空客A320飞机的油箱惰性气体系统

摘要：本文介绍了空客A320系列飞机油箱惰性气体系统（FTIS）的组成和工作原理，对A320飞机油箱惰性气体系统常见维护工作的注意事项进行了说明，并对该系统的常见故障进行了分类和总结。

关键词：油箱惰性气体系统；空调服务空气系统；惰性气体产生系统

Keywords：FTIS；CSAS；IGGS

0 引言

全球范围内曾经发生过多起运输机油箱爆炸事故，最为人熟知的是环球航空800号班机（TWA800）空难，1996年7月17日该班机从纽约肯尼迪机场起飞，起飞不久便在纽约长岛上空附近爆炸，造成机上212名乘客和18名机组成员全部遇难。燃油箱爆炸严重影响了民用航空的安全，使用燃油箱惰性气体系统（FTIS）可以分离空气中的富氧空气并排出机体，将剩下的富氮空气送入飞机的燃油箱，从而降低飞机燃油箱起火爆炸的风险。美国联邦航空管理局（FAA）和欧洲航空安全局（EASA）都要求其管辖内的飞机必须安装FTIS。早期的A320飞机没有FTIS，只能通过改装来加装FTIS，新的A320飞机自带FTIS。鉴于FTIS是一个比较新的系统，本文将从系统原理、维护工作中的注意事项、典型故障分析三方面对FTIS进行介绍和分析。

1 系统原理

空客A320系列飞机的FTIS将除去氧的空气送入燃油箱中燃油液面上方空间，有效降低了燃油箱发生火灾和爆炸的风险。FTIS有两个子系统，分别是空调服务空气系统（CSAS）和惰性气体产生系统（IGGS） 。CSAS对发动机引气进行温度、压力、流量的调节，使气流满足IGGS系统的工作要求，并将气流供给IGGS。IGGS系统对CSAS供来的气流进行过滤和除氧后获得清洁的富氮空气（NEA）。这些NEA通过管道网络进入燃油箱，将燃油箱中原来氧气含量较高的空气通过管路推出油箱，使燃油箱充满NEA气体，这就是燃油箱气体惰性化的简要过程。

1.1 空调服务空气系统（CSAS）

图1为CSAS原理图，图中的数字1～7分别代表CSAS的主要部件：CSAS隔离阀门、臭氧转换器、CSAS热交换器、旁通阀门、温度传感器、压力传感器、CSAS控制组件。

CSAS仅在飞行状态运行，飞机在地面时停止运行。CSAS隔离阀门是一个由电磁控制、气动力驱动的蝶形阀门。在没有引气压力或电源的情况下，隔离阀门自动关闭，系统停止运行。CSAS控制组件控制隔离阀门的开关。当CSAS隔离阀门打开时，来自引气系统的热空气通过CSAS隔离阀门流入臭氧转换器。臭氧转换器催化降低热空气中的臭氧含量，有效保护下游IGGS系统中空气分离模块内的纤维组织。从臭氧转换器流出的热空气分成两路，一路流向CSAS热交换器，一路流向旁通阀门。CSAS热交换器安装在冲压空气的风道中，来自飞机外部的冲压冷空气流过CSAS热交换器，与CSAS系统管路内的热空气进行热交换，降低CSAS系统管路内的空气温度。同时，CSAS控制器控制旁通阀门的开度，让热空气与经过热交换器的冷空气进行混合，将下游气体温度控制在60℃左右。调节后的气体将流向下游的温度传感器和压力传感器，最后供向IGGS。温度传感器和压力传感器监测气流的温度和压力，将信号传递给CSAS的控制器，如果出现超温或超压状态，CSAS的隔离阀门将被控制关闭，整个系统停止运行。

1.2惰性气体产生系统（IGGS）

图2为IGGS原理图，图中的数字8～16分别代表IGGS系统的主要部件： IGGS隔离阀门、双层超低颗粒物空气滤芯、温度传感器、压力传感器、空气分离模块、IGGS控制组件、氧浓度和压力传感器、双流量关断阀门、双瓣单向阀门。

