A320ceo 系列飛機(jī)發(fā)動機(jī)引氣超壓關(guān)斷故障分析與排除

■ 陳俊 馬鵬飛 孫家梁/成都航空有限公司

1 故障現(xiàn)象

A320ceo 系列飛機(jī)可裝配CFM56-5B 或V2500 發(fā)動機(jī)，本文談到的是裝配CFM56-5B 發(fā)動機(jī)的A320ceo 系列飛機(jī)，提及的壓力閥值可能因部件件號不同略有差異。

受疫情反復(fù)的影響，各航空公司均出現(xiàn)不同數(shù)量、不同間隔的飛機(jī)停場情況。A320ceo 系列飛機(jī)停場復(fù)航首次執(zhí)行航班時，易出現(xiàn)發(fā)動機(jī)引氣系統(tǒng)故障。具體表現(xiàn)為：停場飛機(jī)首次執(zhí)行航班，起飛后出現(xiàn)ECAM 警告AIR ENG(X)/1+2 BLEED FAULT，無相關(guān)LRU（航線可更換件）的故障信息。通過譯碼軟件分析警告觸發(fā)時發(fā)動機(jī)的引氣狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)均是因?yàn)槠痫w時引氣超壓的保護(hù)性切斷而觸發(fā)警告。

引氣系統(tǒng)的正常是保證飛機(jī)高空安全運(yùn)行的關(guān)鍵。飛行中，單發(fā)引氣失效會增加機(jī)組負(fù)擔(dān)，降低飛行安全裕度。操作不當(dāng)甚至可能引起雙發(fā)引氣失效，導(dǎo)致飛機(jī)進(jìn)入緊急狀態(tài)，要求立即下降高度，同時啟用輔助動力裝置（APU）供氣。

2 系統(tǒng)原理

2.1 CFM56-5B 發(fā)動機(jī)引氣原理

如圖1 所示，發(fā)動機(jī)引氣由壓氣機(jī)中壓或高壓級提供。發(fā)動機(jī)功率較低時，引氣由高壓級經(jīng)高壓級引氣活門（HPV）、壓力調(diào)節(jié)活門（PRV）、過壓活門（OPV）提供；發(fā)動機(jī)功率較高時，引氣由中壓級經(jīng)中壓級引氣活門（IPV）、PRV、OPV 提供。高壓級供氣時，HPV 作為主要的壓力調(diào)節(jié)部件，調(diào)節(jié)引氣壓力至8 ～36psi，PRV 僅有打開/關(guān)閉作用。中壓級供氣時，HPV自動關(guān)閉，PRV 作為調(diào)壓部件，調(diào)節(jié)引氣壓力至（44±1.75）psi。高壓、中壓級供氣的轉(zhuǎn)換完全是氣動控制。風(fēng)扇空氣活門（FAV）受恒溫控制器（TCT）控制，通過控制FAV 的開度改變風(fēng)扇空氣進(jìn)氣量，進(jìn)而將預(yù)冷器出口溫度恒定調(diào)節(jié)在200℃左右。每臺發(fā)動機(jī)的引氣受各自的引氣監(jiān)控計(jì)算機(jī)（BMC）控制。

圖1 CFM56-5B系列發(fā)動機(jī)引氣系統(tǒng)簡圖

2.2 PRV 調(diào)壓原理

如圖2 所示，PRV 的調(diào)壓是兩部分共同作用的結(jié)果。一、PRV 上游引氣通過信號管1 進(jìn)入調(diào)壓系統(tǒng)。調(diào)壓系統(tǒng)膜片2 在氣壓與彈簧力的共同作用下，控制減壓閥芯3 上下移動，進(jìn)而控制進(jìn)入調(diào)壓系統(tǒng)和打開腔的氣體，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。二、PRV 下游引氣通過信號管2 進(jìn)入防反流組件。當(dāng)下游氣壓足夠克服彈簧力頂開閥門13 時，氣體進(jìn)入分配系統(tǒng)，進(jìn)而頂開分配系統(tǒng)閥門6，之后分為兩路。一路通往關(guān)閉腔，在彈簧力、關(guān)閉腔氣壓、打開腔氣壓的共同作用下，推動作動系統(tǒng)活塞移動，帶動蝶形擋板上下移動，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。另一路通往打開/關(guān)閉系統(tǒng)，當(dāng)氣壓大到足夠作動球體時，切斷通往打開腔的氣體，關(guān)閉PRV。

