A320 飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)工作原理和常見故障分析

郭永強(qiáng)

（上海民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院 航空維修系，上海 200030）

1 空調(diào)系統(tǒng)綜述

1.1 空調(diào)系統(tǒng)的作用

現(xiàn)代民航客機(jī)廣泛采用了密閉增壓艙，飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的基本任務(wù)是在各種不同的飛行狀態(tài)和外界條件下，使飛機(jī)的駕駛艙、客艙、設(shè)備艙、貨艙具有良好的環(huán)境參數(shù)，為駕駛員和乘客提供舒適的工作和生活條件，保障設(shè)備的正常工作以及貨物安全。隨著技術(shù)發(fā)展，飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的作用和地位與日俱增，設(shè)備更加完善，性能更加卓越。良好的座艙環(huán)境不僅可以使機(jī)組人員工作更加舒適，還可以提高航空公司的服務(wù)水平，提升客座率，增加航空公司的收益。

1.2 常見的制冷原理

常見的制冷原理有蒸發(fā)循環(huán)制冷原理和空氣循環(huán)制冷原理。其中，空氣循環(huán)制冷被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代民航客機(jī)。

1.2.1 蒸發(fā)循環(huán)制冷原理

利用氟利昂為介質(zhì)，通過壓縮、冷凝、膨脹后變成低壓液體為空氣降溫。蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)冷卻效率高，并且在地面也有良好的制冷效果，高空高速飛行時經(jīng)濟(jì)性也很好，在某些高性能飛機(jī)的電子設(shè)備艙冷卻方面應(yīng)用廣泛。缺點是氟利昂有毒，維護(hù)過程中容易對皮膚和眼睛造成傷害。

1.2.2 空氣循環(huán)制冷原理

空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)主要依靠渦輪制冷，發(fā)動機(jī)的高壓氣體經(jīng)過熱交換器冷卻后再經(jīng)過壓縮，再冷卻，渦輪膨脹對外做功后，氣體自身內(nèi)能和溫度壓力降低，從而獲得合適的溫度和壓力的氣體?？諝庋h(huán)制冷系統(tǒng)的優(yōu)點是調(diào)控方便，設(shè)備質(zhì)量輕、成本低，并且有良好的維護(hù)性，可靠性比較高，安裝要求低，并且由于其冷卻介質(zhì)是空氣，使得座艙增壓冷卻和通風(fēng)可以由同一系統(tǒng)完成。缺點是溫度調(diào)控精度沒有蒸發(fā)制冷系統(tǒng)高，并且使用高度和速度有限制。

根據(jù)其渦輪冷卻器的不同，可以分為3 種類型的制冷系統(tǒng)，分別是簡單式制冷系統(tǒng)、升壓式制冷系統(tǒng)、三輪式制冷系統(tǒng)，其中現(xiàn)代民航客機(jī)最廣泛應(yīng)用的是三輪式制冷系統(tǒng)。

2 A320 飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的工作原理

2.1 簡述

飛機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)由引氣系統(tǒng)提供空氣，通過2 個組件流量控制活門、2 套組件以及混合裝置，將來自客艙和組件的空氣混合，并分配給駕駛艙和客艙。熱空氣壓力調(diào)節(jié)活門及配平空氣活門，將組件上抽出的熱空氣加入到混合裝置中，以調(diào)節(jié)空氣溫度。

在飛機(jī)獲得引氣供給后，空調(diào)系統(tǒng)開始工作?？照{(diào)系統(tǒng)控制器1（ACSC1）控制駕駛艙溫度，空調(diào)系統(tǒng)控制器2（ACSC2）控制前客艙和后客艙區(qū)域的溫度。這些控制器有兩條通道，當(dāng)一條通道失效時，由另一條通道自動控制整個區(qū)域?？諝馀淦交铋T11HK、12HK 和13HK 增加來自混合器組件的熱配平空氣的調(diào)節(jié)量到冷卻的調(diào)節(jié)空氣。區(qū)域控制器47HH 控制配平空氣活門的位置。配平空氣活門安裝在到駕駛艙和2 個客艙區(qū)域各自的熱配平空氣導(dǎo)管。

