E190飞机发动机引气系统故障模式分析

李佳宝

摘要：发动机引气系统对飞机运行品质有着重要的影响，是飞机能够安全运行的关键系统之一。本文以E190飞机为研究对象，梳理机队运行数据，基于发动机引气系统工作原理分析其故障模式以及排除方法，可为同机型或同类型引气系统的日常维护、排故提供参考。

关键词：E190飞机；引气系统；故障统计；故障分析

Keywords：E190 aircraft；pneumatic bleed system；fault statistics；fault analysis

0 引言

E190飞机引气系统的主要气源包括地面气源车、APU引气系统、发动机引气系统，引气系统为飞机空调系统、发动机启动系统、防冰系统、水箱增压系统等提供能量。统计分析发现引气故障在飞机运行中发生的频率较高，且常因该类故障造成航班的延误甚至返航。因此，引气系统故障需引起重视并作为一个重要的研究课题。某E190机队过去四年飞行小时数为130466.73h，飞行循环数为84285，统计显示引气系统的故障中接近46%的故障与发动机引气系统故障相关，因此本文对发动机引气系统原理、故障模式进行研究，以为日常维护、排故提供参考。

1 发动机引气系统

E190飞机发动机系统原理简图如图1所示。发动机引气系统主要部件有高压引气关断活门（HPSOV）、压力调节关断活门（NAPRSOV）、低压单向活门（LP CHECK VALVE）、双扭矩马达控制器（TMC）、预冷器（PRECOOLER）、风扇空气活门（FAV）、发动机引气总管、压力传感器、温度传感器、伺服管等。发动机引气来自低压压气机5级引气和高压压气机9级引气，分别经过低压单向活门和HPSOV后由NAPRSOV控制引气压力，FAV控制的冷路空气与发动机热引气在预冷器中进行热交换执行温度调节，最终流向发动机引气总管，供给各引气用户使用。

1）引气压力调节原理

引气压力由位于预冷器下游引气总管上的引气压力传感器和引气超压电门进行监控，正常情况下AMS控制器会控制发动机的引气压力在45psi。当发动机工作在低功率状态下，低压压气机5级压力不足，此时AMS控制器选择从高压压气机9级引气，HPSOV作为调节活门，NAPRSOV全开，低压单向活门可防止气流逆流；随着发动机功率的增加，发动机低压引气足以提供45psi以上的压力后HPSOV关闭，NAPRSOV开始控制引气压力。在大翼防冰打开时，为了满足防冰需要，高压引气和低压引气可能同时工作。

2）引气温度调节原理

正常情况下AMS控制器将发动机引气总管温度控制在204℃，在接通大翼防冰时控制在231℃。经过NAPRSOV调节的热空气需经冷却才能满足需求，是通过在预冷器与冷路空气进行热交换的方式实现的，冷路空气来自发动机风扇叶片后部，使用FAV调节。AMS控制器通过总管实际温度控制FAV的开度调节冷却空气的量来调节发动机引气的温度。

2 故障模式及分析

某E190机队过去四年运行中发动机引气故障失效部件统计数据如表1所示。从中发现，发动机引气故障中NAPRSOV、HPSOV、FAV失效占比达到了62%。下文将基于活门的工作原理分析故障模式。

2.1 NAPRSOV/ HPSOV相关故障

NAPRSOV和HPSOV原理基本一致，均是蝶形活门，在弹簧力的加载下活门处于常关状态，活门与TMC之间通过伺服管连接，TMC接收来自AMS控制器的控制信号，调节引气活门伺服控制气路的压力，从而调节活门的开度，实现对下游引气总管压力的控制。每个TMC内部包含两个力矩马达，分别控制NAPRSOV和HPSOV，引气伺服管用于TMC和NAPRSOV之间以及TMC和HPSOV之间伺服气流的传输。AMS控制器根据引气总管反馈的具体引气压力值判断引气活门失效在关位或开位，同时触发故障信息。

