B737NG飞机气源系统原理浅析及排故应用

吴昊

摘要： 737N飞机气源系统故障率高，故障比较难判断和一次性准确排除，经常需要多次排故或更换多个部件才彻底排除，排故周期长，误拆率高，一直是全球737NG机队中影响航班正点及服务满意度的一个突出问题。引气故障还影响空调系统的正常使用，降低了乘坐的舒适性，按MEL保留有诸多限制条款并且增加机组的负担，操作处置不当还可能导致座舱增压不正常。

Abstract： 737N aircraft air supply system failure rate is high， and it is difficult to diagnose the fault and remove it at one time accurately. It often needs several times of troubleshooting or replacing multiple components to remove the fault completely. Long troubleshooting cycle， high mistaken removal rate has been the particular problem impacting the service satisfaction of 737NG fleet. Air-entraining fault also affects the normal use of air conditioning system thus reducing the comfort. According to MEL， there are many restrictions and the unit burden is increased， and improper handling can also lead to abnormal cabin pressure.

关键词： 引气；故障；排故；737NG

Key words： air-entraining；fault；troubleshooting；737NG

中图分类号：V267 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）05-0127-04

0 引言

波音737NG飞机的气源系统是飞机重要组成部分，由于该系统部件处于高温、高压、高振动的工作环境，性能衰减较快，故障率较高，故障判断比较困难，影响该系统性能的因素较多，故障出现的可能部件较多。本文针对具体的故障案例情况，参照波音维护手册，结合B737NG气源系统原理和多年的排故经验进行分析和探讨，总结出切实可靠的判断故障原因的方法。通过相应的方法可以有效减少排故周期，避免故障现象多次重复出现而延误航班。

1 波音B737NG飞机气源系统组成及其原理浅析

1.1 气源系统组成

B737NG飞机气源系统主要由发动机引气系统、APU引气系统、地面空气连接和气源总管系统四部分组成。飞机运行中主要以发动机引气系统为主，所以本文探讨的是发动机引气系统。

1.2 气源系统的工作原理

飞机发动机引气系统是由1#和2#发动机引气系统组成。发动机引气系统控制引气温度和压力。

参照（图1）发动机引气来自发动机的9级和5级高压压气机，在发动机低转速下，气源系统使用的是9级引气。发动机在低转速时，5级引气不能满足气源系统的需要。高压级调节器和高压级活门控制发动机引气压力。5级单向活门防止反流。在发动机高转速下，高压级活门关闭而5级单向活门打开提供引气到引气调节关断活门（PRSOV）。引气调节器（BAR）和PRSOV控制发动機到气源总管的引气，引气调节器有一个超压电门，电门防止出现过压的状态并引起引气跳开（TRIP OFF）灯亮。引气调节器用控制压力操纵PRSOV。引气调节器的控制压力来自发动机引气级间管路，BAR获得28v 直流电信号的电控制，电信号来自于空调附件组件（ACAU）。当BAR电磁阀电作动打开。就提供了控制压力克服弹簧力去打开PRSOV。当BAR电作动关闭，引气控制压力来自于PRSOV，在弹簧力的作用下关闭PRSOV。ACAU从发动机火警电门、发动机引气电门、发动机起动活门，BAR过压电门（220psi）和490°F（254℃）过热电门获得信号。通常，发动机引气电门控制BAR，在ON位时，电门提供信号通过ACAU去打开BAR内的电磁活门；在OFF位时，电门提供信号通过ACAU去关闭BAR内的电磁活门。当发动机火警电门在normal（down）位时，它会接通发动机引气电门。当发动机火警电门在FIRE（up）位时，它就会发出一个信号去关闭BAR的电磁活门。这就会引起PROSV关闭。这个不管引气电门的位置，这样保护在发动机在运行阶段发动机引气总管不会有反流存在，不管发动机引气电门在什么位置，都会让ACAU发送一个关闭信号到BAR的电磁活门，使其关闭。这样在有过热和过压情况时对引气总管起到保护作用。220psi过压电门或490°F（254℃）过热电门任意一个作动都会引起引气跳开，从而ACAU会发送一个信号关闭BAR电磁活门而不管引气电门的位置。

