A320 飞机空调系统工作原理和常见故障分析

郭永强

（上海民航职业技术学院 航空维修系，上海 200030）

1 空调系统综述

1.1 空调系统的作用

现代民航客机广泛采用了密闭增压舱，飞机空调系统的基本任务是在各种不同的飞行状态和外界条件下，使飞机的驾驶舱、客舱、设备舱、货舱具有良好的环境参数，为驾驶员和乘客提供舒适的工作和生活条件，保障设备的正常工作以及货物安全。随着技术发展，飞机空调系统的作用和地位与日俱增，设备更加完善，性能更加卓越。良好的座舱环境不仅可以使机组人员工作更加舒适，还可以提高航空公司的服务水平，提升客座率，增加航空公司的收益。

1.2 常见的制冷原理

常见的制冷原理有蒸发循环制冷原理和空气循环制冷原理。其中，空气循环制冷被广泛应用于现代民航客机。

1.2.1 蒸发循环制冷原理

利用氟利昂为介质，通过压缩、冷凝、膨胀后变成低压液体为空气降温。蒸发循环制冷系统冷却效率高，并且在地面也有良好的制冷效果，高空高速飞行时经济性也很好，在某些高性能飞机的电子设备舱冷却方面应用广泛。缺点是氟利昂有毒，维护过程中容易对皮肤和眼睛造成伤害。

1.2.2 空气循环制冷原理

空气循环制冷系统主要依靠涡轮制冷，发动机的高压气体经过热交换器冷却后再经过压缩，再冷却，涡轮膨胀对外做功后，气体自身内能和温度压力降低，从而获得合适的温度和压力的气体。空气循环制冷系统的优点是调控方便，设备质量轻、成本低，并且有良好的维护性，可靠性比较高，安装要求低，并且由于其冷却介质是空气，使得座舱增压冷却和通风可以由同一系统完成。缺点是温度调控精度没有蒸发制冷系统高，并且使用高度和速度有限制。

根据其涡轮冷却器的不同，可以分为3 种类型的制冷系统，分别是简单式制冷系统、升压式制冷系统、三轮式制冷系统，其中现代民航客机最广泛应用的是三轮式制冷系统。

2 A320 飞机空调系统的工作原理

2.1 简述

飞机的空调系统由引气系统提供空气，通过2 个组件流量控制活门、2 套组件以及混合装置，将来自客舱和组件的空气混合，并分配给驾驶舱和客舱。热空气压力调节活门及配平空气活门，将组件上抽出的热空气加入到混合装置中，以调节空气温度。

在飞机获得引气供给后，空调系统开始工作。空调系统控制器1（ACSC1）控制驾驶舱温度，空调系统控制器2（ACSC2）控制前客舱和后客舱区域的温度。这些控制器有两条通道，当一条通道失效时，由另一条通道自动控制整个区域。空气配平活门11HK、12HK 和13HK 增加来自混合器组件的热配平空气的调节量到冷却的调节空气。区域控制器47HH 控制配平空气活门的位置。配平空气活门安装在到驾驶舱和2 个客舱区域各自的热配平空气导管。

2 套组件相互独立，由各自的组件控制器控制。预热的暖热引气通过组件活门进入冷却通道并被引入初级热交换器，然后冷却的引气进入空气循环机的压气机部分，被压缩为高压、高温。在主热交换器中再次冷却，在水分离器系统中干燥，进入涡轮部分，膨胀做功，产生动力带动压气机及冷却空气风扇。

2.2 气源来源

在地面的时候，可以利用APU（辅助动力装置）的引气和地面高压起源车的引气[2]，在高空，主要使用2 台发动机的压气机引气，其中APU 也可以在低空提供空调引气。

2.3 三轮式制冷组件的工作原理

三轮式制冷组件工作原理如图1 所示。

如图1 所示，来自发动机压气机的热空气首先经过一级热交换器、升压式压气机和二级热交换器，气体压力上升，温度下降，然后进入高压除水部分的回热器，温度进一步降低，再进入冷凝器。冷凝器的冷却空气来自涡轮出口，其壁面温度低于空气的露点温度，热空气流过冷凝器时，在壁面凝结成水滴，接着通过高压水分离器分离掉，水滴经引射装置排向冲压空气中。部分没有分离的水分通过回热器再蒸发。干燥的空气进入涡轮膨胀冷却，自身获得很低的温度，再通过冷凝器，一方面作为冷源，另一方面经过热空气回热，可以将涡轮出口凝结的少量水分或冰加温融化并蒸发，最终获得干燥低温的气体。这部分气体作为空调系统中的冷气，与热空气进行不同比例的掺混，即实现了驾驶舱和客舱的温度调节。区域温度控制器控制3 个配平空气活门，通过调节3 个配平空气活门的位置，可以调节冷空气与热空气的比例。

