)故障信息失效部件數(shù)據(jù)如圖2所示，下面就故障模式進(jìn)行分類(lèi)分析。

2.1 ECS制冷部件故障

熱交換器、再加熱活門(mén)和冷凝器都屬于ECS制冷部件，雖然該故障類(lèi)型出現(xiàn)的概率很小，但若對(duì)系統(tǒng)不熟悉，發(fā)生故障時(shí)需要做大量工作才能徹底解決。這類(lèi)故障的共同點(diǎn)是客艙制冷慢。接報(bào)故障時(shí)需要先查看空調(diào)溫控參數(shù)有無(wú)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(guān)部件。

以海拔高度420ft的南寧機(jī)場(chǎng)為例，地面APU提供氣源時(shí)，正常引氣壓力 45psi左右，流量50ppm左右。FCV的電流值0～50mA，活門(mén)的開(kāi)度隨電流值的增加而減小，電流值50mA活門(mén)全關(guān)。LLV是一個(gè)28VDC驅(qū)動(dòng)的線性作動(dòng)活門(mén)，包含兩套內(nèi)置電門(mén)，一套電門(mén)是當(dāng)達(dá)到全開(kāi)和全關(guān)位時(shí)切斷電源，一套是當(dāng)達(dá)到全開(kāi)和全關(guān)位時(shí)提供位置信號(hào)給AMS控制器，AMS控制器用這些位置反饋信號(hào)來(lái)自檢和故障監(jiān)控。AMS控制卡接收冷凝器入口溫度信號(hào)，發(fā)送電脈沖信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)LLV的開(kāi)度，為了獲得最優(yōu)的冷凝效率，飛機(jī)在25000ft以下時(shí)，冷凝器入口溫度被控制在接近3℃。ADV是電控氣動(dòng)活門(mén)，作用是防止渦輪結(jié)冰，當(dāng)接收15VDC控制信號(hào)時(shí)，活門(mén)全開(kāi)，斷電全關(guān)。旁通活門(mén)的電流值手冊(cè)中給出的電流范圍是0～50mA，電流值越大開(kāi)度越大，但實(shí)際上10mA時(shí)旁通活門(mén)就完全關(guān)閉。

下面以一例進(jìn)行說(shuō)明。機(jī)組反饋客艙制冷慢，航后檢查空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)管路無(wú)漏氣，更換旁通活門(mén)后故障依舊，檢查客艙溫度傳感器無(wú)污染，孔探ACM正常，更換右組件低限旁通活門(mén)和再加熱活門(mén)后測(cè)試正常（故障時(shí)刻參數(shù)見(jiàn)圖3）。

從圖3可以看出，冷凝器入口溫度為17.5℃，遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)值3℃，而旁通活門(mén)的電流值為10mA，旁通活門(mén)已處于全關(guān)位，組件出口溫度依然高達(dá)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(dá)到觸發(fā)警告條件，這類(lèi)故障往往不會(huì)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(mén)、再加熱活門(mén)、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(jìn)出口溫差和壓氣機(jī)溫升都很大，可排除主熱交換器和ACM問(wèn)題。冷凝器最常見(jiàn)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(jìn)氣口的出水量進(jìn)行判斷。LLV關(guān)位電門(mén)顯示TURE，表示活門(mén)已處于全關(guān)位，因冷凝器入口溫度高，AMS會(huì)控制LLV往關(guān)的方向作動(dòng)，活門(mén)全關(guān)符合邏輯，可排除LLV問(wèn)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(wèn)題。夏季AHV在地面是關(guān)閉的，AHV控制開(kāi)指示顯示FALSE是正常的，但由于AHV沒(méi)有設(shè)計(jì)氣濾，對(duì)空氣質(zhì)量要求較高，氣流中的污染物會(huì)堆積在活門(mén)作動(dòng)活塞部分，影響活門(mén)作動(dòng)，斷電活門(mén)在彈簧力的作用下可能無(wú)法完全關(guān)閉。因此，最有可能是AHV發(fā)生故障。由于AHV在地面溫度較高時(shí)為關(guān)閉狀態(tài)，可以用測(cè)溫儀測(cè)量活門(mén)上下游溫度，判斷活門(mén)是否失效。

2.2 座艙溫度等相關(guān)檢查

若符合如下兩種情況，則無(wú)需進(jìn)一步排故。

1）夏季起飛前座艙溫度高，起飛后正常

飛機(jī)用APU引氣起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，左右FCV會(huì)關(guān)閉，此時(shí)座艙溫度會(huì)有所上升。雙發(fā)起動(dòng)好后，機(jī)組關(guān)閉APU，發(fā)動(dòng)機(jī)引氣活門(mén)打開(kāi)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于慢車(chē)狀態(tài)時(shí)，引氣壓力在21psi左右，比APU引氣壓力低一半，流量也會(huì)變低，ECS組件制冷效率隨之變低。若外界環(huán)境溫度高，低功率滑行時(shí)間久，這種情況就會(huì)突顯。對(duì)于這類(lèi)情況，如果使用APU引氣或發(fā)動(dòng)機(jī)高功率時(shí)溫度調(diào)節(jié)正常，則后續(xù)無(wú)需進(jìn)一步排故。

