A320 飛機空調系統工作原理和常見故障分析

郭永強

（上海民航職業技術學院 航空維修系，上海 200030）

1 空調系統綜述

1.1 空調系統的作用

現代民航客機廣泛采用了密閉增壓艙，飛機空調系統的基本任務是在各種不同的飛行狀態和外界條件下，使飛機的駕駛艙、客艙、設備艙、貨艙具有良好的環境參數，為駕駛員和乘客提供舒適的工作和生活條件，保障設備的正常工作以及貨物安全。隨著技術發展，飛機空調系統的作用和地位與日俱增，設備更加完善，性能更加卓越。良好的座艙環境不僅可以使機組人員工作更加舒適，還可以提高航空公司的服務水平，提升客座率，增加航空公司的收益。

1.2 常見的制冷原理

常見的制冷原理有蒸發循環制冷原理和空氣循環制冷原理。其中，空氣循環制冷被廣泛應用于現代民航客機。

1.2.1 蒸發循環制冷原理

利用氟利昂為介質，通過壓縮、冷凝、膨脹后變成低壓液體為空氣降溫。蒸發循環制冷系統冷卻效率高，并且在地面也有良好的制冷效果，高空高速飛行時經濟性也很好，在某些高性能飛機的電子設備艙冷卻方面應用廣泛。缺點是氟利昂有毒，維護過程中容易對皮膚和眼睛造成傷害。

1.2.2 空氣循環制冷原理

空氣循環制冷系統主要依靠渦輪制冷，發動機的高壓氣體經過熱交換器冷卻后再經過壓縮，再冷卻，渦輪膨脹對外做功后，氣體自身內能和溫度壓力降低，從而獲得合適的溫度和壓力的氣體。空氣循環制冷系統的優點是調控方便，設備質量輕、成本低，并且有良好的維護性，可靠性比較高，安裝要求低，并且由于其冷卻介質是空氣，使得座艙增壓冷卻和通風可以由同一系統完成。缺點是溫度調控精度沒有蒸發制冷系統高，并且使用高度和速度有限制。

根據其渦輪冷卻器的不同，可以分為3 種類型的制冷系統，分別是簡單式制冷系統、升壓式制冷系統、三輪式制冷系統，其中現代民航客機最廣泛應用的是三輪式制冷系統。

2 A320 飛機空調系統的工作原理

2.1 簡述

飛機的空調系統由引氣系統提供空氣，通過2 個組件流量控制活門、2 套組件以及混合裝置，將來自客艙和組件的空氣混合，并分配給駕駛艙和客艙。熱空氣壓力調節活門及配平空氣活門，將組件上抽出的熱空氣加入到混合裝置中，以調節空氣溫度。

在飛機獲得引氣供給后，空調系統開始工作。空調系統控制器1（ACSC1）控制駕駛艙溫度，空調系統控制器2（ACSC2）控制前客艙和后客艙區域的溫度。這些控制器有兩條通道，當一條通道失效時，由另一條通道自動控制整個區域。空氣配平活門11HK、12HK 和13HK 增加來自混合器組件的熱配平空氣的調節量到冷卻的調節空氣。區域控制器47HH 控制配平空氣活門的位置。配平空氣活門安裝在到駕駛艙和2 個客艙區域各自的熱配平空氣導管。

2 套組件相互獨立，由各自的組件控制器控制。預熱的暖熱引氣通過組件活門進入冷卻通道并被引入初級熱交換器，然后冷卻的引氣進入空氣循環機的壓氣機部分，被壓縮為高壓、高溫。在主熱交換器中再次冷卻，在水分離器系統中干燥，進入渦輪部分，膨脹做功，產生動力帶動壓氣機及冷卻空氣風扇。

2.2 氣源來源

在地面的時候，可以利用APU（輔助動力裝置）的引氣和地面高壓起源車的引氣[2]，在高空，主要使用2 臺發動機的壓氣機引氣，其中APU 也可以在低空提供空調引氣。

2.3 三輪式制冷組件的工作原理

三輪式制冷組件工作原理如圖1 所示。

如圖1 所示，來自發動機壓氣機的熱空氣首先經過一級熱交換器、升壓式壓氣機和二級熱交換器，氣體壓力上升，溫度下降，然后進入高壓除水部分的回熱器，溫度進一步降低，再進入冷凝器。冷凝器的冷卻空氣來自渦輪出口，其壁面溫度低于空氣的露點溫度，熱空氣流過冷凝器時，在壁面凝結成水滴，接著通過高壓水分離器分離掉，水滴經引射裝置排向沖壓空氣中。部分沒有分離的水分通過回熱器再蒸發。干燥的空氣進入渦輪膨脹冷卻，自身獲得很低的溫度，再通過冷凝器，一方面作為冷源，另一方面經過熱空氣回熱，可以將渦輪出口凝結的少量水分或冰加溫融化并蒸發，最終獲得干燥低溫的氣體。這部分氣體作為空調系統中的冷氣，與熱空氣進行不同比例的摻混，即實現了駕駛艙和客艙的溫度調節。區域溫度控制器控制3 個配平空氣活門，通過調節3 個配平空氣活門的位置，可以調節冷空氣與熱空氣的比例。

