A320ceo 系列飞机发动机引气超压关断故障分析与排除

■ 陈俊 马鹏飞 孙家梁/成都航空有限公司

1 故障现象

A320ceo 系列飞机可装配CFM56-5B 或V2500 发动机，本文谈到的是装配CFM56-5B 发动机的A320ceo 系列飞机，提及的压力阀值可能因部件件号不同略有差异。

受疫情反复的影响，各航空公司均出现不同数量、不同间隔的飞机停场情况。A320ceo 系列飞机停场复航首次执行航班时，易出现发动机引气系统故障。具体表现为：停场飞机首次执行航班，起飞后出现ECAM 警告AIR ENG(X)/1+2 BLEED FAULT，无相关LRU（航线可更换件）的故障信息。通过译码软件分析警告触发时发动机的引气状态，发现均是因为起飞时引气超压的保护性切断而触发警告。

引气系统的正常是保证飞机高空安全运行的关键。飞行中，单发引气失效会增加机组负担，降低飞行安全裕度。操作不当甚至可能引起双发引气失效，导致飞机进入紧急状态，要求立即下降高度，同时启用辅助动力装置（APU）供气。

2 系统原理

2.1 CFM56-5B 发动机引气原理

如图1 所示，发动机引气由压气机中压或高压级提供。发动机功率较低时，引气由高压级经高压级引气活门（HPV）、压力调节活门（PRV）、过压活门（OPV）提供；发动机功率较高时，引气由中压级经中压级引气活门（IPV）、PRV、OPV 提供。高压级供气时，HPV 作为主要的压力调节部件，调节引气压力至8 ～36psi，PRV 仅有打开/关闭作用。中压级供气时，HPV自动关闭，PRV 作为调压部件，调节引气压力至（44±1.75）psi。高压、中压级供气的转换完全是气动控制。风扇空气活门（FAV）受恒温控制器（TCT）控制，通过控制FAV 的开度改变风扇空气进气量，进而将预冷器出口温度恒定调节在200℃左右。每台发动机的引气受各自的引气监控计算机（BMC）控制。

图1 CFM56-5B系列发动机引气系统简图

2.2 PRV 调压原理

如图2 所示，PRV 的调压是两部分共同作用的结果。一、PRV 上游引气通过信号管1 进入调压系统。调压系统膜片2 在气压与弹簧力的共同作用下，控制减压阀芯3 上下移动，进而控制进入调压系统和打开腔的气体，实现调压。二、PRV 下游引气通过信号管2 进入防反流组件。当下游气压足够克服弹簧力顶开阀门13 时，气体进入分配系统，进而顶开分配系统阀门6，之后分为两路。一路通往关闭腔，在弹簧力、关闭腔气压、打开腔气压的共同作用下，推动作动系统活塞移动，带动蝶形挡板上下移动，实现调压。另一路通往打开/关闭系统，当气压大到足够作动球体时，切断通往打开腔的气体，关闭PRV。

图2 PRV工作原理图

2.3 引气接通与切断原理

驾驶舱引气电门在打开位时，BMC接收引气电门位置信号，发出指令使引气压力调节电磁阀（TLT）断电，TLT阀芯2 靠近基座，使信号管3 与大气隔绝。在PRV 上游压力大于8psi 后，经信号管1 进入打开腔的气压克服关闭腔气压和弹簧力，推动作动系统活塞向上移动，活塞带动蝶形挡板使PRV 打开，接通引气。驾驶舱引气电门在关闭位时，BMC 接收引气电门位置信号，发出指令使TLT 通电，TLT 阀芯2 远离基座，使信号管3 与大气相通，释放通往PRV打开腔的气体，PRV 作动系统活塞在关闭腔气压和弹簧力的作用下向下移动，活塞带动蝶形挡板使PRV 关闭，切断引气。

2.4 引气超压切断原理

PRV 下游的压力传感器将压力信号转换为电信号反馈给BMC。当压力超过57psi 时，BMC 发出指令使TLT 通电，信号管3 与大气相通，释放通往PRV 打开腔的气体，关闭PRV，切断引气。若PRV 未及时关闭引气，当压力继续上升达到75psi 时，OPV 开始作动关小；当压力达到85psi 后，OPV 会完全关断，实现过压保护。当OPV 上游压力降低至35psi 后，OPV 会重新打开。

