LEAP-1A发动机压力感压子系统(PSS)除水质量改进方案

梁勇 管学东

1 研究背景

1.1 压力感压子系统的功能及缺陷

压力感压子系统（Pressure SubSystem，PSS）是空客A320neo飞机LEAP-1A发动机压力感压系统，由位于发动机风扇机匣右侧的PSS计算机（图1）和连接计算机及发动机的感压管路组成。计算机内部的感压原件感受空气压力信号，并转换为电信号传递给发动机电子控制组件（Electronic Engine Control ，EEC），用于发动机推力计算。 PSS是参与发动机控制的重要系統。

由于发动机制造商的设计缺陷，水汽会积聚在PSS计算机内部（图2）。寒冷季节时，水汽遇冷凝结后易出现堵塞感压口或冻结感压薄膜，便会造成感压元件生成的电压力信号错误、发动机控制异常，严重情况下还会导致双发推力不一致的问题。全球多个航空公司都不断发现与PSS计算机积水相关的故障，并已导致多起中断起飞甚至偏离跑道等恶性事件。

1.2发动机制造商解决措施

发动机制造商为解决PSS寒冷季节故障多发的问题，给出了如下解决措施：每1500飞行小时，对PSS计算机加热，同时用真空泵抽除计算机内部积水。

在发动机制造商提供的方案中，要求在环境温度小于18.3℃时，用热风枪加热PSS计算机，如图3所示。加热温度根据外界的实际环境温度设定，见表1，加热时间最少4分钟，然后用真空泵抽水汽至少20分钟，以此去除PSS计算机内部水汽。真空泵压力设置为-1大气压。此除水原理是，密闭空间内，提高真空度，水的沸点会随之降低。当设备内真空度达到-1大气压时，温度达到18.3℃水会汽化进而被真空泵抽出。

2 发动机制造商除水程序缺点与错误

2.1故障依旧存在

随着环境温度的降低，全球LEAP-1A机队PSS系统故障仍然频繁发生，通常可以通过航后除水排除。表2为某LEAP-1A机队（17架飞机）2019年度冬季PSS系统故障累计统计值；平均每3天发生一起故障。

为避免延误，该航司被迫采用航前加温PSS计算机的办法。该方法给勤务人员带来极大的压力，一线基层员工苦不堪言。

即使如此，仍然不能避免重大故障的发生：2020年1月中旬，某航司A320neo飞机滑出进入跑道等待期间，机组报告左发显示“start stall”，左发自动停车，各项发动机参数下降，机组执行飞机电子集中监视系统（ECAM）动作并滑回。事后调查发动机自动停车的原因是PSS计算机PS3感压元件结冰，EEC输入信号错误，发动机控制失效。

2.2分析除水程序中存在的缺点和错误

水三态（固/液/气）与温度和压力对应关系如图4所示，真空泵设置压力为-1大气压时，水的最低气化温度为18.3℃。当外界温度低于18.3℃时，为让PSS计算机里存在的液/固态水汽化，用热风枪加热PSS计算机壳体。外界温度越低，所需热风枪出口温度设置要求越高，以确保PSS计算机壳体温度可达到预期除水要求的18.3℃。

分析除水程序，发现存在如下问题：

1） 北方地区冬季温度低，PSS计算机金属壳体散热快，局部壳体温度无法达到规定值；

2） 受海拔高度、设备渗漏等原因影响，真空泵无法维持-1大气压；

3） 热风枪出口至PSS计算机壳体有距离，存在热量散失。热风枪出口温度与壳体温度呈非线性关系，18.3℃的最低温度无法精准控制；

4） PSS计算机壳体温度值无测量程序；

5） PSS感压空气管内部存在结冰的可能性，用压缩空气或氮气无法去除固态冰；

6） 整个程序缺少检验除水成果确认环节；

7） 外界温度低于-20.0℃后，发动机生产厂方案已无法满足除水条件（北纬40°或更高纬度地区时常能达到零下20℃）。

综上所述，发动机制造商提供的方案，仅是一种理想状态，并不能达到完全去除PSS计算机内部水汽的目的。

3 改进措施

3.1研制PSS计算机保温测温罩

针对金属壳体散热快，局部温度无法达到规定值，无法精准掌握PSS计算机壳体温度的问题，研制出PSS计算机保温测温罩，如图5所示。该设备有三层结构：内层为航空反辐射隔热材料，中间层航空保温材料，外层橙黄色阻燃特种布料。粘扣式安装在PSS计算机上，中下部留有热风枪加温区域。保温护罩上还设有测温仪（含测温线/测温点）以及铭牌、警示牌等。

