737NG空速管加溫故障分析和預防措施研究

陳亦奇

摘 要：飛機通過安裝在機身外部的空速管來探測速度。由于飛機運行在特殊的高空低溫環(huán)境，需要對空速管進行加溫，避免結(jié)冰阻塞。本文著重闡述波音737NG飛機空速管加溫的工作原理和故障成因，并對預防性維修措施進行了初步探索。

關(guān)鍵詞：737NG；空速管；加溫故障；預防措施

中圖分類號：TH17 文獻標識碼：A

1.系統(tǒng)介紹

737NG飛機的3部空速管都有各自的加溫系統(tǒng)。在控制邏輯上分為自動和人工兩種方式，由駕駛艙的控制面板進行選擇和指示。自動方式工作條件為任意一臺發(fā)動機啟動，自動開始加溫。

當人工將駕駛艙的探頭加溫開關(guān)置于ON位，或者任意發(fā)動機啟動，觸發(fā)繼電器吸合，使回路導通，飛機提供115V交流電通過空速管內(nèi)的電阻絲進行加熱。如果出現(xiàn)開路或短路，相應(yīng)的故障指示燈會點亮，機組可據(jù)此判斷并排除無效的空速。空速管內(nèi)部的加溫元件由熱敏陶土及電阻絲串聯(lián)構(gòu)成，其中陶土用于調(diào)節(jié)空速管的溫度在120℃～150℃之間，電阻絲用于加熱防止空速管外部及內(nèi)部結(jié)冰。電阻絲主要螺旋分布在前端采集口。

2.故障分析和預防措施研究

在實際運行中，空速管加溫的故障屢見不鮮，對飛行安全和準點率、維護成本都造成很大壓力。而且還有一部分故障較為隱蔽，不會觸發(fā)故障燈的指示，僅表現(xiàn)為左右空速不一致，給機組判斷帶來很大困難，也給我們的維護工作帶來挑戰(zhàn)。

對此我們除了完善故障處置預案之外，也對故障進行了長時間持續(xù)的統(tǒng)計分析，以期找出故障原因，進而尋求預防性維修措施。

首先根據(jù)空速管的部件維修手冊CMM34-11-08，對故障空速管進行檢查，分別從外觀、氣密性、加溫電阻、加溫絲與外殼的絕緣電阻進行檢查和測量。手冊標準加溫電阻為48正負8Ω，絕緣電阻>1MΩ。

通過測量發(fā)現(xiàn)：一些故障空速管表現(xiàn)為加溫電阻的阻值或者開路（無窮大）或者正常，極個別表現(xiàn)為短路，這些故障一旦發(fā)生就一直存在，故障燈點亮，落地后地面測試也不通過；而出現(xiàn)空速不一致但沒有引起故障燈亮的空速管，加溫電阻和絕緣電阻均符合手冊標準，而且地面測試也正常。

但深入分析發(fā)現(xiàn)這些故障有以下共同點：

（1）絕緣電阻雖然符合手冊標準，但比較接近門檻值，分布在1MΩ～20MΩ區(qū)間，而剛出廠的新空速管，測量絕緣直通常在2000MΩ以上。

（2）這類不引起故障燈亮的空速不一致，會在一段時間后自行消失。

初步懷疑這些空速管絕緣電阻在非工作狀態(tài)下測量值接近門檻值，在通電加溫后可能存在電熱絲對殼體的局部短路，導致加溫功率不足，在極端條件下無法及時融化堵塞的冰晶。當飛機離開惡劣氣象區(qū)域后又能逐步融化冰晶，使空速指示恢復正常。地面測試自然也是工作正常的。為驗證這一判斷，在地面加溫過程中使用紅外熱成像儀進行觀察，得到了驗證：

工作正常的空速管，加溫時發(fā)熱區(qū)域集中在前段采樣口，這樣能有效避免冰晶堵塞；而不正常的空速管雖然形成工作的加溫回路，但實際加溫效果很差，采樣口的溫度甚至低于基座部分。驗證了這一判斷后，通過故障空速管的測量數(shù)據(jù)，并結(jié)合模擬惡劣條件的加溫試驗，我們重新制定了空速加溫電阻對殼體絕緣值的標準，將門檻提高到100MΩ。并統(tǒng)計出空速管故障的類型分布，發(fā)現(xiàn)通過測量加溫電阻和絕緣電阻，可以發(fā)現(xiàn)50%以上的空速管故障。由此我們在波音的維修方案基礎(chǔ)上制定了定期測量加溫電阻和絕緣電阻的預防性維修方案：