圖1 三輪式制冷組件工作原理

2.4 再循環風扇

再循環風扇將客艙和駕駛艙的部分氣體抽入混合組件中，與空調制冷組件出口的冷氣進行混合，這部分氣體作為冷氣源。

2.5 駕駛艙和客艙溫度調節

飛機安裝有空調系統，可以調節飛機上各個空間的溫度。飛機的溫度控制分為兩部分，分別是駕駛艙、客艙和前貨艙的溫度控制以及后貨艙的溫度控制。

在駕駛艙、客艙和前貨艙的溫度控制過程中，熱引氣來自2 個組件流量控制活門。熱引氣通過組件流量控制活門后分成兩路，一路在2 套組件中冷卻，與來自客艙的空氣一同進入混合裝置，另外一路流經熱空氣壓力調節活門、配平活門。最后2 路引氣會合進入到駕駛艙、客艙和前貨艙，參與溫度的調節。空調系統的溫度調節是自動的，由一個區域控制器及2 個組件控制器控制。位于811 電子艙中的區域控制器8HK 提供2 個客艙區域和駕駛艙的溫度調節，能夠設定在18 ℃（64.40 ℉）和30 ℃（86.00 ℉）之間的任何溫度。12 鐘點位是24 ℃（75.20 ℉）。

操作駕駛艙面板的各種旋鈕和按鈕可以控制系統內各活門的打開和關閉，達到溫度調節的目的。駕駛艙、前客艙和后客艙能夠設定18～30 ℃之間的任何溫度。駕駛艙面板上的旋鈕將信號發送到區域控制器8HK，8HK 根據所選溫度和實際溫度計算出溫度需求（實際溫度由傳感器測量），迅速控制參與溫度調節的各活門的狀態，以進行溫度的調節，在COND 頁面可以觀察到溫度值。

2.6 貨艙的溫度調節

位于駕駛艙22VU上的前貨艙溫度調節旋鈕可以調節其溫度在5～26 ℃之間變化。

在后貨艙的溫度調節過程中，來自APU 引氣管道的熱引氣經過配平活門與來自客艙的空氣混合，經過進口隔離活門后進入后貨艙。22VU 的后貨艙溫度選擇旋鈕用以調節后貨艙的溫度在5～26 ℃之間變化，加熱控制器10HC 接受調節指令后，從溫度傳感器得到信息，控制后貨艙的配平空氣活門12HC 的狀態，以控制進入供氣導管的空氣溫度。

最高管道溫度被控制為70 ℃。當管道溫度到88 ℃以上時，位于22VU 上的熱空氣電門上的故障燈亮，在COND頁面可以觀察到壓力調節活門關閉。這個過熱情況被加熱控制器鎖定。當管道溫度恢復正常時，壓入熱空氣電門2 次，能夠重新復位系統。

貨艙通風控制器接收來自22VU的控制信號和貨艙管道溫度傳感器的信號，控制隔離活門的狀態，以調節貨艙的溫度。后貨艙溫度調節的前提條件是后貨艙門和散裝貨艙門都關閉。如果一個門打開，后貨艙的溫度將不能夠調節。

3 常見故障案例分析

某航班駕駛艙的下ECAM 顯示狀態信息：駕駛艙配平活門故障，故障代碼為Cockpit Trim-Air Valve Fault。排故流程如下：①根據故障信息[3]查詢排故手冊TSM，得知可能原因有（11HK）TRIM VALVE CKPT 的故障、區域溫度控制器8HK CONT-ZONE TEMPERATURE 的故障、CACS1 的故障，還有導線的問題。②故障確認。通過MCDU 系統自檢測試，顯示（11HK）TRIM VALVE CKPT。③查閱AMM 飛機維護手冊，更換故障件駕駛艙配平空氣活門。④更換故障部件后，故障信息消除，則將飛機恢復初始狀態。⑤更換故障部件后，故障依舊，則可能是導線問題，查詢ASM 飛機簡圖手冊和WDM 飛機線路圖手冊，更換故障導線。⑥將飛機恢復至初始狀態。