常见的失效模式包括活门失效在关位、活门失效在开位、活门开关卡滞、伺服管漏气、气滤堵塞等。从原理可知，活门的开度由TMC通过伺服管加载压力克服弹簧加载力进行控制，如果管路渗漏会使活门打不开或者活门频繁开关，造成引气压力的波动。故障代码给出的活门失效在开位或关位是基于AMS控制器对输入信号的判断，不能简单理解为活门实际失效在开位或关位。例如，在某一飞行阶段，引气由NAPRSOV和HPSOV同时控制，当NAPRSOV失效在关位，此时遇到结冰条件，AMS控制器通过TMC伺服管控制HPSOV调大开度增加引气量，由于NAPRSOV失效在关位，下游的引气压力很小，引气无法满足要求，AMS控制器通过传感器信号认为HPSOV失效在关位而给出故障代码。因此，同时出现两个活门的故障信息时，需基于系统原理结合QAR数据进行全面分析。运行中在遇到引气活门相关故障时，考虑到经济性与便捷性，可按照检查伺服管有无渗漏、气滤有无堵塞、伺服管接头有无松动、活门本体故障的顺序开展排故。应特别注意伺服管的安装接头，正确使用双扳手施工并施加力矩到手册要求的范围，否则引气的振荡会使接头处漏气，造成引气波动触发故障信息。

2.2 FAV故障

FAV为电控气动活门，当力矩马达未通电时，在弹簧力加载下保持在常开位，AMS控制器根据引气总管传感器反馈的温度值，通过电流控制力矩马达进而控制伺服气流，最终控制活门的开度，电流值越大活门就越往关的方向。FAV失效的模式通常是活门失效在关位、活门失效在开位。

2.3典型案例分析

某航班巡航阶段进入结冰区后CAS区先后出现BLEED 2 FAIL和BLEED 1 FAIL信息，机组复位无效，飞机备降。飞机落地后查看数据，有故障信息RH HPSOV（CLOSED）[C2]/WRG FAULT、RH HPSOV（CLOSED）[C2]/ WRG [AI]。查看QAR引气数据，发现故障时刻右发引气压力最低为8psi，AMS控制器接收到此信号后判断RH HPSOV失效在关位，触发右发引气失效信息。此后由左发引气对左右发引气总管进行供气，从QAR数据也可看到交输活门打开，符合引气系统工作逻辑。从数据中还发现，左发引气温度最高超过了260℃，持续超过3s，符合触发左发引气失效信息的逻辑。造成左发温度高的原因可能是FAV失效，无法增大开度满足热路引气冷却要求。根据故障现象，参考FIM手册并结合实际工作经验，得出造成HPSOV失效在关位最可能的原因有TMC气滤堵塞、HPSOV气滤堵塞、TMC伺服管漏气、HPSOV本体故障，遂逐一进行排除。拆下伺服管离位检查其完整性，同时检查接头处气滤有无污染、堵塞等现象，如果以上检查均正常，可判断为活门本体故障。最终更换了右发HPSOV、左发FAV，故障得以排除。

通过以上统计数据分析、发动机引气系统原理分析以及案例分析可知，发动机引气系统故障模式比较集中，61%的故障与三大活门本体故障相关，统计数据中11%的其他类型中大部分为检查并清洁气滤等措施，在统计数据中伺服管加气滤失效占到了15%。因此，在运行中遇到发动机引气故障时，应根据故障现象结合工作原理并参考排故手册来制定方案，可参考以往的处理措施来减少排故时间，在保障安全前提下快速保障航班正常运行。

3 结束语

发动机引气系统的故障模式及处理机制与机队的运行环境、维护水平、管控措施密切相關。本文通过梳理E190机队运行数据，统计分析了发动机引气系统故障模式以及处理措施，为同机型或同类型刹车系统的日常维护、排故提供参考。

参考文献

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