空客A320飞机引气系统可靠性的提高

摘要:空客A320飞机引气系统故障率较高。本文介绍的飞机引气系统改进、引气系统健康监测以及引气系统实时故障诊断和健康管理等方法，可以有效地改善和提高A320飞机引气系统的可靠性，具有较强的参考和借鉴价值。

A320系列飞机的引气系统故障率较高，特别是在夏季，引气系统超温导致双引气失效的故障是全球A320机队普遍存在的问题。在2007年空客A320飞机全球技术年会上，双引气失效故障位列七个最受关注的技术问题之一。根据国内某航空公司的统计数据，仅在5-6月这2个月中，该公司320机队共发生引气系统超温故障36起，其中导致飞机返航、取消或延误5起。那么，我们在维护中如何提高A320飞机引气系统的可靠性呢？

一、A320飞机引气系统原理

A320飞机引气系统的原理是比较简单的，见图1

图1中各部件为：1-高压活门（HPV）2-中压活门（IPV）3-压力调节活门（PRV）4-温度限制器（TLT）5-超压活门（OPV）6-预冷器（PRECOOLER）7-风扇空气活门（FAV）8-温度控制器（TCT）。

发动机引气流经压力调节活门和预冷器后，被调节到大约200°C和45PSI，供空调等系统使用。如果引气温度高于设定值，TCT增大FAV的开度，让更多的低温风扇空气进入预冷器，从而降低引气温度。当引气发生超温（高于257°C）或超压（大于57PSI），PRV活门关闭，从而切断引气。

二、改进部件，提高系统可靠性

通过对某航空公司引气系统故障统计，发现引气系统各部件的故障率如图2所示：

从图2看一看出，A320系列飞机的主要故障部件集中在TCT、TLT、FAV这3个部件上，这3个部件占了整个引气系统85%以上的故障率。因此，如果对这3个部件进行改进，降低其故障率，可以大幅度提高引气系统的可靠性。

1、风扇空气活门（FAV）

如图3所示，FAV安装在预冷器的冷却管路上，FAV是完全气动操作的，其作动腔-A腔的压力为TCT的控制压力（通过SENSE LINE来传递），控制其蝶形阀的开度，从而控制进入预冷器的风扇冷却空气流量，以控制发动机引气温度。当A腔无压力时，弹簧力将蝶形阀保持在关位。当供给A腔最大压力（9psi）时，气压使蝶形阀转动并保持在全开位。当供给A腔规定压力至最大压力之间时，气压控制其蝶形阀的开度。

通过对故障FAV的分析，FAV的主要故障是，活门的作动筒盖在飞行一段时间后会因变形出现渗漏，从而使得FAV在高温下打开压力不足，导致引气超温。解决这一故障可以按照Liebherr的服务通告VSB 6730F-36-01进行改装，在作动筒盖上安装一个罩盘来防止作动筒盖变形，以增加其气密性。改装前后的构型差异如图4所示。根据国内某航空公司的经验，完成改装后，FAV的故障率比改装前下降了76%左右，效果十分显著。

2、温度控制器（TCT）

如图5所示，TCT安装在PRECOOLER的出口处。当TCT中温度敏感部件调节杆的感受的温度低于设定值时，调节杆保持在原位，杆阀门在关位，此时没有气体通过TCT,因而FAV在关位。当温度超过设定值时，调节杆因膨胀度差异使杆阀门部分打开，使TCT的A腔通大气，此时压力与温度相关的控制气体通过TCT进入FAV的作动腔，从而控制进入PRECOOLER的风扇冷却空气流量，控制发动机的引气温度。

在实际维护中，TCT的故障主要有2类。一是TCT的气滤堵塞。如果气滤堵塞，一旦预冷器出口超温，TCT无法给风扇空气活门FAV提供足够的打开压力，从而没有足够的冷空气提供给预冷器。空客MPD中TCT气滤定期清洁间隔为6000FH或60个月先到为准，航空公司可以根据自己的可靠性数据和维护经验，对维护间隔进行调整。国内某航空公司把该间隔缩短到2400FH，解决了气滤堵塞的故障。

TCT另一个常见故障是对污染物敏感、在高温条件下调节压力不足，导致FAV没有足够的作动压力。这一故障的原因主要是TCT设计方面存在缺陷，通过执行Liebherr的服务通告342-36-08，对TCT进行改装从而解决这一故障。

通过以上2项措施，国内某航空公司2011年5-6月TCT故障仅为1起，比2008年同期的16起，降低了93%左右。

3、温度限制器（TLT）

TLT安装在预冷器的出口处，调节预冷器热空气流量，起温度限制的作用。即：当预冷器下游温度高过一定值（235°C）时，给信号调节PRV（压力调节活门）开度趋向减小直至关闭，以此减少发动机引气量，从而使下游温度保持在规定范围。即TLT通过控制PRV的开度，减小发动机引气量，从而达到限制温度的作用。其工作原理如图7所示。