5级和9级发动机引气引气来自于发动机高压级压气机的5级和9级，发动机低转速下，是9级引气供气，发动机高转速下，高压级活门关闭，5级提供引气。高压级调节器控制高压活门，高压级活门操作是自动的。

发动机引气冷却功能是由预冷器系统冷却发动机引气。预冷器系统是自动操作的。预冷器系统保持发动机引气温度在390F（199C）和440F（229C）之间。预冷器是一个交输气流热交换器，它是用发动机风扇空气来冷却发动机引气的。预冷器控制活门控制风扇到预冷器的气流量。

预冷器控制活门传感器和机翼热防冰电磁活门影响预冷器控制活门的调节。

如果发动机预冷器下游引气是不小于450F（232C）. 450F（232C）温控器引气控制压力来自于PRSOV。这就会引起PRSOV朝关闭的方向运动。减少通过PRSOV的气流量会产生防止引气跳开的情况和气源总管压力下降情况发生。

预冷器系统控制到气源总管的引气温度。预冷器控制活门从中间级总管获得未调节的空气压力。未调节空气压力来到作动器参照压力调节器和伺服参照压力调节器。作动器参照压力调节器减少压力成为不变的控制压力。控制压力然后来到A腔室和喷嘴。伺服参照压力调节器减少压力成为一个不变的压力，这个控制压力随后来到伺服，预冷器控制活门和WTAI电磁活门的B腔室。A腔室的控制压力打开和关闭预冷器控制活门。当压力增加，预冷器控制活门朝关闭方向移动，当压力下降，预冷器控制活门朝打开方向移动。B腔室的控制压力移动伺服的控制杆。当控制压力增加，控制杆关闭喷嘴，当压力下降，控制杆打开喷嘴。当预冷器控制活门传感器打开，或者WTAI电磁活门打开时，B腔室控制压力会下降。当气源管路温度为390F时，预冷器控制活门传感器开始打开活门，到440F时全开；这会降低B腔室压力。随着B腔室压力下降，伺服的控制杆打开喷嘴，打开的喷嘴会降低A腔室压力和预冷器控制活门作动器中的弹簧把活门打到开位。当预冷器控制活门打开，反馈弹簧开始移动控制杆去关闭喷嘴。这个防止预冷器控制活门快速移动。当飞机在地面和机翼热防冰系统打开时，WTAI电磁活门打开，这会降低B腔室所有压力，并且移动控制杆打开喷嘴，随之降低A腔室所有压力，作动器的弹簧打开预冷器控制活门到全开位。

2 气源系统典型故障分析

2.1 典型故障現象及其分析处理

由于飞机发动机引气出现引气压力过高或者引气温度过高的情况时，气源面板上引气跳开（TRIP OFF）灯亮，出现引气跳开的故障。

2.2 典型故障案例

某波音B737NG飞机机组反映爬升（8300FT左右）右发引气灯亮，引气跳开，可以复位。但是持续几分钟后再次引气跳开且不能复位。地面试车从慢车到80%N1引气压力正常，在85%N1保持3分钟左右引气压力缓慢下降到25PSI左右。

检查相关管路，更换450F传感器和BAR，左右发对串PRSOV，并利用试车隔离390F（从最终结果和原理认定此判断方法存在不足）；更换490F传感器和预冷器控制活门，测试检查高压级调节器和高压级活门，预冷器控制活门功能检查及其相关管路，串ACAU和气源控制面板；更换390F传感器后故障排除。

从机组反映的信息看出这是一起典型的引气跳开故障，且地面试车出现的引气压力回落且偏低可以看出此次引气跳开是过热引起的。综合相关信息可以把故障隐患判定在预冷器系统。由于试车隔离检查的误判使得此次排故出现弯路。

