A330飛機貨艙通風(fēng)系統(tǒng)抽氣扇故障分析

摘要：介紹了空客A330飛機貨艙通風(fēng)系統(tǒng)原理和貨艙通風(fēng)系統(tǒng)抽氣扇的主要故障模式及其影響，對抽氣扇不工作典型故障案例的故障隔離與分析進行討論，針對貨艙通風(fēng)系統(tǒng)抽氣扇故障模式展開維修策略工程分析。

關(guān)鍵詞：抽氣扇；繼電器；缺相；狀態(tài)監(jiān)控；審定維修要求

Keywords： extraction fan；relay；phase loss；condition monitoring；certification maintenance requirements

1 系統(tǒng)原理和背景

貨艙通風(fēng)系統(tǒng)向飛機貨艙提供通風(fēng)空氣。對于后貨艙通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)控制器280HN自動控制后貨艙通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)控制器給控制繼電器9HN線圈通電，繼電器動作使抽氣扇291HN三相電機獲得交流供電。按壓后貨艙通風(fēng)關(guān)斷（隔離活門）電門10HN，電門OFF燈點亮，抽氣扇停止工作。當(dāng)貨艙產(chǎn)生煙霧時，抽氣扇亦會停止工作。當(dāng)繼電器線圈斷電后，繼電器銜鐵在彈簧作用下動作，常開觸點斷開，常閉觸點閉合，抽氣扇三相電機的交流供電會被切斷。

抽氣扇是貨艙通風(fēng)系統(tǒng)的重要部件，其主要故障模式是“不能轉(zhuǎn)動（風(fēng)扇不工作）”和“不能關(guān)斷（風(fēng)扇失控）”。抽氣扇不工作是常見故障，抽氣扇不能關(guān)斷故障則較為少見。某航司從2015年至今共出現(xiàn)30余起后貨艙通風(fēng)系統(tǒng)失效故障事件，故障原因均與抽氣扇失效有關(guān)，更換抽氣扇后故障排除。抽氣扇291HN本身故障（如馬達軸承卡阻）、繼電器9HN失效（如繼電器線圈開路或觸點損傷）、抽氣扇供電跳開關(guān)質(zhì)量問題、通風(fēng)控制器故障或線路故障均是導(dǎo)致抽氣扇不工作的可能故障原因。因繼電器失效而導(dǎo)致抽氣扇不工作（過熱）的故障事件屬典型案例，將在下文予以論述。

抽氣扇不工作故障會導(dǎo)致貨艙通風(fēng)系統(tǒng)失效，貨艙通風(fēng)系統(tǒng)失效不會對飛機安全性和運行正常性造成不利影響，可進行可靠性“狀態(tài)監(jiān)控”而無需預(yù)防性維修。當(dāng)貨艙產(chǎn)生煙霧時，抽氣扇不能關(guān)斷故障可能會造成嚴(yán)重安全性后果，且故障具有隱蔽性，為此必須對故障嚴(yán)加管控。針對貨艙通風(fēng)系統(tǒng)抽氣扇的不同故障模式及其故障影響應(yīng)當(dāng)采取不同的維修策略。

2 抽氣扇不工作案例故障隔離與分析

2.1 故障案例

一架空客A330飛機觸發(fā)ECAM警告信息“COND AFT CRG VENT FAULT（后貨艙通風(fēng)系統(tǒng)失效）”和“ELEC C/B TRIPPED（跳開關(guān)跳出）”，后貨艙通風(fēng)系統(tǒng)抽氣扇電機交流供電電路的跳開關(guān)跳出，抽氣扇不工作且存在過熱發(fā)燙現(xiàn)象。經(jīng)故障隔離確定故障原因為控制抽氣扇的三相電機的繼電器失效，導(dǎo)致抽氣扇電機缺相運行。更換繼電器后故障排除，測試正常。

2.2 故障隔離與分析

排故中觀察到的具體故障現(xiàn)象是：飛機觸發(fā)了ECAM警告信息“COND AFT CRG VENT FAULT”和“ELEC C/ B TRIPPED”，關(guān)聯(lián)故障信息為AFT CARGO FAN（291HN），檢查發(fā)現(xiàn)位于721VU面板上的抽氣扇電機交流供電電路的跳開關(guān)8HN跳出，抽氣扇291HN不工作且存在發(fā)燙過熱情況。