以3000飛行小時為間隔，測量空速管的加溫電阻和絕緣電阻。

剔除外來物堵塞的情況進一步分析，發(fā)現(xiàn)空速管加溫故障的月度分布，呈現(xiàn)雨季特性，4～7月的故障千次率明顯高于其他月份。針對這一發(fā)現(xiàn)，懷疑空速管加溫故障和雨水有關(guān)。使用內(nèi)窺鏡觀察故障空速管的內(nèi)部，可以發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕痕跡，在采集口區(qū)域螺旋分部的電阻絲表面尤為明顯。

查詢CMM手冊得知加溫絲絕緣層的成分是氧化鎳鍍層。氧化鎳和普通絕緣材料不同，它是金屬氧化物，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)糾纏導致載流子無法流動，導致氧化鎳成為絕緣體。高溫工藝煅燒制成的氧化鎳活性較低，但它依舊具備堿性氧化物的特性，會與硫、氯等元素發(fā)生反應(yīng)。因此酸雨會腐蝕氧化鎳絕緣層。這點也得到了制造廠GOODRICH的認可。

因此可以得出結(jié)論：空速管加溫故障的成因，是由于加溫絲周圍的絕緣層受酸雨水等環(huán)境的腐蝕，導致絕緣層破損，加溫絲與殼體短路，最終造成加溫性能下降（加溫絲短路）或加溫功能喪失（加溫絲斷路）。

可見絕緣性能的衰退是一個緩慢漸進的過程，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)它的特征壽命，進行計劃性的提前更換，可以有效避免腐蝕嚴重、性能衰退的高壽空速管高風險運行。由此我們制定了第二項預防性維修方案：

主動更換使用壽命超過27000飛行小時的空速管。

從另一方面，設(shè)法減少酸雨對空速管的腐蝕。我們注意到波音給空速管配備了專用的空速管套，供飛機停廠時保護空速管之用。經(jīng)過我們的實驗測試和波音出具的說明，空速管套具備防水和阻燃的特性，既可以隔絕雨水，空速管加溫時不慎忘記取下也不會受損。因此飛機在地面時特別是雨季，減少空速管暴露的時間，是減少酸雨腐蝕的有效途徑。

通常飛機維護的工作程序是在飛機完成所有工作后，由整機放行人員套上空速管套。機航后從落地到完成航后檢查工作、最終放行，時間至少2小時以上，工作較多時甚至5、6小時。這段時間空速管一直暴露在外，遇到雨天就是持續(xù)被酸雨浸泡。

經(jīng)過分析論證，將工作程序改為航后維護工作開始就套上空速管套。如果有工作可能引起加溫啟動（如發(fā)動機試車），則根據(jù)維護手冊再取下空速管套。實踐證明提前套上空速管套是可行的，風險也是可控的。而這一工作程序的優(yōu)化，也減少了空速管在地面被酸雨腐蝕的時間。這是我們制定的第三項預防性維修方案：航后飛機提早套上空速管套進行保護

3.效果與展望

在尚未采取措施的2010年，故障次數(shù)和千次率均處于高點。經(jīng)過相應(yīng)措施的逐步開展實施，故障次數(shù)和千次率逐年下降，方案效果明顯，如圖2所示。

進一步工作展望：

通過這些年測量絕緣電阻的數(shù)據(jù)積累，結(jié)合酸雨腐蝕的原理，可以發(fā)現(xiàn)：空速管新件的絕緣電阻通常在使用初期幾次測量數(shù)值都比較平穩(wěn)，變化不大。這時候腐蝕發(fā)生在初期，緩慢漸進階段。當某次測量的絕緣電阻出現(xiàn)急劇下降，說明腐蝕發(fā)展到一定程度，絕緣層開始受破壞，這時候絕緣層表面出現(xiàn)縫隙，能積蓄雨水并滲入內(nèi)部，導致腐蝕速度加快，空速管絕緣電阻會在接下來幾個測量周期內(nèi)不斷下降直至超標。

結(jié)語

可見絕緣電阻的變化情況可以表征空速管的腐蝕情況，對性能的衰退有一定預見性。在積累更多數(shù)據(jù)以后，我們下一步將嘗試根據(jù)歷史測量數(shù)據(jù)，建立對空速管個性化的壽命預估和靈活的測量標準，并結(jié)合雨季特性，制定更加精細的預防性維修方案，提高空速管加溫系統(tǒng)的可靠性，同時減少過度拆換，力爭節(jié)約成本。

參考文獻

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