LEAP-1A發(fā)動機壓力感壓子系統(tǒng)(PSS)除水質量改進方案

梁勇 管學東

1 研究背景

1.1 壓力感壓子系統(tǒng)的功能及缺陷

壓力感壓子系統(tǒng)（Pressure SubSystem，PSS）是空客A320neo飛機LEAP-1A發(fā)動機壓力感壓系統(tǒng)，由位于發(fā)動機風扇機匣右側的PSS計算機（圖1）和連接計算機及發(fā)動機的感壓管路組成。計算機內部的感壓原件感受空氣壓力信號，并轉換為電信號傳遞給發(fā)動機電子控制組件（Electronic Engine Control ，EEC），用于發(fā)動機推力計算。 PSS是參與發(fā)動機控制的重要系統(tǒng)。

由于發(fā)動機制造商的設計缺陷，水汽會積聚在PSS計算機內部（圖2）。寒冷季節(jié)時，水汽遇冷凝結后易出現堵塞感壓口或凍結感壓薄膜，便會造成感壓元件生成的電壓力信號錯誤、發(fā)動機控制異常，嚴重情況下還會導致雙發(fā)推力不一致的問題。全球多個航空公司都不斷發(fā)現與PSS計算機積水相關的故障，并已導致多起中斷起飛甚至偏離跑道等惡性事件。

1.2發(fā)動機制造商解決措施

發(fā)動機制造商為解決PSS寒冷季節(jié)故障多發(fā)的問題，給出了如下解決措施：每1500飛行小時，對PSS計算機加熱，同時用真空泵抽除計算機內部積水。

在發(fā)動機制造商提供的方案中，要求在環(huán)境溫度小于18.3℃時，用熱風槍加熱PSS計算機，如圖3所示。加熱溫度根據外界的實際環(huán)境溫度設定，見表1，加熱時間最少4分鐘，然后用真空泵抽水汽至少20分鐘，以此去除PSS計算機內部水汽。真空泵壓力設置為-1大氣壓。此除水原理是，密閉空間內，提高真空度，水的沸點會隨之降低。當設備內真空度達到-1大氣壓時，溫度達到18.3℃水會汽化進而被真空泵抽出。

2 發(fā)動機制造商除水程序缺點與錯誤

2.1故障依舊存在

隨著環(huán)境溫度的降低，全球LEAP-1A機隊PSS系統(tǒng)故障仍然頻繁發(fā)生，通常可以通過航后除水排除。表2為某LEAP-1A機隊（17架飛機）2019年度冬季PSS系統(tǒng)故障累計統(tǒng)計值；平均每3天發(fā)生一起故障。

為避免延誤，該航司被迫采用航前加溫PSS計算機的辦法。該方法給勤務人員帶來極大的壓力，一線基層員工苦不堪言。

即使如此，仍然不能避免重大故障的發(fā)生：2020年1月中旬，某航司A320neo飛機滑出進入跑道等待期間，機組報告左發(fā)顯示“start stall”，左發(fā)自動停車，各項發(fā)動機參數下降，機組執(zhí)行飛機電子集中監(jiān)視系統(tǒng)（ECAM）動作并滑回。事后調查發(fā)動機自動停車的原因是PSS計算機PS3感壓元件結冰，EEC輸入信號錯誤，發(fā)動機控制失效。

2.2分析除水程序中存在的缺點和錯誤

水三態(tài)（固/液/氣）與溫度和壓力對應關系如圖4所示，真空泵設置壓力為-1大氣壓時，水的最低氣化溫度為18.3℃。當外界溫度低于18.3℃時，為讓PSS計算機里存在的液/固態(tài)水汽化，用熱風槍加熱PSS計算機殼體。外界溫度越低，所需熱風槍出口溫度設置要求越高，以確保PSS計算機殼體溫度可達到預期除水要求的18.3℃。