图1 三轮式制冷组件工作原理

2.4 再循环风扇

再循环风扇将客舱和驾驶舱的部分气体抽入混合组件中，与空调制冷组件出口的冷气进行混合，这部分气体作为冷气源。

2.5 驾驶舱和客舱温度调节

飞机安装有空调系统，可以调节飞机上各个空间的温度。飞机的温度控制分为两部分，分别是驾驶舱、客舱和前货舱的温度控制以及后货舱的温度控制。

在驾驶舱、客舱和前货舱的温度控制过程中，热引气来自2 个组件流量控制活门。热引气通过组件流量控制活门后分成两路，一路在2 套组件中冷却，与来自客舱的空气一同进入混合装置，另外一路流经热空气压力调节活门、配平活门。最后2 路引气会合进入到驾驶舱、客舱和前货舱，参与温度的调节。空调系统的温度调节是自动的，由一个区域控制器及2 个组件控制器控制。位于811 电子舱中的区域控制器8HK 提供2 个客舱区域和驾驶舱的温度调节，能够设定在18 ℃（64.40 ℉）和30 ℃（86.00 ℉）之间的任何温度。12 钟点位是24 ℃（75.20 ℉）。

操作驾驶舱面板的各种旋钮和按钮可以控制系统内各活门的打开和关闭，达到温度调节的目的。驾驶舱、前客舱和后客舱能够设定18～30 ℃之间的任何温度。驾驶舱面板上的旋钮将信号发送到区域控制器8HK，8HK 根据所选温度和实际温度计算出温度需求（实际温度由传感器测量），迅速控制参与温度调节的各活门的状态，以进行温度的调节，在COND 页面可以观察到温度值。

2.6 货舱的温度调节

位于驾驶舱22VU上的前货舱温度调节旋钮可以调节其温度在5～26 ℃之间变化。

在后货舱的温度调节过程中，来自APU 引气管道的热引气经过配平活门与来自客舱的空气混合，经过进口隔离活门后进入后货舱。22VU 的后货舱温度选择旋钮用以调节后货舱的温度在5～26 ℃之间变化，加热控制器10HC 接受调节指令后，从温度传感器得到信息，控制后货舱的配平空气活门12HC 的状态，以控制进入供气导管的空气温度。

最高管道温度被控制为70 ℃。当管道温度到88 ℃以上时，位于22VU 上的热空气电门上的故障灯亮，在COND页面可以观察到压力调节活门关闭。这个过热情况被加热控制器锁定。当管道温度恢复正常时，压入热空气电门2 次，能够重新复位系统。

货舱通风控制器接收来自22VU的控制信号和货舱管道温度传感器的信号，控制隔离活门的状态，以调节货舱的温度。后货舱温度调节的前提条件是后货舱门和散装货舱门都关闭。如果一个门打开，后货舱的温度将不能够调节。

3 常见故障案例分析

某航班驾驶舱的下ECAM 显示状态信息：驾驶舱配平活门故障，故障代码为Cockpit Trim-Air Valve Fault。排故流程如下：①根据故障信息[3]查询排故手册TSM，得知可能原因有（11HK）TRIM VALVE CKPT 的故障、区域温度控制器8HK CONT-ZONE TEMPERATURE 的故障、CACS1 的故障，还有导线的问题。②故障确认。通过MCDU 系统自检测试，显示（11HK）TRIM VALVE CKPT。③查阅AMM 飞机维护手册，更换故障件驾驶舱配平空气活门。④更换故障部件后，故障信息消除，则将飞机恢复初始状态。⑤更换故障部件后，故障依旧，则可能是导线问题，查询ASM 飞机简图手册和WDM 飞机线路图手册，更换故障导线。⑥将飞机恢复至初始状态。