IGGS的隔离阀门受IGGS控制组件的控制。系统正常工作时，IGGS控制组件对IGGS隔离阀门通电，控制阀门打开，来自CSAS的气流流入IGGS；系统出现异常时，IGGS控制组件使IGGS隔离阀门断电，阀门在内部弹簧的作用下关闭，来自CSAS的气流被隔离在IGGS外。系统正常工作时，来自CSAS的气流通过隔离阀门后先流入双层超低颗粒物空气滤芯。滤芯过滤掉气流中的碳氢化合物和灰尘，保证气流的清洁。从滤芯出来的气流将流过温度传感器和压力传感器，这两个传感器分别采集气流的温度信号和压力信号，并将信号传递给IGGS的控制组件。当温度传感器监测到气流温度超过85℃或压力传感器监测到气流压力低于15psi时，IGGS控制组件将控制IGGS隔离阀门关闭。流过压力传感器的气流被送入空气分离模块。空气分离模块内部有几十万根直径很小的中空纤维，由于不同气体通过纤维高分子膜的渗透速率不同，气流将被分为富氮空气（NEA）和富氧空氣（OEA）[1]。OEA将从飞机腹部的整流罩排放到机体外部，NEA继续流向氧气浓度和压力传感器。该传感器包含一个氧敏传感器和一个压力传感器，监控NEA的压力和氧气浓度，并将数据传递给IGGS控制组件。IGGS控制组件利用获得的数据来监测空气分离模块和油箱惰性气体系统的性能。NEA继续流向下游的双流量关断阀门。双流量控制阀门受控于IGGS控制组件，当系统不工作或温度、压力、氧气浓度等参数异常时，双流量控制阀门关闭，将IGGS和燃油箱隔离。当系统正常工作双流量控制阀门打开时，NEA继续流向下游的双瓣单向阀门，IGGS控制器控制双流量关断阀门的开度，使系统在低/中/高NEA流量之间切换。双瓣单向阀门有两个弹簧式止回阀，允许NEA单向流入燃油箱并防止燃油从油箱进入IGGS。NEA气体通过双瓣单向阀门进入燃油箱，将燃油箱中原来带氧气的空气通过管路推出油箱，从而完成燃油箱气体的惰性化[2]。

2 维护工作中的注意事项

A320系列飞机在A检时要求更换图3中所示标号为4的双层超低颗粒物空气滤芯，该过滤器可去除空气中的细小颗粒（烟雾、灰尘、棉絮、纤维、花粉）和感染性物质（细菌、病毒、霉菌、真菌）。目前正处于新冠疫情防控阶段，在完成此项工作时应做好防护工作，如穿上防护服，戴上口罩、手套、眼镜等。

燃油箱的维修盖板上经常能看见警告标识（见图4）。来自燃油箱惰性气体系统的NEA将导致人员受伤甚至死亡，工作前一定要做好通风和呼吸保护。

3 典型故障分析

日常维护中FTIS最常出现的故障信息是“FUEL INERTING SYS FAULT”，该故障可以分为虚假故障、部件故障和隐藏故障。

3.1 虚假故障

虚假故障不是真正的故障，是指由某种特定状态触发的短暂的虚假的故障。对于虚假故障无需急于排故，一般只需要做一次带引气的系统测试就会消失。例如，某飞机航前突然跳出“FUEL INERTING SYS FAULT”故障，可以先做一次带引气的系统测试来尝试消除故障，如果故障不能消除，再按照MEL进行故障保留放行。这类虚假故障也常出现在FTIS系统部件更换之后，如更换双层超低颗粒物空气滤芯后。

3.2 部件故障

部件故障可以通过做一次不带引气的系统测试来确认故障部件，然后根据测试结果给出的故障信息更换相应部件。例如，测试结果为“IGGS CTL UNIT （1YA）”，则更换IGGS控制组件以排除故障。

3.3 隐藏故障

隐藏故障的排除较为麻烦，通常在更换了系统测试给出的故障部件后仍无法排除故障。例如，当跳出“FUEL INERTING SYS FAULT”伴有“ASM PERFORMANCE DEGRADED”信息时，故障原因是ASM（空气分离模块）的NEA供应不足导致性能降级。而NEA供应不足可能由两种原因造成：ASM本身故障，导致分离不出足够的NEA；管路渗漏，导致气体压力不足或空气混入使氧浓度增加。这种情况即属于隐藏故障。对于第一种原因，一般在更换ASM后就能解决；对于第二种原因，需要使用试漏剂对整个系统进行渗漏检查。由于FTIS在地面时不工作，渗漏检查需要在带引气的操作测试过程中进行。检查范围需包括CSAS管路和IGGS管路，重点检查管路和管路连接的卡箍位置以及管路和部件连接的卡箍位置，这些卡箍位置可能因为封圈老化或者卡箍安装不正确而产生漏气，解决渗漏问题即可排除系统降级故障[1]。

4 结束语

空客A320系列飞机的FTIS是较新的系统，它使燃油箱内充满富氮空气，能降低飞机燃油箱起火和爆炸的风险，提高飞机的安全性。本文主要介绍了FTIS的系統原理、维护工作中的注意事项、典型故障分析，为维护人员提供有益的参考。

参考文献

[1]王翔.空客A320燃油箱惰性气体系统介绍及故障分析[J].价值工程，2019，38（10）：115-117.

[2]王国法.飞机燃油油箱氮气发生系统研究[J].山东工业技术，2013（11）：13-14.

作者简介

赵光义，放行工程师，主要负责A320系类飞机发动机、空调、起落架等系统的维修和放行工作。