波音B737CL飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)氣源系統(tǒng)與故障淺析

黎嘉健

摘 要：飛機(jī)氣源系統(tǒng)是飛機(jī)重要組成部分之一。氣源系統(tǒng)主要為飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)、防冰系統(tǒng)等其他裝置提供足夠的空氣和壓力。在飛機(jī)的正常運(yùn)作中，主要由左右兩側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣源系統(tǒng)向飛機(jī)的其他氣源用戶系統(tǒng)提供空氣。由于B737CL飛機(jī)在國(guó)內(nèi)已有一定的使用時(shí)間，發(fā)動(dòng)機(jī)的氣源系統(tǒng)可靠性逐漸降低，提高了維修管理工作的難度。本文主要針對(duì)B737CL飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)氣源系統(tǒng)及其故障進(jìn)行淺析。

關(guān)鍵詞：氣源系統(tǒng)；5級(jí)單向活門；高壓調(diào)節(jié)器（HSR）；9級(jí)引氣活門；壓力調(diào)節(jié)關(guān)斷活門（PRSOV）；引氣故障

0 引言

飛機(jī)氣源系統(tǒng)通過發(fā)動(dòng)機(jī)、APU或地面高壓氣源進(jìn)行引氣，并通過氣源管路向下游用戶系統(tǒng)提供高溫、限定流量和適當(dāng)壓力的大氣空氣。其用戶系統(tǒng)包括，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)、座艙空調(diào)和增壓系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道防冰系統(tǒng)、大翼防冰系統(tǒng)、水箱增壓系統(tǒng)以及液壓油箱增壓系統(tǒng)。氣源系統(tǒng)根據(jù)飛機(jī)的不同狀態(tài)，可以自動(dòng)或人工選擇不同的引氣源。以波音B737CL飛機(jī)為例，在通常情況下，氣源系統(tǒng)以發(fā)動(dòng)機(jī)CFM56-3B引氣為主要引氣源。CFM56-3B發(fā)動(dòng)機(jī)作為一種高涵道比的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)（即大部分通過風(fēng)扇加速的空氣，不經(jīng)過壓氣機(jī)、燃燒室和渦輪而被直接通過尾噴排出從而產(chǎn)生推力），氣源系統(tǒng)的引氣狀況對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)作負(fù)載有著關(guān)鍵的影響。發(fā)動(dòng)機(jī)氣源系統(tǒng)是由多個(gè)附件所組成的一個(gè)電控氣動(dòng)系統(tǒng)，含有多個(gè)調(diào)節(jié)器，活門，傳感器和信號(hào)管，其中的任何一個(gè)部件出現(xiàn)問題，都可能引起氣源系統(tǒng)故障。在實(shí)際維護(hù)工作中，主要依據(jù)對(duì)故障現(xiàn)象的理論分析，系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試和工作者的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，分析判斷引發(fā)系統(tǒng)故障的原因，排故的準(zhǔn)確性更多地取決于工作者的理論水平和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于由于線路或管路問題所引發(fā)的故障，有時(shí)甚至將系統(tǒng)附件一一換下也未必能夠排除故障。波音公司提供的統(tǒng)計(jì)資料表明氣源系統(tǒng)所引發(fā)的故障所造成的航班延誤率為7%。隨著B737CL機(jī)型的機(jī)齡老化，氣源系統(tǒng)的可靠性逐漸降低的情況出現(xiàn)，將逐步加大維修和故障排除的難度。所以，深入了解發(fā)動(dòng)機(jī)氣源系統(tǒng)的原理和特點(diǎn)以及加深對(duì)典型故障的認(rèn)識(shí)，對(duì)一線機(jī)務(wù)人員的日常飛機(jī)維護(hù)工作是大有裨益的。

1 B737CL飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)氣源系統(tǒng)介紹

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)氣源系統(tǒng)的組成

左右側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)各有一套相同的氣源系統(tǒng)，其中包括有：5級(jí)單向活門，9級(jí)（高壓級(jí)）引氣活門（HSV），高壓調(diào)節(jié)器（HSR），壓力調(diào)節(jié)關(guān)斷活門（PRSOV），引氣調(diào)節(jié)器（BAR），預(yù)冷器控制活門，預(yù)冷器，壓力傳感器，450F傳感器，390F（預(yù)冷器控制活門）傳感器，490F超溫電門以及對(duì)應(yīng)在駕駛艙頭頂?shù)目照{(diào)引氣控制面板。

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)氣源系統(tǒng)的工作原理

氣源系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)選擇高壓級(jí)5級(jí)引氣或高壓級(jí)9級(jí)引氣。當(dāng)5級(jí)或者9級(jí)正常引氣時(shí)，BAR和PRSOV就會(huì)對(duì)引氣壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。預(yù)冷器及預(yù)冷器控制活門對(duì)引氣溫度進(jìn)行初步的冷卻。氣源系統(tǒng)通過預(yù)冷器下游的三個(gè)溫度傳感器以及一個(gè)壓力傳感器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)引氣實(shí)現(xiàn)進(jìn)行自動(dòng)關(guān)斷控制，以及為駕駛艙提供壓力監(jiān)控。

