波音737-800飛機座艙高度速率指示擺動故障分析

■ 楊春明/昆明航空有限公司

一架波音737-800飛機機組反映飛機在11000m巡航時，座艙高度升降率表指針持續(xù)在-300～+300ft/min之間來回擺動，除此之外無其他異常指示。

1 排故過程

大多數(shù)排故人員在接到該故障報告后都會想到座艙增壓與引氣系統(tǒng)故障的可能性比較大。由于故障隔離手冊上沒有給出適合的隔離程序，并且DFDAU對空調(diào)與增壓控制系統(tǒng)采集的參數(shù)又比較少，給該故障的隔離帶來了一定的難度。該故障從首次報告到徹底排除經(jīng)歷了一個多月，排故初期先后完成過以下工作：

1)1號和2號座艙增壓控制器（CPC)自檢，無當(dāng)前故障和故障歷史信息。

2)地面進行座艙壓力滲漏測試，座艙壓力從4.0psi下降到2.5psi歷時195s，明顯優(yōu)于維護手冊中110s的標(biāo)準(zhǔn)。

3)與其他飛機對換座艙升降速率表。

4)與其他飛機分別對換CPC1和CPC2。

5)與其他飛機對換后溢流活門（OFV)。

6)與其他飛機分別對換左右空調(diào)附件組件。

7)與其他飛機分別對換左右引氣調(diào)節(jié)器和調(diào)壓關(guān)斷活門（PRSOV)。

8)更換左右空調(diào)流量控制和關(guān)斷活門（FCSOV)。

完成上述的每一項工作之后，故障依舊，而其他串件的飛機并未反映故障。

座艙升降速率表是一個純機械式的儀表，完全靠內(nèi)部的膜盒來測量升降速率的變化。為了核實是否是真實的升降速率擺動，排故人員跟機觀察故障時，隨身攜帶了一個座艙升降速率表備件，在各個飛行階段分別在駕駛艙、前客艙和后客艙進行升降速率的測量。發(fā)現(xiàn)無論在哪個位置上，隨身攜帶的升降速率表指示的擺動幅度都與駕駛艙的指示一致。并且巡航階段，引氣管道壓力指示穩(wěn)定在40psi，后溢流活門位置指示穩(wěn)定在關(guān)閉位附近，座艙高度5500ft，座艙壓差7.5psi。

在與機組進行了充分溝通后，機組同意配合通過調(diào)節(jié)三個區(qū)域溫度選擇電門的位置來進行故障情況的觀察。結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)三個區(qū)域的溫度選擇電門都調(diào)節(jié)到全冷位置后，升降速率表擺動立即停止，但是維持幾十秒之后又開始擺動。于是，恢復(fù)三個區(qū)域溫度選擇電門到自動位，再次嘗試將配平空氣活門電門設(shè)置到OFF位進行觀察，結(jié)果和之前的嘗試完全一樣，由此確定該故障與溫度控制系統(tǒng)有關(guān)。飛機落地后，分別在1號和2號組件區(qū)域溫度控制器（PZTC)上進行自檢，都沒有故障指示。接著對空調(diào)系統(tǒng)進行測試，將三個區(qū)域溫度選擇電門設(shè)置在全冷位時，發(fā)現(xiàn)右空調(diào)組件的溫度控制活門（TCV)上的位置指示不穩(wěn)定，有時卡在關(guān)閉位前面的某一位置，有時在關(guān)閉位附近來回擺動，且擺動速率與座艙高度升降速率表的擺動速率非常接近。而左空調(diào)組件的TCV和其他三個區(qū)域配平空氣調(diào)節(jié)活門（ZTAMV)的位置指示都非常穩(wěn)定地保持在關(guān)閉位。最終，更換了右TCV（件號398908-3)后故障徹底排除。