2）飛機(jī)著陸后，座艙溫度無(wú)法調(diào)節(jié)

根據(jù)AMS控制邏輯，著陸2min后AMS控制器會(huì)切換控制通道，運(yùn)行一些部件自檢，其中包括再加熱活門(mén)的自檢。在已分析的事件中，引氣源從發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)渡到APU時(shí)，再加熱活門(mén)自檢邏輯“凍結(jié)”組件旁通活門(mén)處于當(dāng)前位置（關(guān)或開(kāi)），從而造成溫度無(wú)法調(diào)節(jié)。這種情況可以復(fù)位受影響的組件電門(mén)，5s后閉合，若故障現(xiàn)象消失，則后續(xù)無(wú)需進(jìn)一步排故。

2.3 座艙溫度傳感器、進(jìn)氣格柵、引射管路污染

這類(lèi)故障會(huì)導(dǎo)致座艙溫度傳感器提供的反饋信號(hào)滯后，座艙溫度傳感器不能及時(shí)感知座艙的實(shí)際溫度，進(jìn)而導(dǎo)致AMS控制系統(tǒng)控制旁通活門(mén)延遲，調(diào)節(jié)慢，最終導(dǎo)致客艙溫度難以調(diào)節(jié)。 QAR數(shù)據(jù)表現(xiàn)為實(shí)際溫度圍繞目標(biāo)溫度較長(zhǎng)周期上下波動(dòng)。若機(jī)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(cè)試，如果機(jī)上指示溫度隨指令溫度變化緩慢，座艙實(shí)際溫度已達(dá)到目標(biāo)值而指示溫度尚未達(dá)到目標(biāo)值，且無(wú)相關(guān)故障信息，則需優(yōu)先檢查座艙區(qū)域溫度傳感器進(jìn)氣格柵是否堵塞、引射管路是否脫開(kāi)、座艙溫度傳感器是否污染，并進(jìn)行相應(yīng)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(kāi)，若均正常，建議更換旁通活門(mén)進(jìn)行觀察。

2.4 旁通活門(mén)故障

旁通活門(mén)是電控氣動(dòng)活門(mén)，AMS控制器提供0～50mA的電流給旁通活門(mén)的扭矩馬達(dá)，控制活門(mén)的開(kāi)度，從而獲得合適的組件出口溫度?；铋T(mén)彈簧加載在關(guān)位，斷電活門(mén)關(guān)閉。旁通活門(mén)的主要故障原因包括力矩馬達(dá)失效、力矩馬達(dá)排氣格柵堵塞、部件磨損和氣濾堵塞。某E190機(jī)隊(duì)旁通活門(mén)近12個(gè)月的可靠性MTBUR為5068，世界機(jī)隊(duì)為5376，可靠性不高。旁通活門(mén)故障多體現(xiàn)為空調(diào)不制熱或不制冷。

若空調(diào)不制熱，首先進(jìn)入溫控參數(shù)查看旁通活門(mén)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(wú)損傷。因氣濾需定期清洗，拆裝頻繁，若施工不當(dāng)容易造成伺服管損傷，機(jī)隊(duì)曾發(fā)生旁通活門(mén)伺服管連接的主管道接頭脫焊、組件旁通活門(mén)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(mén)進(jìn)行觀察。

若機(jī)組反饋空調(diào)不制冷，當(dāng)排除上游制冷部件故障后，建議更換旁通活門(mén)進(jìn)行觀察。

3 結(jié)語(yǔ)

在接報(bào)沒(méi)有故障信息的故障時(shí)，要詳細(xì)了解故障現(xiàn)象，至少包含故障觸發(fā)階段、實(shí)際溫度和調(diào)節(jié)溫度、后續(xù)溫度是否恢復(fù)正常等基本信息?？照{(diào)溫控系統(tǒng)的故障模式與機(jī)隊(duì)的運(yùn)行環(huán)境、維護(hù)水平、管控措施密切相關(guān)。本文通過(guò)梳理某E190機(jī)隊(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析了空調(diào)溫控系統(tǒng)無(wú)故障信息故障模式以及處理措施，為同機(jī)型或同類(lèi)型系統(tǒng)的日常維護(hù)、排故提供參考。

參考文獻(xiàn)

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