空客A330飞机发动机引气系统典型故障分析

赵昶升 杨尉/北京飞机维修工程有限公司

0 引言

空客A330 飞机发动机引气系统“AIR ENG 1（2）BLEED FAULT”故障信息在飞机日常维护中出现的占比较高，此故障具有多发性、复杂性、多变性、反复性、隐蔽性，是影响飞机航班准点率的重要因素。一旦出现此故障信息，多是根据空客公司TSM 排故手册，并结合维修人员个人的工作经验来制定故障解决方案。故障能否及时、准确地排除，很大程度取决于维修人员的工作经验。为了提高排故效率，本文通过研究A330飞机发动机引气系统工作原理，分析引气系统各个部件的可靠性，以期制定出有针对性的故障解决方案，尽快排除故障。

1 发动机引气系统工作模式

1.1 发动机供气方式

湍达700 发动机是A330 飞机普遍选装的发动机，其引气系统的引气来源有两个，分别是中压级引气和高压级引气。中压级引气来源于压气机8 级，高压级引气来源于压气机14 级。当发动机处于低功率状态时，由于中压级引气压力不足，高压引气活门将打开，由高压级提供引气；当发动机处于高功率状态时，高压引气活门关闭，由中压级提供引气。引气经过压力调节活门的调压和预冷器的调温，产生合适温度、压力的引气，供给下游用户使 用。

1.2 主要部件及其工作方式

发动机引气系统由引气监控计算机（BMC）进行控制。主要部件包括高压引气活门（HPV）、压力调节活门（PRV）、超压活门（OPV）、风扇空气活门（FAV）、预冷器、风扇空气活门控制温度调节器（THC）、调节压力传感器（8HA）、转换压力传感器（9HA）和控制温度传感器（10HA）。

PRV（4001HA）为蝶形的电控气动活门，可控制引气开关，将下游静压调节在44 ～52psi 之间，控制引气气流流量，并提供反流保护。PRV 的控制电磁阀（THS）负责控制PRV 的开关。超压活门为安全装置，在系统超压时可完成气动关闭。系统包含多个感压管（sense line），用于传递压力信号、作动相应活门。系统的两个压力传感器可分别探测调压前后的压力，负责将压力值传递给BMC，并提供ECAM 上的显示。引气系统的温度限制子系统根据空调系统的需求，通过BMC 对引气温度进行控制，来自发动机风扇的冷空气通过FAV 进入预冷器，对发动机引气进行温度调节。FAV 下游安装有THC，THC 有两个温度探头和一个减压装置，利用预冷器出口温度控制FAV 活门的动压。THC 提供两种温度设置，电磁阀未通电时控制在（200±15）℃，通电时控制在（150±15）℃。BMC的功能包括对引气系统进行控制、关闭引气活门、打开交输活门、打开APU 引气活门以及进行温度调节设置 等。

2 发动机引气系统故障源分析

发动机引气系统故障时，最典型、最经常遇到的ECAM 告警信息为“AIR ENG 1（2）BLEED FAULT”，尤其伴随着引气压力低、PRV 活门位置不正常，很可能就是感压管接头处存在漏气。引气系统中较为重要的感压管有三根。第一根位于BLEED VALVE CONTROID SELENOID（7HA） 与BLEED VALVE（4001HA）之间，可控制PRV 的开关，操作腔的气体通过电磁阀放气。此感压管漏气时气路将一直与大气相通，PRV 无法打开。第二根感压管连接PRV 和压力传感器（9HA），用于探测PRV 上游压力。压力传感器可监视HPV 和IPV 活门的转换情况，并监控PRV 的活门开关状态。此感压管漏气将探测到一个错误的PRV 上游压力信号，使上下游压差过大，从而激活防返流功能，气动关闭PRV。第三根感压管连接PRV 与PRV 活门下游压力传感器（8HA）。8HA 可监控活门的开关状态，亦可监控OPV 的开关情况，并提供ECAM 上的显示。此感压管漏气时可导致ECAM 显示错误，从而超压关断 PRV。

导致发动机引气系统故障的部件还包括BMC 计算机、PRV 活门、HPV 活门、THC、THS 以及各传感器等。这些部件出现故障时，对应的功能将失效，从而触发引气系统告警信息。

3 发动机引气系统故障树分析

3.1 历史故障数据

以某航空公司A330 机队65 架飞机2014 年1 月1 日至2019 年4 月15 日期间的运行和维修数据为样本，得到其总飞行小时1100732FH，总起落循次为245158FC，期间发动机引气系统相关的故障数据288 条，其中152 条进行复位后信息消失，另136 条进行了部件更换或修理工作。各部件故障发生次数的统计情况详见表1。