由于TLT的工作原理是当引气温度高于235°C时，TLT会控制PRV关小以减少热空气流量。热空气量的减少会影响TCT提供给FAV用以增大开度的压力，使FAV无足够压力作动来增加冷空气流量。因此，这种设计上的缺陷，使得TLT和TCT之间可能产生相互干扰，从而导致引气超温。为避免TLT和TCT之间的这种功能干扰，可以通过执行Liebherr的服务通告341-36-06将TLT的温度限制值由235 °C 提高到 270 °C。

通过以上对部件FAV、TCT、TLT的改进和维护措施，A320系列飞机引气系统的可靠性可以得到很大程度的提高。仍以国内某航空公司为例，在完成了以上措施以后，2011年5-6月该公司A320机队的引气超温故障为3起，比为完成以上措施以前的2008年同期的36起，降低了90%左右。

三、 防患于未然-引气系统健康监测

通过以上改装，提高了引气系统部件的可靠性，在很大程度上减少了引气系统故障的发生。但是引气系统的部件都是在比较高的温度和压力下工作的，自然会发生性能衰减。如果能定期对引气系统各部件的性能状态进行检查，可以提前预测故障的发生，从而通过预防性维修进一步提高引气系统的可靠性。根据笔者的经验，定期进行引气系统健康检查是很好的方法之一。

引气系统健康检查是采用专门的“引气系统测试设备”，对引气系统各主要部件和管路进行性能测。通过该测试设备可以测量活门实际工作时打开、关闭的压力和作动时间，判断感应管有无漏气。因此利用引气测试工具除了判断出部件正常与否外，还可以评价其性能状态，同时可以避免由于多个部件性能衰减造成的系统故障或性能下降，从而提高引气系统的可靠性以及排故准确率,还可以有效减少NFF件。

图8是以引气系统的PRV活门为例，显示如何对引气系统的部件和管路进行健康检查。国内某航空公司在其320机队上进行了两年的引气健康性检查，发现多个部件性能衰减，及时进行了更换。对防止故障的发生，提高飞机运行的正常性取得了很好的效果。

四、 引气/空调系统实时故障诊断与健康管理

图 9 民航维修策略回顾和发展方向

 随着基于状态维修理论在民航维修业的发展，近来对飞机系统的故障诊断和健康管理的重点发展方向是开展实时监控。伴随着数据采集技术、空地数据传递技术和IT技术等支持技术的发展，开展飞机系统的实时故障诊断和健康管理成为可能，（见图9）也因此，引导民航维修策略的发展向基于状态的维修的新阶段发展。

当前，针对引气/空调系统的故障诊断与性能监控的最新研究方向之一就是利用飞机ACMS系统可以采集到对象系统参数，再通过ACARS系统可以将这些参数传递到地面应用平台。以两个系统的运行原理为基础，研究如何采集能表征这两个对象系统性能偏移的特征参数，并通过这些特征参数对空调/引气开展健康诊断、趋势预测和辅助维修决策。这个过程，可以以图10表示。

图10

研究思路：

以引气/空调系统的部件为研究对象：

1）分析关键部件的参数与引气缺陷之间的相关性，建立反映这种相关性的数学运算模型；

2）寻求找到关键部件发生缺陷的概率分布和特征表现，为智能判断奠定基础。此过程可以图11的逻辑开展。

图11  空调/引气系统实时故障诊断与健康管理研发过程逻辑示意图

五、 总结

引气系统和下游的空调系统历来是飞机故障的高发系统，尤其在夏季高温天气影响飞机的正常运营。因此，我们可以遵循以下三个步骤开展相关维修工作：

步骤一，持续关注系统部件的改装和升级，力求提高系统的固有可靠性；

步骤二，重视开展引气系统的健康测试，在夏季高温季节来临前提前发现机队中存在隐患的系统部件；

步骤三，贴合民航维修技术的发展方向，开展引气/空调系统的实时故障诊断和健康管理，从而实现系统及部件的故障早期诊断和预警。如果步骤三研发完成，则步骤二的工作可以缩减乃至取消。

因此，从这个意义上说，步骤一是根本性和基础性的改善，步骤二是定期的预先检查，步骤三是对系统进行实时、持续的故障诊断和健康管理措施。航空公司重视贯彻这三个步骤，就可以将A320飞机引气系统的可靠性提高到满意的水平。

转自维修公众号：适航与维修 JOURNAL