737NG空速管加温故障分析和预防措施研究

陈亦奇

摘 要：飞机通过安装在机身外部的空速管来探测速度。由于飞机运行在特殊的高空低温环境，需要对空速管进行加温，避免结冰阻塞。本文着重阐述波音737NG飞机空速管加温的工作原理和故障成因，并对预防性维修措施进行了初步探索。

关键词：737NG；空速管；加温故障；预防措施

中图分类号：TH17 文献标识码：A

1.系统介绍

737NG飞机的3部空速管都有各自的加温系统。在控制逻辑上分为自动和人工两种方式，由驾驶舱的控制面板进行选择和指示。自动方式工作条件为任意一台发动机启动，自动开始加温。

当人工将驾驶舱的探头加温开关置于ON位，或者任意发动机启动，触发继电器吸合，使回路导通，飞机提供115V交流电通过空速管内的电阻丝进行加热。如果出现开路或短路，相应的故障指示灯会点亮，机组可据此判断并排除无效的空速。空速管内部的加温元件由热敏陶土及电阻丝串联构成，其中陶土用于调节空速管的温度在120℃～150℃之间，电阻丝用于加热防止空速管外部及内部结冰。电阻丝主要螺旋分布在前端采集口。

2.故障分析和预防措施研究

在实际运行中，空速管加温的故障屡见不鲜，对飞行安全和准点率、维护成本都造成很大压力。而且还有一部分故障较为隐蔽，不会触发故障灯的指示，仅表现为左右空速不一致，给机组判断带来很大困难，也给我们的维护工作带来挑战。

对此我们除了完善故障处置预案之外，也对故障进行了长时间持续的统计分析，以期找出故障原因，进而寻求预防性维修措施。

首先根据空速管的部件维修手册CMM34-11-08，对故障空速管进行检查，分别从外观、气密性、加温电阻、加温丝与外壳的绝缘电阻进行检查和测量。手册标准加温电阻为48正负8Ω，绝缘电阻>1MΩ。

通过测量发现：一些故障空速管表现为加温电阻的阻值或者开路（无穷大）或者正常，极个别表现为短路，这些故障一旦发生就一直存在，故障灯点亮，落地后地面测试也不通过；而出现空速不一致但没有引起故障灯亮的空速管，加温电阻和绝缘电阻均符合手册标准，而且地面测试也正常。

但深入分析发现这些故障有以下共同点：

（1）绝缘电阻虽然符合手册标准，但比较接近门槛值，分布在1MΩ～20MΩ区间，而刚出厂的新空速管，测量绝缘直通常在2000MΩ以上。

（2）这类不引起故障灯亮的空速不一致，会在一段时间后自行消失。

初步怀疑这些空速管绝缘电阻在非工作状态下测量值接近门槛值，在通电加温后可能存在电热丝对壳体的局部短路，导致加温功率不足，在极端条件下无法及时融化堵塞的冰晶。当飞机离开恶劣气象区域后又能逐步融化冰晶，使空速指示恢复正常。地面测试自然也是工作正常的。为验证这一判断，在地面加温过程中使用红外热成像仪进行观察，得到了验证：

工作正常的空速管，加温时发热区域集中在前段采样口，这样能有效避免冰晶堵塞；而不正常的空速管虽然形成工作的加温回路，但实际加温效果很差，采样口的温度甚至低于基座部分。验证了这一判断后，通过故障空速管的测量数据，并结合模拟恶劣条件的加温试验，我们重新制定了空速加温电阻对壳体绝缘值的标准，将门槛提高到100MΩ。并统计出空速管故障的类型分布，发现通过测量加温电阻和绝缘电阻，可以发现50%以上的空速管故障。由此我们在波音的维修方案基础上制定了定期测量加温电阻和绝缘电阻的预防性维修方案：