根據(jù)慣常排故經(jīng)驗采取的排故措施是：飛機斷電后脫開抽氣扇291HN的電插頭，按回跳開關(guān)8HN后給飛機重新通電，檢查跳開關(guān)未再跳出；對跳開關(guān)8HN至抽氣扇291HN之間的供電線路及繼電器9HN線圈通電線路的絕緣性和導(dǎo)通性進行電路測量亦能獲得正常結(jié)果。此外，空客排故手冊TSM關(guān)于故障信息AFT CARGO FAN（291HN）的排故程序也給出了首先更換抽氣扇的排故指引。綜合前述因素，判斷可能的故障原因是抽氣扇，然而安裝新抽氣扇后故障現(xiàn)象依舊。由于通風(fēng)控制器280HN和按壓電門10HN與故障現(xiàn)象并無因果相關(guān)性（不能合理解釋故障現(xiàn)象），而跳開關(guān)8HN的質(zhì)量通常較為可靠，根據(jù)故障現(xiàn)象和系統(tǒng)原理進行綜合判斷，認為可能的故障原因應(yīng)與繼電器9HN有關(guān)。盡管排故手冊針對后貨艙抽氣扇過熱的排故措施也將繼電器9HN列為可能的故障原因，但手冊明顯語焉不詳，僅僅簡單提示更換繼電器9HN后觀察排故效果，并未給出具體的故障隔離方法，為此應(yīng)與空客就手冊的排故程序優(yōu)化事宜進行商討。基于繼電器9HN是可能故障原因的判斷結(jié)果，需對繼電器專門進行排故隔離（參見圖1）。

將繼電器9HN拆下后，繼電器線圈電阻測量結(jié)果正常（無開路情況）。若線圈開路則會使繼電器常開觸點無法正常閉合，導(dǎo)致抽氣扇電機無法得電工作，但是并不會造成跳開關(guān)跳出及抽氣扇過熱情況發(fā)生。之后分別測量繼電器觸點A2-A3、B2-B3和C2-C3的通斷狀態(tài)，結(jié)果這些常閉觸點均處于斷路狀態(tài)。實際上，當(dāng)繼電器被拆下后，由于繼電器線圈無電，所以常閉觸點A2-A3、B2-B3和C2-C3閉合（通路狀態(tài)）才屬正常情況。再對繼電器9HN常開觸點A2-A1、B2-B1和C2-C1的通斷狀態(tài)進行測量，除觸點A2-A1是斷路狀態(tài)外，觸點B2-B1和C2-C1閉合（通路狀態(tài)）。從原理上講，當(dāng)繼電器線圈未通電時，常開觸點應(yīng)當(dāng)斷開，處于通路狀態(tài)顯然不正常；此外，盡管常開觸點A2-A1處于斷路狀態(tài)，但之前常閉觸點A2-A3的測量結(jié)果同樣是斷路狀態(tài)，說明繼電器觸點已失效。對領(lǐng)用的新繼電器進行對比測量，確證新繼電器的常閉觸點A2-A3、B2-B3和C2-C3可正常閉合（通路狀態(tài)），由此確認舊繼電器已損壞失效。

控制繼電器存在突發(fā)失效的可能。繼電器9HN常閉觸點A2-A3和常開觸點A2-A1在繼電器線圈斷電后均處于斷路狀態(tài)，此測量結(jié)果表明繼電器由于不可知原因已損壞。在繼電器線圈通電后，如果常開觸點A2-A1不能閉合而B2-B1和C2-C1能正常閉合（通路狀態(tài)），在此情況下，貨艙抽氣扇電機的三相交流供電電源缺少一相，導(dǎo)致對應(yīng)電機繞組無電流通過，于是抽氣扇三相異步電機缺相運行。當(dāng)電機缺相運行時，電流增大超過設(shè)計額定電流時，跳開關(guān)會跳出以起到斷流保護作用，缺相運行的電機亦會發(fā)生過熱甚至繞組燒毀的情況。大電流還會使繼電器常開觸點B2-B1和C2-C1發(fā)生粘連無法彈開而始終處于閉合狀態(tài)。安裝新抽氣扇后，由于繼電器9HN觸點A2-A1保持斷路狀態(tài)而觸點B2-B1和C2-C1始終閉合（通路狀態(tài)），因此抽氣扇電機缺相運行情況仍會發(fā)生。抽氣扇電機缺相運行（造成跳開關(guān)跳出）的致因與繼電器、供電線路或抽氣扇（電機三相繞組中一相斷路）有關(guān)，由于真正的故障原因是繼電器（失效導(dǎo)致抽氣扇電機缺相運行），所以更換抽氣扇的維修措施并不能從根本上解決問題。當(dāng)抽氣扇電插頭被脫開后，由于抽氣扇電機的交流供電斷開，因此抽氣扇電機缺相運行并不會發(fā)生，缺相運行影響便無從談起，這可為抽氣扇電插頭脫開后跳開關(guān)未跳的現(xiàn)象做出合理解釋。

