E190飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)故障模式分析

李佳寶

摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)運(yùn)行品質(zhì)有著重要的影響，是飛機(jī)能夠安全運(yùn)行的關(guān)鍵系統(tǒng)之一。本文以E190飛機(jī)為研究對(duì)象，梳理機(jī)隊(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)，基于發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)工作原理分析其故障模式以及排除方法，可為同機(jī)型或同類型引氣系統(tǒng)的日常維護(hù)、排故提供參考。

關(guān)鍵詞：E190飛機(jī)；引氣系統(tǒng)；故障統(tǒng)計(jì)；故障分析

Keywords：E190 aircraft；pneumatic bleed system；fault statistics；fault analysis

0 引言

E190飛機(jī)引氣系統(tǒng)的主要?dú)庠窗ǖ孛鏆庠窜?、APU引氣系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)，引氣系統(tǒng)為飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)、防冰系統(tǒng)、水箱增壓系統(tǒng)等提供能量。統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)引氣故障在飛機(jī)運(yùn)行中發(fā)生的頻率較高，且常因該類故障造成航班的延誤甚至返航。因此，引氣系統(tǒng)故障需引起重視并作為一個(gè)重要的研究課題。某E190機(jī)隊(duì)過(guò)去四年飛行小時(shí)數(shù)為130466.73h，飛行循環(huán)數(shù)為84285，統(tǒng)計(jì)顯示引氣系統(tǒng)的故障中接近46%的故障與發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)故障相關(guān)，因此本文對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)原理、故障模式進(jìn)行研究，以為日常維護(hù)、排故提供參考。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)

E190飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖如圖1所示。發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)主要部件有高壓引氣關(guān)斷活門（HPSOV）、壓力調(diào)節(jié)關(guān)斷活門（NAPRSOV）、低壓?jiǎn)蜗蚧铋T（LP CHECK VALVE）、雙扭矩馬達(dá)控制器（TMC）、預(yù)冷器（PRECOOLER）、風(fēng)扇空氣活門（FAV）、發(fā)動(dòng)機(jī)引氣總管、壓力傳感器、溫度傳感器、伺服管等。發(fā)動(dòng)機(jī)引氣來(lái)自低壓壓氣機(jī)5級(jí)引氣和高壓壓氣機(jī)9級(jí)引氣，分別經(jīng)過(guò)低壓?jiǎn)蜗蚧铋T和HPSOV后由NAPRSOV控制引氣壓力，F(xiàn)AV控制的冷路空氣與發(fā)動(dòng)機(jī)熱引氣在預(yù)冷器中進(jìn)行熱交換執(zhí)行溫度調(diào)節(jié)，最終流向發(fā)動(dòng)機(jī)引氣總管，供給各引氣用戶使用。

1）引氣壓力調(diào)節(jié)原理

引氣壓力由位于預(yù)冷器下游引氣總管上的引氣壓力傳感器和引氣超壓電門進(jìn)行監(jiān)控，正常情況下AMS控制器會(huì)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的引氣壓力在45psi。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作在低功率狀態(tài)下，低壓壓氣機(jī)5級(jí)壓力不足，此時(shí)AMS控制器選擇從高壓壓氣機(jī)9級(jí)引氣，HPSOV作為調(diào)節(jié)活門，NAPRSOV全開(kāi)，低壓?jiǎn)蜗蚧铋T可防止氣流逆流；隨著發(fā)動(dòng)機(jī)功率的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)低壓引氣足以提供45psi以上的壓力后HPSOV關(guān)閉，NAPRSOV開(kāi)始控制引氣壓力。在大翼防冰打開(kāi)時(shí)，為了滿足防冰需要，高壓引氣和低壓引氣可能同時(shí)工作。

2）引氣溫度調(diào)節(jié)原理

正常情況下AMS控制器將發(fā)動(dòng)機(jī)引氣總管溫度控制在204℃，在接通大翼防冰時(shí)控制在231℃。經(jīng)過(guò)NAPRSOV調(diào)節(jié)的熱空氣需經(jīng)冷卻才能滿足需求，是通過(guò)在預(yù)冷器與冷路空氣進(jìn)行熱交換的方式實(shí)現(xiàn)的，冷路空氣來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片后部，使用FAV調(diào)節(jié)。AMS控制器通過(guò)總管實(shí)際溫度控制FAV的開(kāi)度調(diào)節(jié)冷卻空氣的量來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)引氣的溫度。

2 故障模式及分析

某E190機(jī)隊(duì)過(guò)去四年運(yùn)行中發(fā)動(dòng)機(jī)引氣故障失效部件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示。從中發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)引氣故障中NAPRSOV、HPSOV、FAV失效占比達(dá)到了62%。下文將基于活門的工作原理分析故障模式。

2.1 NAPRSOV/ HPSOV相關(guān)故障

NAPRSOV和HPSOV原理基本一致，均是蝶形活門，在彈簧力的加載下活門處于常關(guān)狀態(tài)，活門與TMC之間通過(guò)伺服管連接，TMC接收來(lái)自AMS控制器的控制信號(hào)，調(diào)節(jié)引氣活門伺服控制氣路的壓力，從而調(diào)節(jié)活門的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)下游引氣總管壓力的控制。每個(gè)TMC內(nèi)部包含兩個(gè)力矩馬達(dá)，分別控制NAPRSOV和HPSOV，引氣伺服管用于TMC和NAPRSOV之間以及TMC和HPSOV之間伺服氣流的傳輸。AMS控制器根據(jù)引氣總管反饋的具體引氣壓力值判斷引氣活門失效在關(guān)位或開(kāi)位，同時(shí)觸發(fā)故障信息。