1.2.1發(fā)動(dòng)機(jī)9級(jí)引氣原理

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓級(jí)轉(zhuǎn)子在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于高壓壓氣機(jī)5級(jí)的氣源不能滿足引氣的要求，所以在發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)引氣由高壓壓氣機(jī)9級(jí)空氣提供引氣氣源。在這個(gè)階段，發(fā)動(dòng)機(jī)的9級(jí)引氣壓力通過高壓調(diào)節(jié)器（HSR）和9級(jí)引氣活門，進(jìn)行引氣并保持壓力。當(dāng)9級(jí)壓氣機(jī)的空氣通過信號(hào)管進(jìn)入HSR組件內(nèi)，通過內(nèi)部關(guān)斷活門進(jìn)入?yún)⒖級(jí)毫φ{(diào)節(jié)器。當(dāng)引氣壓力克服HSR內(nèi)部彈簧力，壓力信號(hào)通過信號(hào)管進(jìn)入HSV內(nèi)部的A氣腔，克服B氣腔的預(yù)載彈簧力，作動(dòng)HSV內(nèi)的機(jī)械連接機(jī)構(gòu)，打開HSV，實(shí)現(xiàn)9級(jí)引氣。與此同時(shí)，HSV內(nèi)部的預(yù)載彈簧力，保持活門保持在一定的開度，保持9級(jí)引氣保持在32PSI。在這個(gè)時(shí)候，5級(jí)單向活門由于9級(jí)引氣壓力加載，單向活門保持在關(guān)閉狀態(tài)，確保不發(fā)生反流。

當(dāng)下游壓力大于9級(jí)引氣活門的上游壓力或者上游壓力高達(dá)110PSI的時(shí)候，HSR都會(huì)控制HSV保持關(guān)閉狀態(tài)。

1.2.2發(fā)動(dòng)機(jī)5級(jí)引氣原理

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓級(jí)轉(zhuǎn)子在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，HSR和HSV得到來自9級(jí)的氣源信號(hào)，HSV內(nèi)部的B氣腔的壓力大于A氣腔的壓力，造成HSV的活門位置關(guān)閉并且保持。與此同時(shí)，HSV的關(guān)閉意味著5級(jí)單向活門的下游壓力減小，由于5級(jí)壓氣機(jī)的空氣壓力提高，上下游的壓差克服5級(jí)單向活門的彈簧力，產(chǎn)生引氣。

1.2.3發(fā)動(dòng)機(jī)引氣壓力調(diào)節(jié)原理

當(dāng)5級(jí)或9級(jí)正常引氣時(shí)，引氣活門的熱空氣會(huì)通過BAR信號(hào)管進(jìn)入引氣調(diào)節(jié)器（BAR）內(nèi)部，用于超壓控制和作為引氣壓力參考信號(hào)。引氣調(diào)節(jié)器（BAR）內(nèi)部的壓力調(diào)節(jié)器，降低并保持引氣壓力信號(hào)為一個(gè)定值壓力信號(hào)，通過信號(hào)管路送至PRSOV的A氣腔。當(dāng)A氣腔的壓力克服B氣腔的彈簧力以及PRSOV的下游空氣壓力后，作動(dòng)機(jī)械連接機(jī)構(gòu)，打開PRSOV，并保持引氣壓力在42PSI。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)機(jī)引氣活門打開或者引氣異常（490F過熱電門觸發(fā)或者BAR內(nèi)部170PSI超壓保護(hù)觸發(fā)），引氣調(diào)節(jié)器（BAR）會(huì)自動(dòng)通過內(nèi)部線圈活門關(guān)閉PRSOV，關(guān)斷發(fā)動(dòng)機(jī)引氣。

2 B737CL飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)氣源系統(tǒng)故障簡(jiǎn)單分析

由于B737CL擁有很長(zhǎng)的歷史，其維護(hù)手冊(cè)的編撰并沒有達(dá)到今天同類手冊(cè)的完善程度。其中，B737CL就缺少FIM（故障隔離手冊(cè)）這種獨(dú)立的排故手冊(cè)。波音把排故的程序匯編了在AMM（飛機(jī)維護(hù)手冊(cè)）每個(gè)章節(jié)的P101當(dāng)中，這也增加了排故的難度。

2.1 信號(hào)管滲漏檢查

發(fā)動(dòng)機(jī)引氣壓力低均可能出現(xiàn)在5級(jí)引氣或者9級(jí)引氣階段。在多數(shù)的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)引氣壓力低常常只是故障的一個(gè)表面現(xiàn)象，往往在引氣壓力低的現(xiàn)象背后，有更深層次的現(xiàn)象，并且該現(xiàn)象直接指向故障關(guān)鍵。在AMM（飛機(jī)維護(hù)手冊(cè)）的引氣排故部分中，指出引氣壓力低這一現(xiàn)象的原因就有22項(xiàng)之多，造成了排故過程必須依靠工作者經(jīng)驗(yàn)和解讀原理圖的能力。但由于航線或者機(jī)庫(kù)工作者迫于時(shí)間和工作大的原因，未能透徹地研究其根本原因，只通過直接換件，以求達(dá)到排除故障的目的，長(zhǎng)此以往，只能導(dǎo)致氣源系統(tǒng)的故障排除效率保持在一個(gè)不高的水平。