圖2 PRV工作原理圖

2.3 引氣接通與切斷原理

駕駛艙引氣電門在打開位時，BMC接收引氣電門位置信號，發(fā)出指令使引氣壓力調(diào)節(jié)電磁閥（TLT）斷電，TLT閥芯2 靠近基座，使信號管3 與大氣隔絕。在PRV 上游壓力大于8psi 后，經(jīng)信號管1 進(jìn)入打開腔的氣壓克服關(guān)閉腔氣壓和彈簧力，推動作動系統(tǒng)活塞向上移動，活塞帶動蝶形擋板使PRV 打開，接通引氣。駕駛艙引氣電門在關(guān)閉位時，BMC 接收引氣電門位置信號，發(fā)出指令使TLT 通電，TLT 閥芯2 遠(yuǎn)離基座，使信號管3 與大氣相通，釋放通往PRV打開腔的氣體，PRV 作動系統(tǒng)活塞在關(guān)閉腔氣壓和彈簧力的作用下向下移動，活塞帶動蝶形擋板使PRV 關(guān)閉，切斷引氣。

2.4 引氣超壓切斷原理

PRV 下游的壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號反饋給BMC。當(dāng)壓力超過57psi 時，BMC 發(fā)出指令使TLT 通電，信號管3 與大氣相通，釋放通往PRV 打開腔的氣體，關(guān)閉PRV，切斷引氣。若PRV 未及時關(guān)閉引氣，當(dāng)壓力繼續(xù)上升達(dá)到75psi 時，OPV 開始作動關(guān)??；當(dāng)壓力達(dá)到85psi 后，OPV 會完全關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)。當(dāng)OPV 上游壓力降低至35psi 后，OPV 會重新打開。

3 故障原因

對故障出現(xiàn)時飛機(jī)相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行剖析，發(fā)現(xiàn)起飛時飛行員將油門桿從慢車位（IDLE）推到起飛/復(fù)飛位（TOGA），發(fā)動機(jī)控制組件（ECU）控制供油量增加，燃燒室排出更高溫度和更大壓力的氣體去沖擊渦輪做功，帶動高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增加，進(jìn)而壓氣機(jī)各級氣體壓力增加，發(fā)動機(jī)引氣迅速由高壓級提供切換到由中壓級提供。雖已切換到中壓級，但提供的引氣壓力依舊很高，通常能達(dá)到100psi 以上。PRV 上游壓力很高，而出口壓力要求為（44±1.75）psi，這是對PRV 調(diào)壓能力的一個考驗(yàn)。PRV 調(diào)壓響應(yīng)不及時，調(diào)節(jié)的壓力不符合出口要求，就導(dǎo)致超壓保護(hù)性關(guān)閉PRV，此時電門的位置指令仍在打開位，而實(shí)際PRV 已關(guān)閉，導(dǎo)致指令與實(shí)際不符，自然觸發(fā)警告AIR ENG (X) BLEED FAULT。由起飛過程譯碼結(jié)果可以知曉故障發(fā)生時各活門的位置狀態(tài)、引氣壓力變化情況，再結(jié)合系統(tǒng)原理，分析得出：中/高壓級轉(zhuǎn)換、OPV 保護(hù)性切斷功能均正常，導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)壓失效的原因不在控制而在PRV 本身調(diào)節(jié)能力的下降。

PRV 部件手冊羅列了調(diào)壓能力下降的原因（見圖4），分析認(rèn)為，與停場造成PRV 調(diào)壓能力下降最可能的原因有三種：調(diào)壓系統(tǒng)壓力減壓閥芯卡阻、作動系統(tǒng)球形軸承不能自由移動、防反流分配系統(tǒng)分配閥芯堵塞。