2 故障原理分析

737-800型飛機的座艙溫度分三個區(qū)域進行控制，分別是駕駛艙、前客艙和后客艙，系統(tǒng)原理圖如圖1所示，溫度控制面板、座艙高度及壓差指示器、升降速率表如圖2所示。來源于發(fā)動機和APU的高溫高壓引氣在經(jīng)過FCSOV后分為兩路：一路是熱路，直接通過配平空氣關(guān)斷活門（TRIM AIR PRSOV)調(diào)壓后供到三個ZTAMV的上游，此位置上的供氣壓力比座艙的壓力高4psi，以保證穩(wěn)定的供氣流量；另一路通過初級熱交換器、壓氣機、次級熱交換器、高壓水分離器和渦輪進行制冷，左右空調(diào)組件的制冷空氣在混合總管內(nèi)混合后，分別通過三個座艙區(qū)域的分配管道供往駕駛艙、前客艙和后客艙。三個區(qū)域的溫度選擇電門分別通過PZTC控制著熱路上的三個ZTAMV的開度，從而控制三個座艙區(qū)域的冷熱路空氣的混合比例。另外，PZTC接收組件和管道溫度傳感器、三個座艙區(qū)域的溫度傳感器、三個區(qū)域溫度選擇電門的輸入信號，通過控制與空調(diào)組件并聯(lián)的TCV的開度來控制空調(diào)組件的輸出溫度。當(dāng)TCV失效在全關(guān)位時，高壓水分離器內(nèi)的冷凝水結(jié)冰，使其入口和出口壓差增大，從而通過伺服機構(gòu)打開備用TCV以提高渦輪下游的溫度。另外，備用TCV在備用溫度控制模式下還受到PZTC的控制。由上面的分析可知，調(diào)節(jié)座艙的溫度有兩種方式，一種是通過ZTAMV調(diào)節(jié)冷熱路的混合比例，另一種是通過TCV調(diào)節(jié)空調(diào)組件的輸出溫度。

圖1 737-800型飛機座艙溫度控制系統(tǒng)原理圖

圖2 溫度控制面板、座艙高度及壓差指示器、升降速率表圖

拆下的TCV活門封嚴(yán)及送修更換件如圖3所示。部件送修檢測時發(fā)現(xiàn)TCV內(nèi)部的軸承存在磨損、不同位置處摩擦力大小不同（用手指轉(zhuǎn)動軸承內(nèi)外圈也可以感受到)、位置電門電阻值超標(biāo)等情況。從圖4和圖5可以看到，TCV活門的門板封嚴(yán)已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p壞。當(dāng)TCV處于關(guān)閉位置時，高溫高壓引氣可以直接從門板與活門體的縫隙流到TCV的下游，從而影響組件的輸出溫度。在大多數(shù)的制冷情況下，右空調(diào)組件的出口溫度因為TCV門板的漏氣而高于PZTC的目標(biāo)溫度，因此PZTC不斷地調(diào)節(jié)TCV的開度，試圖將TCV向關(guān)閉方向作動。另外，由于軸承在不同的角度上存在的摩擦阻力不同，容易導(dǎo)致作動器馬達(dá)因為克服不均勻的摩擦阻力而產(chǎn)生超調(diào)現(xiàn)象。所以TCV的位置始終無法穩(wěn)定，在開位和關(guān)位兩個位置間來回運動。而空調(diào)系統(tǒng)給座艙提供的供氣流量在正常情況下是恒定的，并且增壓系統(tǒng)通過控制流出機外的空氣流量來實現(xiàn)座艙的增壓控制，巡航時為了維持穩(wěn)定的座艙高度、座艙壓差和座艙高度升降速率，座艙壓力控制器會指令后溢流活門的開度維持在關(guān)閉位附近的一個角度上，保持流入座艙的流量與流出座艙的流量相等。PZTC反復(fù)調(diào)節(jié)TCV的位置，實際上就造成了供往座艙的空氣流量反復(fù)發(fā)生變化，而后溢流活門的開度不變。因此，座艙升降速率表也就來回擺動，并且速率表的擺動與TCV活門的擺動節(jié)奏非常接近（高溫高壓引氣流量變化對座艙高度速率變化的影響比冷路低溫低壓空氣流量變化造成的影響更大)。

