空客A320飛機電子艙冷卻系統(tǒng)空氣濾更換周期的分析

■ 邵澤/新鄉(xiāng)平原航空器材有限公司

1 研究背景

截至目前，中國大陸地區(qū)約有1200架空客A320系列飛機，隨著機隊規(guī)模的壯大，該系列飛機的可靠性與經(jīng)濟性越來越受到重視。電子艙冷卻系統(tǒng)空氣濾是A320飛機上的重要系統(tǒng)，如果空氣濾出現(xiàn)堵塞問題，電子設(shè)備冷卻效率降低，將增大風(fēng)扇負荷，加快軸承等零部件的磨損，甚至引起計算機過熱，加速計算機的老化，引發(fā)飛機故障。航空公司一般按照CMM手冊確定A320飛機電子艙冷卻系統(tǒng)空氣濾的更換周期，但是通常情況下，按照手冊建議的更換周期執(zhí)行更換的報故率卻比較高，導(dǎo)致空氣濾經(jīng)常需要提前更換，無形中增加了維修過程中的人力、物力成本。事實上，CMM手冊中也提出此空氣濾可以根據(jù)實際使用環(huán)境縮短更換間隔。就目前國內(nèi)的空氣質(zhì)量環(huán)境而言，更換間隔縮短至何種程度是需要探討的內(nèi)容。

2 分析

A320飛機電子艙通風(fēng)系統(tǒng)的工作原理如圖1所示，當飛機在地面且環(huán)境溫度高于12℃時，蒙皮空氣進口活門與蒙皮空氣出口活門打開，通過進氣活門直接從外部引氣，空氣通過電子艙空氣濾芯過濾后，經(jīng)過風(fēng)扇進入后電子架對電子設(shè)備進行冷卻。當飛機在空中或地面環(huán)境溫度低于9℃時，蒙皮空氣進口、出口活門關(guān)閉，冷卻空氣形成內(nèi)循環(huán)，通過蒙皮熱交換器并利用飛機蒙皮的低溫進行空氣的熱交換，氣體冷卻后通過空氣濾芯的過濾，進入后電子架對電子設(shè)備進行冷卻。當空氣濾堵塞時，壓力電門會檢測到壓差的變化，并將信號發(fā)送至航空電子設(shè)備通風(fēng)計算機（AEVC)，AEVC收到信號后會發(fā)出鼓風(fēng)扇故障（vent blower fault)或抽風(fēng)扇故障（vent extract fault)等故障指示，待飛機落地后進行排故。如果確實是因為空氣濾堵塞而造成的故障指示，需及時更換空氣濾，若不及時更換，堵塞的空氣濾在很短時間內(nèi)流阻會陡然增加，進而加劇風(fēng)扇及軸承的運轉(zhuǎn)負荷，可能產(chǎn)生焦糊味等。

2015年某航空公司與新鄉(xiāng)平原航空器材有限公司合作對一批使用過的A320電子艙空氣濾進行流阻測試，以某北方城市為例，測試結(jié)果見表1。

經(jīng)過測試，OEM件空氣濾的新件初始空氣阻力為1.21kPa，新鄉(xiāng)平原航空器材有限公司生產(chǎn)的PMA件新件初始空氣阻力為1.12kPa，此處的阻力值是指單純?yōu)V芯的阻力，不包括殼體的結(jié)構(gòu)阻力。從表1可以看出，當產(chǎn)品使用時間很短時，如表1中序號1、2的空氣阻力增加很小，表明此時空氣濾處于很健康狀態(tài)；當空氣濾使用時間增加至1361小時，阻力增加至1.53kPa；當使用時間再次增加至1774小時，阻力值突破2kPa，達到2.28kPa，是空氣濾初始空氣阻力的兩倍；使用時間達到1875小時后，空氣阻力達3.96kPa，是初始阻力三倍多；使用時間達到2044小時后，阻力值已經(jīng)高達5.32kPa。

以上的數(shù)據(jù)分析表明，隨著使用時間的增加，空氣濾的空氣阻力增大趨勢明顯，如果不及時更換空氣濾，空氣濾阻力值會快速上升，如圖2所示，將影響電子艙的冷卻效果，空氣濾后方的風(fēng)扇與軸承的負荷也將大幅增加，會縮短它們的壽命周期。

圖1 A320電子設(shè)備通風(fēng)系統(tǒng)工作原理圖

表1 北方某城市機隊空氣濾阻力測試數(shù)據(jù)

表2 南方某城市機隊空氣濾阻力測試數(shù)據(jù)

圖2 北方某城市空氣濾測試阻力上升曲線

圖3 南方某城市空氣濾測試阻力上升曲線

采用相同的方法，對南方某城市的測試結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，由于南方和北方的空氣質(zhì)量不同，使用時間相近的南方的空氣濾阻力要比北方小一些。但數(shù)據(jù)變化的趨勢相同，開始使用時阻力都屬于平穩(wěn)增長，當使用時間達到一定程度后，阻力急劇上升，如2101小時的阻力值急劇增加至4.68kPa，這說明空氣濾堵塞后繼續(xù)使用阻力值會直線增長，如圖3所示，電子艙冷卻效果受到影響，風(fēng)扇與軸承的負荷也會急劇增大。

表3 北京機隊某型號飛機空氣濾阻力測試數(shù)據(jù)

在測試中，對一件在北京基地工作的空氣濾進行檢測，數(shù)據(jù)見表3。從中可以看出，雖然該空氣濾的使用時間只有1388小時，但其空氣阻力非常高，達到5.89kPa，已達報廢程度，拆卸前系統(tǒng)已發(fā)出風(fēng)扇故障警報。該飛機的工作地點北京的空氣質(zhì)量較差，春季又受到沙塵、楊柳絮等的影響，所以在很短的使用時間內(nèi)空氣濾就已達到壽命極限，需要及時進行更換。

3 結(jié)論

經(jīng)過上述分析，判斷A320電子艙空氣濾的壽命極限大約是其阻力值增加到初始阻力的2.5倍的時間，再考慮殼體的結(jié)構(gòu)阻力，并結(jié)合空氣質(zhì)量因素，建議將該型空氣濾的更換周期定為1000飛行小時左右，該周期是其安全的使用時間范圍。

某航空公司電子艙空氣濾的更換周期較長，經(jīng)常出現(xiàn)風(fēng)扇故障問題，將其電子艙空氣濾更換周期降低至1000飛行小時以內(nèi)之后，風(fēng)扇故障問題得到了很大改善。因此，縮短電子艙空氣濾的更換周期，是保護A320飛機電子艙冷卻系統(tǒng)最直接、維護成本最低的方式，重新評估此氣濾的使用周期，可以保證電子艙冷卻系統(tǒng)的正常工作，將飛機電子艙因空氣濾堵塞出現(xiàn)故障的風(fēng)險將至最低。