引氣壓力低，簡(jiǎn)單而言，是由490F超溫電門下游的壓力傳感器發(fā)出信號(hào)至駕駛艙，反映出實(shí)際引氣壓力。直接影響引氣壓力的部件是PRSOV， PRSOV引氣壓力低主要受到幾個(gè)信號(hào)源控制：1. 引氣調(diào)節(jié)器（BAR）；2. 450F傳感器；3. PRSOV下游信號(hào)管。以上任意控制信號(hào)源出現(xiàn)異常都會(huì)導(dǎo)致PRSOV的開度減少，甚至關(guān)閉，影響引氣壓力。在排故的過程中，為了確保減少領(lǐng)航材，查資料以及借工具等等的消耗時(shí)間行為，從基本入手時(shí)最好的選擇。信號(hào)管是造成故障發(fā)生的一大原因。驗(yàn)證信號(hào)管，通過APU引氣，并人工打開PRSOV，確保管路中充滿APU的壓力空氣并進(jìn)行檢查。信號(hào)管的更換率比發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)部件的更換率更低，而每次拆裝部件也等同于信號(hào)管的拆裝。所以，信號(hào)管損壞的幾率比引氣系統(tǒng)中任何一個(gè)部件單獨(dú)失效的幾率還要大。

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)引氣不轉(zhuǎn)換及引氣壓力低

如文章前面描述，發(fā)動(dòng)機(jī)引氣由高壓級(jí)5級(jí)或高壓級(jí)9級(jí)所提供，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的N2轉(zhuǎn)速由低速進(jìn)入高速階段，引氣源亦隨之發(fā)生變化，同時(shí)引氣壓力亦會(huì)發(fā)生波動(dòng)。首先，9級(jí)引氣壓力為36±6PSI，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到引氣轉(zhuǎn)換階段時(shí)，引氣壓力降低至25±5PSI，轉(zhuǎn)換后由5級(jí)引氣，壓力回復(fù)至42±8PSI。

某B737CL引氣故障案例，右發(fā)動(dòng)機(jī)引氣壓力低，推高功率引氣壓力沒有改變，5級(jí)引氣和9級(jí)引氣沒有轉(zhuǎn)換。檢查高壓調(diào)節(jié)器、引氣關(guān)斷活門、引氣調(diào)節(jié)器正常。通過APU引氣檢查信號(hào)管，發(fā)現(xiàn)5級(jí)引氣與BAR之間的信號(hào)管有滲漏現(xiàn)象。更換信號(hào)管后，進(jìn)行試車，引氣壓力比之前稍有回升，但發(fā)動(dòng)機(jī)引氣依然不轉(zhuǎn)換，引氣壓力仍然屬于壓力低。由于轉(zhuǎn)換的控制是由HSR完成，所以，若HSR故障，就會(huì)出現(xiàn)此現(xiàn)象。更換高壓調(diào)節(jié)器（HSR），試車引氣正常。故障結(jié)果是高壓引氣調(diào)節(jié)器失效，高壓引氣活門不能正常關(guān)閉，導(dǎo)致高壓空氣從高壓級(jí)引氣，低壓引氣活門下游壓力過大，低壓引氣活門不能打開。引氣管路內(nèi)持續(xù)高溫高壓，觸發(fā)450F傳感器，排放信號(hào)管空氣，導(dǎo)致PRSOV開度減少。造成低壓現(xiàn)象且高壓級(jí)引氣和低壓級(jí)引氣不轉(zhuǎn)換。

3 結(jié)束語

氣源系統(tǒng)維護(hù)在航空器日常工作中占居了很重要的地位，同時(shí)在飛機(jī)系統(tǒng)中，其運(yùn)作的狀態(tài)對(duì)飛機(jī)其他系統(tǒng)也產(chǎn)生影響。所以在日常的工作中，我們需要更認(rèn)真細(xì)致地對(duì)待氣源系統(tǒng)的維護(hù)，嚴(yán)格按照手冊(cè)施工，細(xì)心完成部件功能檢查。同時(shí)，結(jié)合原理和常見故障分析，更好地了解氣源系統(tǒng)的工作原理，認(rèn)識(shí)其重要性，有效提高維修效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 宋靜波 編著. 飛機(jī)構(gòu)造基礎(chǔ). 北京：航空工業(yè)出版社，2004

[2] B737-300/400/500 AIRCRAFT MAINTENANCE MANUAL， BOEING COMPANY. 2013

[3] B737-300/400/500 SYSTEM SCHEMATIC MANUAL， BOEING COMPANY. 2013

[4] B737-300/400/500 MAINTENANCE TRAINING MANUAL， BOEING COMPANY.