2 套組件相互獨立，由各自的組件控制器控制。預(yù)熱的暖熱引氣通過組件活門進(jìn)入冷卻通道并被引入初級熱交換器，然后冷卻的引氣進(jìn)入空氣循環(huán)機(jī)的壓氣機(jī)部分，被壓縮為高壓、高溫。在主熱交換器中再次冷卻，在水分離器系統(tǒng)中干燥，進(jìn)入渦輪部分，膨脹做功，產(chǎn)生動力帶動壓氣機(jī)及冷卻空氣風(fēng)扇。

2.2 氣源來源

在地面的時候，可以利用APU（輔助動力裝置）的引氣和地面高壓起源車的引氣[2]，在高空，主要使用2 臺發(fā)動機(jī)的壓氣機(jī)引氣，其中APU 也可以在低空提供空調(diào)引氣。

2.3 三輪式制冷組件的工作原理

三輪式制冷組件工作原理如圖1 所示。

如圖1 所示，來自發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)的熱空氣首先經(jīng)過一級熱交換器、升壓式壓氣機(jī)和二級熱交換器，氣體壓力上升，溫度下降，然后進(jìn)入高壓除水部分的回?zé)崞?，溫度進(jìn)一步降低，再進(jìn)入冷凝器。冷凝器的冷卻空氣來自渦輪出口，其壁面溫度低于空氣的露點溫度，熱空氣流過冷凝器時，在壁面凝結(jié)成水滴，接著通過高壓水分離器分離掉，水滴經(jīng)引射裝置排向沖壓空氣中。部分沒有分離的水分通過回?zé)崞髟僬舭l(fā)。干燥的空氣進(jìn)入渦輪膨脹冷卻，自身獲得很低的溫度，再通過冷凝器，一方面作為冷源，另一方面經(jīng)過熱空氣回?zé)?，可以將渦輪出口凝結(jié)的少量水分或冰加溫融化并蒸發(fā)，最終獲得干燥低溫的氣體。這部分氣體作為空調(diào)系統(tǒng)中的冷氣，與熱空氣進(jìn)行不同比例的摻混，即實現(xiàn)了駕駛艙和客艙的溫度調(diào)節(jié)。區(qū)域溫度控制器控制3 個配平空氣活門，通過調(diào)節(jié)3 個配平空氣活門的位置，可以調(diào)節(jié)冷空氣與熱空氣的比例。

圖1 三輪式制冷組件工作原理

2.4 再循環(huán)風(fēng)扇

再循環(huán)風(fēng)扇將客艙和駕駛艙的部分氣體抽入混合組件中，與空調(diào)制冷組件出口的冷氣進(jìn)行混合，這部分氣體作為冷氣源。

2.5 駕駛艙和客艙溫度調(diào)節(jié)

飛機(jī)安裝有空調(diào)系統(tǒng)，可以調(diào)節(jié)飛機(jī)上各個空間的溫度。飛機(jī)的溫度控制分為兩部分，分別是駕駛艙、客艙和前貨艙的溫度控制以及后貨艙的溫度控制。

在駕駛艙、客艙和前貨艙的溫度控制過程中，熱引氣來自2 個組件流量控制活門。熱引氣通過組件流量控制活門后分成兩路，一路在2 套組件中冷卻，與來自客艙的空氣一同進(jìn)入混合裝置，另外一路流經(jīng)熱空氣壓力調(diào)節(jié)活門、配平活門。最后2 路引氣會合進(jìn)入到駕駛艙、客艙和前貨艙，參與溫度的調(diào)節(jié)。空調(diào)系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)是自動的，由一個區(qū)域控制器及2 個組件控制器控制。位于811 電子艙中的區(qū)域控制器8HK 提供2 個客艙區(qū)域和駕駛艙的溫度調(diào)節(jié)，能夠設(shè)定在18 ℃（64.40 ℉）和30 ℃（86.00 ℉）之間的任何溫度。12 鐘點位是24 ℃（75.20 ℉）。