整个加温过程中，该设备可以有效保持计算机壳体整体温度，并实时反馈温度值，便于热风枪操作者控制温度。

3.2改进工作程序

改进工作程序的主要思路是采用参数裕度补设备不足，具体如下。

1） 根据数据分析和经验总结，确定抽真空前对PSS计算机的加温时间为20分钟，该加热时长能较好保证水的气化效果。

2） 通过测温器实时监控PSS计算机表面温度，确保PSS计算机外壳温度持续保持在35℃～50℃之间，从而解决温度过低无法达到预期除水效果，而温度过高又会损坏PSS计算机的问题。

3） 感压管除水，由原程序的压缩空气或氮气，改为热空气，可以有效液化固态水，便于吹除。

4） 增加质量检测程序：在除水工作结束后，采用孔探设备检查所述PSS计算机内部水滴残留情况，确定达到要求效果。

5） 保温设备弥补了发动机制造商方案在–20℃无法执行除水工作的局限性，以及随外界温度降低所需加热枪温度过高的危险性。

4 效果檢测

自2020年1月16日至今，PSS计算机质量改进方案实施以来，经历了多次低温寒潮，温度多次达到–20℃以下，但该机队未再发生PSS计算机故障。因此可以证明，PSS除水质量改进方案是切实有效的。

2020年9月，南方航空携该改进方案参加“2020年中国质量技术与创新成果发表赛”，获得专业级奖项。2020年9月，该创新方法及工具，获得国家知识产权局授予的专利证书（专利号：202010354258.7）。

5推广价值

压力感压子系统（PSS）除水质量改进方案已在南航LEAP-1A全机队推广，得到各分子公司一致好评。

鉴于LEAP-1A发动机的姊妹机LEAP-1B发动机在运营阶段PSS系统也出现过同样的困扰（LEAP-1B发动机装配于波音737MAX，目前该型机处于停运阶段），且至今仍未得到有效控制，经查询手册，LEAP-1B发动机的PSS系统与LEAP-1A的外观和原理基本一致，所以该除水质量设计方案也可推广至LEAP-1B机队。

6结论

“PSS计算机质量改进方案” 可以避免飞机航前起动过程中PSS计算机故障发生，减少由于此故障发生而导致的航后工作者的任务量，以及由此故障导致的恶性航班延误/换机飞行等风险。通过改进的技术手段、细化的质量控制环节，提升了发动机安全性和可靠性，提高了航司的经济效益和社会效益。

参考文献

[1] CFMI. SERVIC BULLITEN LEAP-1A-71-00-0009-01A-930A-D POWER PLANT - PRESSURE SUBSYSTEM （PSS） （73-21-45） - PSS，PS3 SENSE LINE， AND P3B SENSE LINE WARM-UP PROCEDURE[Z].

[2] CFMI. SERVIC BULITEN LEAP-1A-73-00-0023-01A-930A-D ENGINE FUEL AND CONTROL -PRESSURE SUB SYSTEM （73-21-45）- PRESSURE SUB SYSTEM （PSS）， PS3， AND P3B SENSING SYSTEM HEATING， BLOWOUT AND VACUUM PROCEDURE[Z].

[3] AIRBUS. AMM TASK 73-21-45-210-802-A Pressure Sub-System and Sense Line Dry Out[Z].

作者简介

梁勇，技术管理部经理，硕士，主要从事A320飞机工程管理工作。

管学东，技术管理部工程师，主要从事A320飞机发动机工程管理工作。