3.2 构建故障树

通过研究发动机引气系统历史故障数据，分析故障部件原理及其之间的逻辑关系，构建“AIR ENG 1（2）BLEED FAULT”信息的故障树。对故障部件进行分类，将其定义为活门本体故障、其他部件故障和管线相关故障三大类。其中，管线相关故障中其他类包括一次线路连接脱开和一次线路短路，因其故率较低，可定义为省略事件。由此得出如图1 所示的故障树。该故障树的底事件如表2 所示。

根据故障树逻辑图和底事件列表，设定：PRV 故障为x1，FAV 故障为x2，THC 故障为x3，THS 故障为x4，预冷器故障为x5，感压管故障为x6，传感器故障为x7，得出其结构函数展开式，简化为：

Φ（X）=x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7

3.3 故障树分析与重要度计算

利用上行法对故障树进行分析，得出顶事件表达式。根据或门的定义，输入事件变量的逻辑和为输出事件变量，得到表达式：

Φ（X）=x1∪x2∪x3∪x4∪x5∪x6∪x7

得到故障树的7 个最小割集，如表3 所示。

最小割集的7 个系统部件中单独一个发生故障均可能导致发动机引气系统出现相关故障信息。根据结构函数和表达式，得出顶事件发生概率公式：

将总飞行小时110.0732 万小时记为110 万小时，对底事件发生概率进行计算，xi用qi代替，可以得到各底事件的发生概率qi为底事件发生次数与总飞行小时之商，计算得到各底事件的发生概率，如表4 所示。代入之前得出的顶事件发生概率公式，计算得到 g=0.767。

表1 发动机引气系统各部件故障次数统计

图1 “AIR ENG 1（2）BLEED FAULT”信息的故障树

表2 故障树底事件

表3 故障树最小割集

表4 各底事件发生概率与重要度

任一部件的故障率和该部件导致系统故障的概率变化率之积与关键重要度成正比。因此，可利用关键重要度从大到小排序，安排故障检测，进行故障诊断。因此，需要选取计算关键重要度的方法，以得到出现“AIR ENG 1（2）BLEED FAULT”故障信息时部件的最优检查顺序。

将关键重要度从高到低进行排序，得 到：， 即各高故障率部件的关键重要度从高到低依次为：THC、PRV、THS、感压管、FAV、传感器、预冷器。

4 案例分析

某公司的一架A330 飞机多次出现左发引气系统故障，伴随“AIR ENG 1 BLEED FAULT” 告警信息， 以及“PRESS REG-V（E1-4001HA）/SOL（7HA1）/SENSE LINE”故障信息代码。地面试车，测试引气系统，引气压力指示为零，判断非指示系统故障，而是左发PRV 没有打开。进行多次排故，故障反复出现，共计更换过两个PRV、一个HPV、两个THS，一个THC，直至发现PRV 与THS 之间的一根感压管可能存在漏气，将感压管用胶带包住后试车，故障现象消失，证实故障源为感压管。更换感压管后故障得以最终排 除。

查询机队历史维修记录，发现因此根感压管漏气导致PRV 无法打开的故障发生过多次，且因排故耗费了大量航材，还导致多次航班不正常或长时间停场排故情况。究其原因，是感压管漏气不容易被发现。进行PRV 活门测试时需断开感压管、安装堵盖，利用发动机引气测试设备对PRV 进行增压检查，压力多为29±2psi，检查活门位置指示器，通过活门开关状态来判断是活门故障还是感压管连接处漏气。受设备器材及工作量的影响，维修人员经常在没有全部完成感压管渗漏检查的情况下武断更换多个部件。

根据以上故障情况统计，结合各故障部件可靠性故障树分析结果，得出结论：出现发动机引气系统故障信息时，潜在的故障部件主要包括THC、PRV、THS 和感压管。如果出现的是“PRESS REG-V（E1-4001HA）/SOL（7HA1）/SENSE LINE”故障信息代码，则故障部件主要为PRV、THS 和感压管，应进行PRV 保压测试，检查感压管是否漏气，不能盲目、重复地更换多个部件，尤其不应更换HPV、THC、FAV、预冷器等与故障信息并无直接关联的部件，避免造成不必要的航材浪费以及不合理的工时占用。

5 结束语

通过对发动机引气系统故障进行分析，结合历史排故数据，分析故障信息代码以及各部件的可靠性，得出相应的排故检查顺序，制定检查方案，有利于提高排故效率，有效降低不正常航班数量，缩短航班延误时间。