常見(jiàn)的失效模式包括活門失效在關(guān)位、活門失效在開(kāi)位、活門開(kāi)關(guān)卡滯、伺服管漏氣、氣濾堵塞等。從原理可知，活門的開(kāi)度由TMC通過(guò)伺服管加載壓力克服彈簧加載力進(jìn)行控制，如果管路滲漏會(huì)使活門打不開(kāi)或者活門頻繁開(kāi)關(guān)，造成引氣壓力的波動(dòng)。故障代碼給出的活門失效在開(kāi)位或關(guān)位是基于AMS控制器對(duì)輸入信號(hào)的判斷，不能簡(jiǎn)單理解為活門實(shí)際失效在開(kāi)位或關(guān)位。例如，在某一飛行階段，引氣由NAPRSOV和HPSOV同時(shí)控制，當(dāng)NAPRSOV失效在關(guān)位，此時(shí)遇到結(jié)冰條件，AMS控制器通過(guò)TMC伺服管控制HPSOV調(diào)大開(kāi)度增加引氣量，由于NAPRSOV失效在關(guān)位，下游的引氣壓力很小，引氣無(wú)法滿足要求，AMS控制器通過(guò)傳感器信號(hào)認(rèn)為HPSOV失效在關(guān)位而給出故障代碼。因此，同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)活門的故障信息時(shí)，需基于系統(tǒng)原理結(jié)合QAR數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析。運(yùn)行中在遇到引氣活門相關(guān)故障時(shí)，考慮到經(jīng)濟(jì)性與便捷性，可按照檢查伺服管有無(wú)滲漏、氣濾有無(wú)堵塞、伺服管接頭有無(wú)松動(dòng)、活門本體故障的順序開(kāi)展排故。應(yīng)特別注意伺服管的安裝接頭，正確使用雙扳手施工并施加力矩到手冊(cè)要求的范圍，否則引氣的振蕩會(huì)使接頭處漏氣，造成引氣波動(dòng)觸發(fā)故障信息。

2.2 FAV故障

FAV為電控氣動(dòng)活門，當(dāng)力矩馬達(dá)未通電時(shí)，在彈簧力加載下保持在常開(kāi)位，AMS控制器根據(jù)引氣總管傳感器反饋的溫度值，通過(guò)電流控制力矩馬達(dá)進(jìn)而控制伺服氣流，最終控制活門的開(kāi)度，電流值越大活門就越往關(guān)的方向。FAV失效的模式通常是活門失效在關(guān)位、活門失效在開(kāi)位。

2.3典型案例分析

某航班巡航階段進(jìn)入結(jié)冰區(qū)后CAS區(qū)先后出現(xiàn)BLEED 2 FAIL和BLEED 1 FAIL信息，機(jī)組復(fù)位無(wú)效，飛機(jī)備降。飛機(jī)落地后查看數(shù)據(jù)，有故障信息RH HPSOV（CLOSED）[C2]/WRG FAULT、RH HPSOV（CLOSED）[C2]/ WRG [AI]。查看QAR引氣數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)故障時(shí)刻右發(fā)引氣壓力最低為8psi，AMS控制器接收到此信號(hào)后判斷RH HPSOV失效在關(guān)位，觸發(fā)右發(fā)引氣失效信息。此后由左發(fā)引氣對(duì)左右發(fā)引氣總管進(jìn)行供氣，從QAR數(shù)據(jù)也可看到交輸活門打開(kāi)，符合引氣系統(tǒng)工作邏輯。從數(shù)據(jù)中還發(fā)現(xiàn)，左發(fā)引氣溫度最高超過(guò)了260℃，持續(xù)超過(guò)3s，符合觸發(fā)左發(fā)引氣失效信息的邏輯。造成左發(fā)溫度高的原因可能是FAV失效，無(wú)法增大開(kāi)度滿足熱路引氣冷卻要求。根據(jù)故障現(xiàn)象，參考FIM手冊(cè)并結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，得出造成HPSOV失效在關(guān)位最可能的原因有TMC氣濾堵塞、HPSOV氣濾堵塞、TMC伺服管漏氣、HPSOV本體故障，遂逐一進(jìn)行排除。拆下伺服管離位檢查其完整性，同時(shí)檢查接頭處氣濾有無(wú)污染、堵塞等現(xiàn)象，如果以上檢查均正常，可判斷為活門本體故障。最終更換了右發(fā)HPSOV、左發(fā)FAV，故障得以排除。

通過(guò)以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析、發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)原理分析以及案例分析可知，發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)故障模式比較集中，61%的故障與三大活門本體故障相關(guān)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中11%的其他類型中大部分為檢查并清潔氣濾等措施，在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中伺服管加氣濾失效占到了15%。因此，在運(yùn)行中遇到發(fā)動(dòng)機(jī)引氣故障時(shí)，應(yīng)根據(jù)故障現(xiàn)象結(jié)合工作原理并參考排故手冊(cè)來(lái)制定方案，可參考以往的處理措施來(lái)減少排故時(shí)間，在保障安全前提下快速保障航班正常運(yùn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)的故障模式及處理機(jī)制與機(jī)隊(duì)的運(yùn)行環(huán)境、維護(hù)水平、管控措施密切相關(guān)。本文通過(guò)梳理E190機(jī)隊(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析了發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)故障模式以及處理措施，為同機(jī)型或同類型剎車系統(tǒng)的日常維護(hù)、排故提供參考。

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