操作駕駛艙面板的各種旋鈕和按鈕可以控制系統(tǒng)內(nèi)各活門的打開和關(guān)閉，達(dá)到溫度調(diào)節(jié)的目的。駕駛艙、前客艙和后客艙能夠設(shè)定18～30 ℃之間的任何溫度。駕駛艙面板上的旋鈕將信號發(fā)送到區(qū)域控制器8HK，8HK 根據(jù)所選溫度和實際溫度計算出溫度需求（實際溫度由傳感器測量），迅速控制參與溫度調(diào)節(jié)的各活門的狀態(tài)，以進(jìn)行溫度的調(diào)節(jié)，在COND 頁面可以觀察到溫度值。

2.6 貨艙的溫度調(diào)節(jié)

位于駕駛艙22VU上的前貨艙溫度調(diào)節(jié)旋鈕可以調(diào)節(jié)其溫度在5～26 ℃之間變化。

在后貨艙的溫度調(diào)節(jié)過程中，來自APU 引氣管道的熱引氣經(jīng)過配平活門與來自客艙的空氣混合，經(jīng)過進(jìn)口隔離活門后進(jìn)入后貨艙。22VU 的后貨艙溫度選擇旋鈕用以調(diào)節(jié)后貨艙的溫度在5～26 ℃之間變化，加熱控制器10HC 接受調(diào)節(jié)指令后，從溫度傳感器得到信息，控制后貨艙的配平空氣活門12HC 的狀態(tài)，以控制進(jìn)入供氣導(dǎo)管的空氣溫度。

最高管道溫度被控制為70 ℃。當(dāng)管道溫度到88 ℃以上時，位于22VU 上的熱空氣電門上的故障燈亮，在COND頁面可以觀察到壓力調(diào)節(jié)活門關(guān)閉。這個過熱情況被加熱控制器鎖定。當(dāng)管道溫度恢復(fù)正常時，壓入熱空氣電門2 次，能夠重新復(fù)位系統(tǒng)。

貨艙通風(fēng)控制器接收來自22VU的控制信號和貨艙管道溫度傳感器的信號，控制隔離活門的狀態(tài)，以調(diào)節(jié)貨艙的溫度。后貨艙溫度調(diào)節(jié)的前提條件是后貨艙門和散裝貨艙門都關(guān)閉。如果一個門打開，后貨艙的溫度將不能夠調(diào)節(jié)。

3 常見故障案例分析

某航班駕駛艙的下ECAM 顯示狀態(tài)信息：駕駛艙配平活門故障，故障代碼為Cockpit Trim-Air Valve Fault。排故流程如下：①根據(jù)故障信息[3]查詢排故手冊TSM，得知可能原因有（11HK）TRIM VALVE CKPT 的故障、區(qū)域溫度控制器8HK CONT-ZONE TEMPERATURE 的故障、CACS1 的故障，還有導(dǎo)線的問題。②故障確認(rèn)。通過MCDU 系統(tǒng)自檢測試，顯示（11HK）TRIM VALVE CKPT。③查閱AMM 飛機(jī)維護(hù)手冊，更換故障件駕駛艙配平空氣活門。④更換故障部件后，故障信息消除，則將飛機(jī)恢復(fù)初始狀態(tài)。⑤更換故障部件后，故障依舊，則可能是導(dǎo)線問題，查詢ASM 飛機(jī)簡圖手冊和WDM 飛機(jī)線路圖手冊，更換故障導(dǎo)線。⑥將飛機(jī)恢復(fù)至初始狀態(tài)。