圖4 PRV部件手冊中列出的調(diào)節(jié)超壓原因

經(jīng)過與部件修理廠家深度技術(shù)交流，梳理故障PRV 的送修報告，發(fā)現(xiàn)故障送修件均存在調(diào)壓功能缺失，反饋的主要故障源包括內(nèi)部積炭、積灰、嚴(yán)重生銹，使壓力減壓閥芯卡阻、球形軸承無法自由轉(zhuǎn)動，完全符合上述分析推斷。另外，梳理PRV 裝機(jī)記錄時發(fā)現(xiàn)，裝機(jī)時間也是導(dǎo)致停場復(fù)航后首班出現(xiàn)引氣故障的一個重要因素。這是因?yàn)檠b機(jī)時間越長，部件內(nèi)部積灰、積炭越嚴(yán)重，長時間的停場使活門一直未作動，加劇了這一情況，導(dǎo)致故障發(fā)生的概率越高。通常，裝機(jī)時間越長、停場時間越長的PRV 的調(diào)壓功能衰減得越嚴(yán)重，也越容易在復(fù)航首班出現(xiàn)故障。

4 處置辦法

空客廠家曾發(fā)布技術(shù)提示，就這一現(xiàn)象進(jìn)行了說明。該型飛機(jī)起飛爬升階段出現(xiàn)引氣超壓，導(dǎo)致引氣失效的情況逐漸增多，根本原因是起飛時引氣壓力峰值很大而PRV 與OPV 性能衰減，使超壓情況更容易發(fā)生。提出的解決方案是：停場超過一段時間的飛機(jī)復(fù)航前應(yīng)先進(jìn)行發(fā)動機(jī)試車，驗(yàn)證引氣中/高壓級轉(zhuǎn)換及PRV 調(diào)壓能力，要求試車時功率達(dá)到65%N1，觀察中/高壓級切換、輸出壓力值是否滿足手冊標(biāo)準(zhǔn)。對于測試結(jié)果不滿意的飛機(jī)，使用專用設(shè)備進(jìn)行引氣系統(tǒng)全面健康檢查。全面的引氣健康檢查可實(shí)現(xiàn)對引氣系統(tǒng)溫度控制、壓力調(diào)節(jié)、壓力控制的測試，然后根據(jù)測試結(jié)果做出相應(yīng)的故障處置。

運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，往往首班出現(xiàn)故障，后續(xù)航班該發(fā)動機(jī)的引氣會自動恢復(fù)，不難分析是因?yàn)镻RV 內(nèi)部卡滯阻塞部件受沖擊恢復(fù)了作動，進(jìn)而恢復(fù)了其調(diào)壓功能。因此，運(yùn)行前進(jìn)行功率試車是有必要的。功率試車模擬起飛供氣工況，在驗(yàn)證PRV 調(diào)壓能力的同時也可恢復(fù)一部分還未完全卡死PRV 的調(diào)壓功能。對于通過試車仍無法恢復(fù)調(diào)壓能力的PRV，需在運(yùn)行前進(jìn)行更換；對于通過試車恢復(fù)了調(diào)壓能力的PRV，由于其內(nèi)部積灰情況不能自動排除，仍然有故障重現(xiàn)的可能，建議盡快在合適時機(jī)進(jìn)行更換。

經(jīng)過一段時間的實(shí)踐檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)以上措施確實(shí)是解決該型飛機(jī)起飛引氣超壓故障的合理、有效的處置方法。

5 結(jié)束語

引氣系統(tǒng)是飛機(jī)的關(guān)鍵系統(tǒng)，引氣系統(tǒng)失效將引發(fā)增壓、空調(diào)、防冰等系統(tǒng)失效，給安全飛行埋下隱患。日常維護(hù)中在保證絕對飛行安全的前提下，主最低設(shè)備清單中雖然允許失效一臺發(fā)動機(jī)的引氣，但部分航空公司為提高安全裕度，規(guī)定基地出港航班不允許保留引氣系統(tǒng)失效，進(jìn)一步增加了維修保障的難度。因此，引氣系統(tǒng)的故障更加需要提前發(fā)現(xiàn)，并做出針對性的預(yù)防維修。在處理這類關(guān)鍵系統(tǒng)的多發(fā)故障時一定要提高警覺，詳細(xì)了解每次故障發(fā)生時具體的故障表現(xiàn)以找出共同點(diǎn)；結(jié)合對系統(tǒng)、部件的原理分析，找到故障觸發(fā)的根本原因；結(jié)合廠家文件、技術(shù)資料等，反復(fù)推敲制定切實(shí)有效的處置方案，根據(jù)處置方案實(shí)施的反饋情況做出合理的修訂，做到維修控制的閉環(huán)管理。