2.3 典型故障分析

对于发动机供气时，引气跳开灯亮的故障从宏观角度分析不外乎两种原因，即从发动机引出的压缩空气存在超温（490F）、超压[180 psi或220 psi]现象。从（图2）线路原理上看：无论490F过热电门还是引气调节器中的180 psi过压电门，只要其中一个作动接地（即只要引气存在一种现象：超压或超温）都会使M324组件上的K9（1发）和K4（2发）过热继电器导通，使触点下移，使引气断开灯亮。在此同时，由于引气开关在“ON”位，使引气调节器关闭线圈通电，使引气关断活门关闭。复位工作是通过按压P5-10气源面板上的“复位按钮”来完成的，主要目的就是当过热、过压信号消失时，使引气断开灯灭和使引气调节器恢复正常工作。从线路上看，当K9或K4继电器导通触点下移后，电流经过复位电门使K9或K4继电器出现一个“自保持”电路，因此这时不论490F过热电门还是180PSI过压电门作动与否都不会影响K9或K4继电器的导通，这时引气断开灯在K9或K4继电器的作用下，始终是亮的，但当按下复位电门按钮后使K9或K4继电器“自保持”电路成为开路，没有电流经过K9或K4继电器使触点跳上，从而使引气灯灭，同时使引气调节器中的关闭线圈断电，使打开线圈通电，使关闭活门打开，保证引气调节器正常工作。

什么情况下会出现引气超温现象呢？这个问题又要从引气系统的温度调节的功能原理上进行分析：

引气系统的温度调节主要由预冷器控制活门，预冷器控制活门传感器（390F）、预冷器、机翼热防冰电磁活门等组成。

当从发动机5级或9级进出的压缩空气都需要用发动机的“风扇空气”在预冷器中进行冷却。预冷器控制活门中的蝶形活门受预冷器控制活门传感器的控制。该传感器受预冷器下游的温度控制，当温度高时增大蝶形活门开度，减少引气系统的温度（当在地面进行机翼防冰时，机翼热防冰电磁活门作动使预冷器控制活门在全开位）。

通过上面对引气系统中温度控制组件的功能分析以及对有关电路的分析可以判明引气断开灯亮故障主要存在于：

①预冷器控制活门及预冷器控制活门传感器故障；

②预冷器效率下降；

③控制气路漏气。

如何判明上述三项故障呢？

对于故障①，若预冷器控制活门故障或预冷器控制活门传感器故障都可能造成预冷器控制活门打不开，这时没有“风扇空气”给发动机引出5级和9级引气进行冷却，当温度超过490F时，使“引气断开”灯亮。这时要检查预冷器控制活门指示销，若不在全开位或用扳手开关活门时发生卡阻现象就说明该活门本身有故障，否则就是传感器故障了。

对于故障②，在预冷器冷却效率下降时，使“风扇空气”不能给5级和9级引气进行冷却，当温度超过490F后，使“引气断开”灯亮。

对于故障③，主要是指PRSOV上游至预冷器控制活门一路，到预冷器控制活门传感器一路和PRSOV下游至PRSOV一路的控制气路漏气，导致引气系统不能进行正常的调压降温的工作，一旦出现超温、超压现象，就会使“引气断开”灯亮。

發动机引出的气体是高温、高压气体。必须经过多级冷却才能正常使用。而引气的第一级冷却是预冷器的冷却风扇，它利用外界气体对预冷器和发动机引气进行热交换，从而达到制冷效果。

通过冷却风扇排出气体维持在390-440F（199-227C），预冷器中的气体则是由预冷器控制活门控制的，活门开度直接影响到供气量的大小。而供气量的大小又直接受温度传感器对所感受的温度成正比地确定节气门位置。节气门低温度关闭高温开。预冷器控制活门是一个气动、温控、弹簧压力使其打开的活门。在起飞过程中，也就是大功率状态下，引气温度很高，而要保持下游温度在390-440F，则必须对预冷器要求较高的冷却效果。否则，温度超过450F，下游的450F过热电门给出信号到PRSOV，从而把引气关小。