3 故障原因

对故障出现时飞机相关系统的数据进行剖析，发现起飞时飞行员将油门杆从慢车位（IDLE）推到起飞/复飞位（TOGA），发动机控制组件（ECU）控制供油量增加，燃烧室排出更高温度和更大压力的气体去冲击涡轮做功，带动高低压转子转速增加，进而压气机各级气体压力增加，发动机引气迅速由高压级提供切换到由中压级提供。虽已切换到中压级，但提供的引气压力依旧很高，通常能达到100psi 以上。PRV 上游压力很高，而出口压力要求为（44±1.75）psi，这是对PRV 调压能力的一个考验。PRV 调压响应不及时，调节的压力不符合出口要求，就导致超压保护性关闭PRV，此时电门的位置指令仍在打开位，而实际PRV 已关闭，导致指令与实际不符，自然触发警告AIR ENG (X) BLEED FAULT。由起飞过程译码结果可以知晓故障发生时各活门的位置状态、引气压力变化情况，再结合系统原理，分析得出：中/高压级转换、OPV 保护性切断功能均正常，导致系统调压失效的原因不在控制而在PRV 本身调节能力的下降。

PRV 部件手册罗列了调压能力下降的原因（见图4），分析认为，与停场造成PRV 调压能力下降最可能的原因有三种：调压系统压力减压阀芯卡阻、作动系统球形轴承不能自由移动、防反流分配系统分配阀芯堵塞。

图4 PRV部件手册中列出的调节超压原因

经过与部件修理厂家深度技术交流，梳理故障PRV 的送修报告，发现故障送修件均存在调压功能缺失，反馈的主要故障源包括内部积炭、积灰、严重生锈，使压力减压阀芯卡阻、球形轴承无法自由转动，完全符合上述分析推断。另外，梳理PRV 装机记录时发现，装机时间也是导致停场复航后首班出现引气故障的一个重要因素。这是因为装机时间越长，部件内部积灰、积炭越严重，长时间的停场使活门一直未作动，加剧了这一情况，导致故障发生的概率越高。通常，装机时间越长、停场时间越长的PRV 的调压功能衰减得越严重，也越容易在复航首班出现故障。

4 处置办法

空客厂家曾发布技术提示，就这一现象进行了说明。该型飞机起飞爬升阶段出现引气超压，导致引气失效的情况逐渐增多，根本原因是起飞时引气压力峰值很大而PRV 与OPV 性能衰减，使超压情况更容易发生。提出的解决方案是：停场超过一段时间的飞机复航前应先进行发动机试车，验证引气中/高压级转换及PRV 调压能力，要求试车时功率达到65%N1，观察中/高压级切换、输出压力值是否满足手册标准。对于测试结果不满意的飞机，使用专用设备进行引气系统全面健康检查。全面的引气健康检查可实现对引气系统温度控制、压力调节、压力控制的测试，然后根据测试结果做出相应的故障处置。

运行经验表明，往往首班出现故障，后续航班该发动机的引气会自动恢复，不难分析是因为PRV 内部卡滞阻塞部件受冲击恢复了作动，进而恢复了其调压功能。因此，运行前进行功率试车是有必要的。功率试车模拟起飞供气工况，在验证PRV 调压能力的同时也可恢复一部分还未完全卡死PRV 的调压功能。对于通过试车仍无法恢复调压能力的PRV，需在运行前进行更换；对于通过试车恢复了调压能力的PRV，由于其内部积灰情况不能自动排除，仍然有故障重现的可能，建议尽快在合适时机进行更换。

经过一段时间的实践检验，发现以上措施确实是解决该型飞机起飞引气超压故障的合理、有效的处置方法。

5 结束语

引气系统是飞机的关键系统，引气系统失效将引发增压、空调、防冰等系统失效，给安全飞行埋下隐患。日常维护中在保证绝对飞行安全的前提下，主最低设备清单中虽然允许失效一台发动机的引气，但部分航空公司为提高安全裕度，规定基地出港航班不允许保留引气系统失效，进一步增加了维修保障的难度。因此，引气系统的故障更加需要提前发现，并做出针对性的预防维修。在处理这类关键系统的多发故障时一定要提高警觉，详细了解每次故障发生时具体的故障表现以找出共同点；结合对系统、部件的原理分析，找到故障触发的根本原因；结合厂家文件、技术资料等，反复推敲制定切实有效的处置方案，根据处置方案实施的反馈情况做出合理的修订，做到维修控制的闭环管理。