以3000飞行小时为间隔，测量空速管的加温电阻和绝缘电阻。

剔除外来物堵塞的情况进一步分析，发现空速管加温故障的月度分布，呈现雨季特性，4～7月的故障千次率明显高于其他月份。针对这一发现，怀疑空速管加温故障和雨水有关。使用内窥镜观察故障空速管的内部，可以发现明显的腐蚀痕迹，在采集口区域螺旋分部的电阻丝表面尤为明显。

查询CMM手册得知加温丝绝缘层的成分是氧化镍镀层。氧化镍和普通绝缘材料不同，它是金属氧化物，由于内部结构纠缠导致载流子无法流动，导致氧化镍成为绝缘体。高温工艺煅烧制成的氧化镍活性较低，但它依旧具备碱性氧化物的特性，会与硫、氯等元素发生反应。因此酸雨会腐蚀氧化镍绝缘层。这点也得到了制造厂GOODRICH的认可。

因此可以得出结论：空速管加温故障的成因，是由于加温丝周围的绝缘层受酸雨水等环境的腐蚀，导致绝缘层破损，加温丝与壳体短路，最终造成加温性能下降（加温丝短路）或加温功能丧失（加温丝断路）。

可见绝缘性能的衰退是一个缓慢渐进的过程，通过数据统计可以发现它的特征寿命，进行计划性的提前更换，可以有效避免腐蚀严重、性能衰退的高寿空速管高风险运行。由此我们制定了第二项预防性维修方案：

主动更换使用寿命超过27000飞行小时的空速管。

从另一方面，设法减少酸雨对空速管的腐蚀。我们注意到波音给空速管配备了专用的空速管套，供飞机停厂时保护空速管之用。经过我们的实验测试和波音出具的说明，空速管套具备防水和阻燃的特性，既可以隔绝雨水，空速管加温时不慎忘记取下也不会受损。因此飞机在地面时特别是雨季，减少空速管暴露的时间，是减少酸雨腐蚀的有效途径。

通常飞机维护的工作程序是在飞机完成所有工作后，由整机放行人员套上空速管套。机航后从落地到完成航后检查工作、最终放行，时间至少2小时以上，工作较多时甚至5、6小时。这段时间空速管一直暴露在外，遇到雨天就是持續被酸雨浸泡。

经过分析论证，将工作程序改为航后维护工作开始就套上空速管套。如果有工作可能引起加温启动（如发动机试车），则根据维护手册再取下空速管套。实践证明提前套上空速管套是可行的，风险也是可控的。而这一工作程序的优化，也减少了空速管在地面被酸雨腐蚀的时间。这是我们制定的第三项预防性维修方案：航后飞机提早套上空速管套进行保护

3.效果与展望

在尚未采取措施的2010年，故障次数和千次率均处于高点。经过相应措施的逐步开展实施，故障次数和千次率逐年下降，方案效果明显，如图2所示。

进一步工作展望：

通过这些年测量绝缘电阻的数据积累，结合酸雨腐蚀的原理，可以发现：空速管新件的绝缘电阻通常在使用初期几次测量数值都比较平稳，变化不大。这时候腐蚀发生在初期，缓慢渐进阶段。当某次测量的绝缘电阻出现急剧下降，说明腐蚀发展到一定程度，绝缘层开始受破坏，这时候绝缘层表面出现缝隙，能积蓄雨水并渗入内部，导致腐蚀速度加快，空速管绝缘电阻会在接下来几个测量周期内不断下降直至超标。

结语

可见绝缘电阻的变化情况可以表征空速管的腐蚀情况，对性能的衰退有一定预见性。在积累更多数据以后，我们下一步将尝试根据历史测量数据，建立对空速管个性化的寿命预估和灵活的测量标准，并结合雨季特性，制定更加精细的预防性维修方案，提高空速管加温系统的可靠性，同时减少过度拆换，力争节约成本。

参考文献

[1] 737-600/700/800/900 Aircraft Maintenance Manual D633A101.

[2] 737-600/700/800/900 System Schematic Manual D280A222 .

[3] 737-600/700/800/900 Maintenance Planning Data D626A001.

[4] 737-600/700/800/900 Wiring Diagram Manual D280A122.CMM-34-11-08.