根據(jù)故障隔離和故障分析結(jié)果，更換繼電器9HN后檢查后貨艙抽氣扇工作正常，后貨艙通風(fēng)系統(tǒng)測試結(jié)果正常，說明故障成功排除。

3 維修策略工程分析

3.1 “抽氣扇不工作故障模式”維修策略

當(dāng)抽氣扇不工作故障發(fā)生時，后貨艙通風(fēng)系統(tǒng)失效，飛機會觸發(fā)ECAM警告信息“COND AFT CRG VENT FAULT”，故障對于機組而言明顯可見不存在隱蔽性，后貨艙通風(fēng)系統(tǒng)失效不會影響飛機運行安全，只是影響貨艙活體運輸?shù)慕?jīng)濟性。后貨艙通風(fēng)系統(tǒng)失效不會造成運行性影響，這是因為貨艙通風(fēng)系統(tǒng)失效（抽氣扇失效）是最低設(shè)備清單MEL可保留項目，且無飛行前必須完成的維護程序；此外，飛行機組操作手冊FCOM針對“COND AFT CRG VENT FAULT”警告信息的處理也僅是“CREW AWARENESS（機組知悉）”，由于警告出現(xiàn)時機組不必使用非正?；驊?yīng)急處理程序，因此貨艙通風(fēng)系統(tǒng)失效不會造成運營中斷的后果。從故障的經(jīng)濟性影響來看，貨艙通風(fēng)系統(tǒng)失效會因修復(fù)性維修而產(chǎn)生一定的直接維修費用。

貨艙通風(fēng)系統(tǒng)失效不會對安全性和運行性造成有害影響，風(fēng)險等級低。作為貨艙通風(fēng)系統(tǒng)的重要部件，抽氣扇的設(shè)備可靠性決定了貨艙通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性，為保證貨艙通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)對抽氣扇進行故障管控的分析。盡管抽氣扇不是導(dǎo)致貨艙通風(fēng)系統(tǒng)失效的唯一故障原因，但從可靠性數(shù)據(jù)來看，貨艙通風(fēng)系統(tǒng)失效的故障原因幾乎都與抽氣扇失效有關(guān)。抽氣扇故障率低且穩(wěn)定，設(shè)備可靠性較高（MTBUR值在20000FH以上），從維修經(jīng)濟性方面衡量，在預(yù)防性維修（定時維修或視情維修方式）上所投費用要比抽氣扇失效后進行排故所產(chǎn)生的費用高，此外，過多的維修工作還會增加維修人為差錯發(fā)生的可能性。從系統(tǒng)故障后果、故障明顯性、維修經(jīng)濟性和維修差錯防控幾方面進行綜合考量，不需要執(zhí)行預(yù)防維修性質(zhì)的計劃維修工作來控制抽氣扇失效的故障發(fā)生概率，但可采取狀態(tài)監(jiān)控的維修方式（體現(xiàn)在航司可靠性管理）來分析和維持系統(tǒng)可靠性水平。一方面，可待設(shè)備出現(xiàn)故障后進行事后修復(fù)性維修；另一方面，保持可靠性監(jiān)控，必要時進行工程調(diào)查并采取合適糾正措施，從而使故障率不會超限。

3.2 “抽氣扇不能關(guān)斷故障模式”維修策略

后貨艙通風(fēng)系統(tǒng)抽氣扇不能關(guān)斷（失控）是一種具有高危險性特性的故障模式，可能的故障原因與繼電器9HN、通風(fēng)控制器280HN或后貨艙通風(fēng)關(guān)斷電門10HN有關(guān)。繼電器是最有可能的故障原因或根本故障原因，當(dāng)繼電器銜鐵由于返回彈簧勞損或觸點損傷而不能正常釋放時，繼電器的常開觸點會始終閉合，從而導(dǎo)致交流電源始終向抽氣扇電機供電，抽氣扇持續(xù)工作而不能關(guān)斷。