分析除水程序，發(fā)現存在如下問題：

1） 北方地區(qū)冬季溫度低，PSS計算機金屬殼體散熱快，局部殼體溫度無法達到規(guī)定值；

2） 受海拔高度、設備滲漏等原因影響，真空泵無法維持-1大氣壓；

3） 熱風槍出口至PSS計算機殼體有距離，存在熱量散失。熱風槍出口溫度與殼體溫度呈非線性關系，18.3℃的最低溫度無法精準控制；

4） PSS計算機殼體溫度值無測量程序；

5） PSS感壓空氣管內部存在結冰的可能性，用壓縮空氣或氮氣無法去除固態(tài)冰；

6） 整個程序缺少檢驗除水成果確認環(huán)節(jié)；

7） 外界溫度低于-20.0℃后，發(fā)動機生產廠方案已無法滿足除水條件（北緯40°或更高緯度地區(qū)時常能達到零下20℃）。

綜上所述，發(fā)動機制造商提供的方案，僅是一種理想狀態(tài)，并不能達到完全去除PSS計算機內部水汽的目的。

3 改進措施

3.1研制PSS計算機保溫測溫罩

針對金屬殼體散熱快，局部溫度無法達到規(guī)定值，無法精準掌握PSS計算機殼體溫度的問題，研制出PSS計算機保溫測溫罩，如圖5所示。該設備有三層結構：內層為航空反輻射隔熱材料，中間層航空保溫材料，外層橙黃色阻燃特種布料。粘扣式安裝在PSS計算機上，中下部留有熱風槍加溫區(qū)域。保溫護罩上還設有測溫儀（含測溫線/測溫點）以及銘牌、警示牌等。

整個加溫過程中，該設備可以有效保持計算機殼體整體溫度，并實時反饋溫度值，便于熱風槍操作者控制溫度。

3.2改進工作程序

改進工作程序的主要思路是采用參數裕度補設備不足，具體如下。

1） 根據數據分析和經驗總結，確定抽真空前對PSS計算機的加溫時間為20分鐘，該加熱時長能較好保證水的氣化效果。

2） 通過測溫器實時監(jiān)控PSS計算機表面溫度，確保PSS計算機外殼溫度持續(xù)保持在35℃～50℃之間，從而解決溫度過低無法達到預期除水效果，而溫度過高又會損壞PSS計算機的問題。

3） 感壓管除水，由原程序的壓縮空氣或氮氣，改為熱空氣，可以有效液化固態(tài)水，便于吹除。

4） 增加質量檢測程序：在除水工作結束后，采用孔探設備檢查所述PSS計算機內部水滴殘留情況，確定達到要求效果。

5） 保溫設備彌補了發(fā)動機制造商方案在–20℃無法執(zhí)行除水工作的局限性，以及隨外界溫度降低所需加熱槍溫度過高的危險性。

4 效果檢測

自2020年1月16日至今，PSS計算機質量改進方案實施以來，經歷了多次低溫寒潮，溫度多次達到–20℃以下，但該機隊未再發(fā)生PSS計算機故障。因此可以證明，PSS除水質量改進方案是切實有效的。

2020年9月，南方航空攜該改進方案參加“2020年中國質量技術與創(chuàng)新成果發(fā)表賽”，獲得專業(yè)級獎項。2020年9月，該創(chuàng)新方法及工具，獲得國家知識產權局授予的專利證書（專利號：202010354258.7）。

5推廣價值

壓力感壓子系統(tǒng)（PSS）除水質量改進方案已在南航LEAP-1A全機隊推廣，得到各分子公司一致好評。

鑒于LEAP-1A發(fā)動機的姊妹機LEAP-1B發(fā)動機在運營階段PSS系統(tǒng)也出現過同樣的困擾（LEAP-1B發(fā)動機裝配于波音737MAX，目前該型機處于停運階段），且至今仍未得到有效控制，經查詢手冊，LEAP-1B發(fā)動機的PSS系統(tǒng)與LEAP-1A的外觀和原理基本一致，所以該除水質量設計方案也可推廣至LEAP-1B機隊。

6結論

“PSS計算機質量改進方案” 可以避免飛機航前起動過程中PSS計算機故障發(fā)生，減少由于此故障發(fā)生而導致的航后工作者的任務量，以及由此故障導致的惡性航班延誤/換機飛行等風險。通過改進的技術手段、細化的質量控制環(huán)節(jié)，提升了發(fā)動機安全性和可靠性，提高了航司的經濟效益和社會效益。

參考文獻

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[3] AIRBUS. AMM TASK 73-21-45-210-802-A Pressure Sub-System and Sense Line Dry Out[Z].

作者簡介

梁勇，技術管理部經理，碩士，主要從事A320飛機工程管理工作。

管學東，技術管理部工程師，主要從事A320飛機發(fā)動機工程管理工作。