在地面或低功率状态下，由于系统对冷却散热要求并不高。因此，地面试车往往又正常。故容易误换PRSOV，或把450F传感器也更换，而故障仍存在。从重庆维修基地维护的实践上看，如果在高低功率都反映引气压力低，那么更换PRSOV或其他传感器的可能性较大。如果仅仅是起飞爬升等大功率状态反映引气压力低，那么更换预冷器控制活门可能性大。由于预冷器控制活门是弹簧加载，感受到外面环境的空气，经常受力，引起弹簧力不够。也可以由于空气脏而把活门卡死。鉴于此，地面检查一下预冷器控制活门的位置（全开位）是重要的，它可以从活门的指针上直接看出。同时注意是否管道有漏气等现象及其相关的390F（199C）预冷器控制活门传感器是否故障。由于390F（199C）预冷器控制活门传感器在翼是无法检查测试的，故只有采取串件方式进行判断。对于活门和控制器可以通过测试设备进行隔离。

2.4 具体案例

重庆维修基地B-XXXX飞机2007年9月27日机组反映爬升（8300FT左右）右发引气跳开，可以复位。但是持续几分钟后再次引气跳开且不能复位。地面试车从慢车到80%N1引气压力正常，在85%N1保持3分钟左右引气压力缓慢下降到25PSI左右。由于当时还没有使用新的排故思路加程序，所以故障排除花费了大量时间，9月27日检查相关管路，更换450F传感器和BAR，左右发对串PRSOV，并利用试车隔离390F（从最终结果和原理认定此判断方法存在不足）；9月28日更换490F传感器和预冷器控制活门，测试检查高压级调节器和高压级活门，预冷器控制活门机能检查及其相关管路，串ACAU和气源控制面板；9月29日更换390F传感器后故障排除。可以从上述案例中可以看出，只能通过简单的试车和串件这种手段来判断故障，原来的这种排故方式就是采取老旧的经验排故的方式，试车需要花费人力物力，因为每次试车需要安排合适机位，人员必须要5人以上，还需要耗费一定量的燃油，这样对公司的成本也是影响。针对这样的情况我们制定了相应的程序，简化了流程，我们通过对系统的原理分析了解制定了一个相对应的表格，即表1，根据表1就能够快速的找到故障部件：

发动机引气系统检查维护：

工作前的准备：确信发动机起动手柄在“CUTOFF”位，在相应的发动机手柄上挂上“DO-NOT-OPERATE”警示牌；气源系统释压；打开反推包皮。

设备：C36001-1、氮气瓶、反光镜和肥皂水

参考：AMM36-11-00 AMM36-12-00

为了减少在飞机运营中故障的发生率，我们还把这个气源系统健康检查加入来飞机定期检查里面，做到预防为主的飞机维修新观念。这样施行来五年来，飞机的气源系统的故障率由最初的12.8%下降到现在的2.6%，效果是显著的，现在关于飞机气源系统的健康监控已经推广到整个国航机队，大大的降低来气源系统故障的发生率，保障来航班的正点，而且节约了成本。

3 结束语

在排除波音B737NG飞机气源系统故障时，如果根据故障现象和系统工作原理进行分析，并参照波音公司的维护手册以及利用在长期实际工作中总结出的排故经验和利用测试设备进行精确隔离检查，把原来简单的经验维修转换为科学的有效率的维修方式，就可以有效对相关部件进行隔离，并可以较快的找出最有可能出现故障的部件，提高彻底排除疑难故障的效率，减少误换件，减少航班延误。

参考文献：

[1]Boeing B737-600/700/800/900 Aircraft Maintenance Manual[Z]. 2015.

[2]Boeing B737-600/700/800/900 Fault Isolation Manual[Z] 2015.

[3]Boeing B737-600/700/800/900Wiring Diagram Manual[Z] 2015.

[4]Boeing B737-600/700/800/900Standard Wiring Practices Manual[Z].2015.

[5]Boeing B737-600/700/800/900System Schematics Manual[Z].2015.