在設(shè)計上，為保證貨艙通風(fēng)，通風(fēng)控制器自動控制貨艙通風(fēng)系統(tǒng)，抽氣扇運轉(zhuǎn)，當(dāng)抽氣扇因繼電器失效而持續(xù)運轉(zhuǎn)（不能關(guān)斷）時，貨艙通風(fēng)系統(tǒng)的工作正常性仍然可以保證，飛機不產(chǎn)生駕駛艙效應(yīng)，換言之抽氣扇不能關(guān)斷故障模式具有隱蔽性特性。當(dāng)貨艙產(chǎn)生煙霧時，抽氣扇可自動關(guān)斷或由人工控制關(guān)斷，此時貨艙應(yīng)不再通風(fēng)，但是如若抽氣扇不能關(guān)斷而保持持續(xù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)，則存在事故風(fēng)險，飛機運行安全將受到威脅。操作測試的作用是發(fā)現(xiàn)隱蔽功能故障，空客MPD 212800-01作為定期執(zhí)行操作測試用于確證抽氣扇在貨艙煙霧產(chǎn)生時能否關(guān)斷，可用于發(fā)現(xiàn)抽氣扇不能關(guān)斷（失控）的隱蔽性問題，該維修任務(wù)來源之一是與安全相關(guān)的審定維修要求CMR。作為型號合格審定運行限制所要求的定期維護檢查任務(wù)（屬強制性維修要求），CMR用于探測和發(fā)現(xiàn)潛在的、存在顯著安全隱患的危險失效狀況是否已發(fā)生，即做到“失效-發(fā)現(xiàn)”，但是不具有預(yù)防故障發(fā)生的功能。當(dāng)通過檢測發(fā)現(xiàn)危險的失效問題已發(fā)生時，從保證航空器安全性考慮，需立即采取維修措施予以修復(fù)。對于抽氣扇不能關(guān)斷的故障，當(dāng)通過操作測試發(fā)現(xiàn)該“隱患”后，考慮到故障會對飛機運行安全造成不利影響，則故障保留不可接受，從安全風(fēng)險控制和事故預(yù)防角度出發(fā)，需在飛機放行前徹底排故。若在下次飛行前由于條件所限確實無法執(zhí)行排故工作，可采用的權(quán)宜之計是將抽氣扇供電跳開關(guān)8HN拔出后對貨艙通風(fēng)系統(tǒng)（失效）辦理MEL保留，失去交流供電電源后抽氣扇不會工作，抽氣扇“不能關(guān)斷”問題已不存在，此辦法實質(zhì)上是把有安全性影響的故障模式轉(zhuǎn)化成為非安全性影響的故障模式，能夠?qū)崿F(xiàn)對安全風(fēng)險的有效控制。

由于空客排故手冊并沒有關(guān)于貨艙抽氣扇不能關(guān)斷故障的排故任務(wù)，因此可與廠家進行交流，陳述手冊不盡之處，建議空客在手冊中增加排故任務(wù)以方便維修人員排故。

4 結(jié)論

文中故障案例所述抽氣扇不工作（過熱）的故障原因是繼電器9HN故障，而繼電器9HN也是抽氣扇不能關(guān)斷故障最有可能的原因。對于抽氣扇不工作（過熱）故障案例的排故，應(yīng)根據(jù)故障現(xiàn)象并結(jié)合系統(tǒng)原理進行分析，通過故障隔離結(jié)果來解釋故障現(xiàn)象，科學(xué)的故障診斷有助于確定真正的故障原因。

貨艙通風(fēng)系統(tǒng)抽氣扇不能轉(zhuǎn)動的故障模式不存在安全性影響且故障沒有隱蔽性，可采取狀態(tài)監(jiān)控的維修方式，預(yù)防性維修則無必要。鑒于抽氣扇不能關(guān)斷故障后果的嚴(yán)重性和故障的隱蔽性，必須通過以故障探查為目的的操作測試來發(fā)現(xiàn)危險的隱藏問題并及時糾正，從而實現(xiàn)安全風(fēng)險控制和事故預(yù)防的目的。

作者簡介

李春，機電工程師，主要負責(zé)技術(shù)支援、對空支持和可靠性項目分析等工作。