圖3 TCV超控在關(guān)閉位做透光檢查

圖4 TCV超控在全開位時門板封嚴(yán)損壞

圖5 TCV送修廠家更換的軸承、位置電門和門板封嚴(yán)

巡航時，將三個區(qū)域溫度調(diào)節(jié)電門選擇全冷位，PZTC同時指令兩個TCV和三個ZTAMV向關(guān)閉方向作動，總體上來看供往座艙的高溫高壓熱空氣流量在下降，右TCV在關(guān)閉位附近來回擺動造成的影響被其他幾個活門關(guān)小造成的影響所抵消，因此，在過渡過程中，座艙升降速率表能維持短暫的穩(wěn)定。配平空氣電門設(shè)置OFF位時，在效果上與三個區(qū)域溫度選擇全冷位是相同的，只不過這會引起PZTC從正常的平衡工作模式轉(zhuǎn)為不平衡平均工作模式。無論在哪種模式，溫度控制都是通過調(diào)節(jié)TCV和ZTAMV的開度來進行的。

由于左右空調(diào)組件的兩個TCV和溫度控制系統(tǒng)內(nèi)的三個ZATMV件號是互換的，因此其中任何一個失效都會造成同樣的故障現(xiàn)象。如果是ZTAMV故障，將配平空氣電門設(shè)置OFF位時，升降速率表的擺動是可以停止并保持穩(wěn)定的。另一架737-800飛機曾反映過同樣的故障現(xiàn)象，在更換了駕駛艙區(qū)域的ZTAMV后故障得以排除，故障件號為398908 -5。

通常TCV和ZTAMV的故障是由PZTC進行檢測的，當(dāng)PZTC檢測發(fā)現(xiàn)TCV和ZTAMV故障時，駕駛艙的組件區(qū)域溫度燈會點亮，并且在PZTC上做自檢時也會有相應(yīng)的故障信息提示。但這兩次的TCV和ZTAMV故障模式PZTC并沒有檢測到。

在之前的基礎(chǔ)執(zhí)照和機型中學(xué)習(xí)到的知識體系里，座艙高度升降速率與后溢流活門以及機外排氣活門的作動方向和作動速率相關(guān)。在正常情況下，空調(diào)系統(tǒng)供往座艙的流量是恒定的，主要受FCSOV的調(diào)節(jié)，后溢流活門以及機外排氣活門控制著流出座艙的流量，從而影響座艙高度升降速率。實際上，后溢流活門以及機外排氣活門的位置穩(wěn)定，而供往客艙的空氣流量發(fā)生變化時，如發(fā)動機功率發(fā)生變化或TCV、ZTAMV處于調(diào)節(jié)過程的情況下，座艙高度升降速率表也會隨著變動，而CPC并不認(rèn)為小幅度的升降速率波動是故障，所以不會記錄故障信息。本例中的TCV和ZTAMV故障模式是一種極不常見的故障模式，并且座艙溫度控制器的自檢結(jié)果也不是完全可靠，原因是PZTC無法檢測軸承的摩擦力不均勻。

3 總結(jié)

引氣控制、空調(diào)制冷、溫度調(diào)節(jié)、增壓控制等分系統(tǒng)間有著千絲萬縷的聯(lián)系，不同的部件發(fā)生故障可能導(dǎo)致相似的故障指示，排故過程中非常容易選錯方向，甚至讓排故人員感到無從下手。在這類故障的排故過程中，既要充分掌握AMM的系統(tǒng)原理描述部分的內(nèi)容，理清線路圖冊的控制關(guān)系和邏輯，還要細(xì)心觀察，加強與機組人員、廠家技術(shù)支援人員的溝通協(xié)調(diào)，充分整合并利用各種資源才能有效地提高故障隔離的準(zhǔn)確度。

[1]Boeing. Boeing 737-600/700/800/900 Aircraft Maintenance Manual（D633A101-KNM)[Z].

[2]Boeing. Boeing 737-800 Air Conditioning（21-00)Synopic（737-6789_0001_0055_V16)[Z].