某型飛機輔助動力裝置起動故障淺析

■ 邢東旭 薛俊 高科利/中國飛行試驗研究院

1 故障現象

某型飛機進行發動機試車，通過輔助動力裝置（APU）向發動機提供起動功率。地面起動APU 時起動失敗，在故障清單中發現APU 起動故障信息，此前沒有進行過涉及APU 的工作。

回顧之前的案例，APU 起動失敗的原因多是提供高壓冷氣的地面裝置的供氣壓力及流量無法滿足APU 的起動條件。經檢查，確認地面冷氣裝置的供氣壓力、流量滿足起動要求。再次使用高壓冷氣起動APU 仍失敗，在地面綜合操縱板的故障清單中發現“APU 加速失敗”和“APU 點火失敗”的故障信息。

2 APU 工作原理

2.1 APU 組成及工作原理

APU 的核心部件是一臺小型燃氣渦輪發動機，通過齒輪箱輸出輔助能源，由數字控制器控制起動、穩態、加載、卸載及停車，主要由組合動力裝置、齒輪箱組件、渦輪動力組件、燃滑油組件、進排氣裝置、控制器等組成。

APU 使用地面冷氣裝置提供的高壓冷氣起動，渦輪動力裝置負責在APU起動時提供初始的轉動力矩，在APU初始起動加速過程中，渦輪動力裝置上的冷氣關斷閥打開，地面高壓冷氣進入渦輪動力裝置內，吹動渦輪旋轉做功，帶動APU 轉子轉動；當APU 轉子轉速達到2%的額定轉速時，點火器供電并將起動燃油閥打開，APU 點火；達到5%的額定轉速時，主燃油閥打開；達到55%額定轉速時，冷氣關斷閥關閉，渦輪動力裝置停止工作，APU 繼續自動加速；達到70%額定轉速時，起動燃油閥關閉；達到93%額定轉速后，起動過程結束。整個起動過程在20s 內完成，達到100%額定轉速后APU 正常工作。

APU 工作過程中燃油組件為其提供計量燃油，滑油組件為APU 及輔助發電機提供滑油，APU 運行過程中的控制、監視和保護由數字控制器實施。

2.2 APU 停車模式

1）正常停車：當數字控制器收到來自飛機座艙控制面板的APU 停車指令后，按設定停車程序進行停車。數字控制器關閉主燃油閥、主燃油伺服閥，打開起動燃油排泄閥30s。APU 完全停車5min 后，數字控制器關閉進排氣門。

2）保護停車：在地面工作時，如果APU 出現控制系統失靈、進排氣門故障、超轉、超溫、滑油壓力過低、滑油溫度過高、排氣溫度熱電偶無信號和起動時間過長等故障，則根據自動保護程序進行停車。

3）緊急停車：當遇到火警等緊急停車命令時，飛機燃油控制系統緊急關斷飛機上的燃油關斷閥和燃油泵，同時向數字控制器發出緊急停車命令，數字控制器進入緊急停車程序，關閉所有負載閥，實現無冷卻停車。

3 故障原因分析及排除方法

3.1 故障原因分析

分析數據發現，第一次起動時APU的轉速未達到70%額定轉速就開始下降，第二次起動時轉速未達到93%額定轉速就開始下降，APU 兩次都沒有完成起動過程就出現了保護停車。

進一步分析發現，當APU 轉速達到2%的額定轉速時，點火器供電并打開起動燃油閥，APU 點火，但是此時數據顯示APU 燃油壓力低。當APU 轉速達到5%的額定轉速時，主燃油閥打開，APU 燃油壓力仍然過低。分析時首先考慮APU 吸油管路吸油異常。拆除APU燃油調節器上的吸油管路，未發現燃油。

造成APU 吸油管路內沒有燃油的原因可能有兩個。一個是APU 電動供油閥故障，經檢查電動供油閥工作正常；另一個是燃油供油管路故障，檢查發現APU 燃油調節器的位置高于發動機供油總管，而APU 吸油管路與發動機供油總管的連接點位于供油總管正上方。

飛機長時間停放或進行燃油系統維護工作后，容易在燃油總管中形成氣穴，空氣聚集在燃油總管正上方，APU 起動時空氣進入吸油管路，然后由吸油管路進入燃燒室，導致APU 無法正常點火，故障清單中出現“APU 加速失敗”和“APU 點火故障”信息，APU 出現保護停車。

3.2 故障排除

回顧之前的維護工作，飛機曾經抽空機內油箱燃油進行燃油系統的維護工作。雖然在燃油系統維護工作后及時為油箱補充了燃油，但是發動機供油總管內仍然出現了氣穴，致使APU 起動 失敗。

排除故障的方法是：重置座艙內APU 電門，使系統重新自檢，故障清單上不現出現故障后，多次進行APU 假起動，以排出吸油管路內的空氣，再進行APU 冷運轉，吹除排氣口可能存在的燃油，最后起動成功。

4 結論

本次APU 起動失敗的原因是在進行燃油系統維護工作時抽空了機內油箱的燃油，造成APU吸油管路內形成氣穴，致使APU 起動失敗。通過APU 假起動和冷運轉，排出吸油管路混入的空氣后起動成功，故障排除。

這是該型飛機首次出現此類故障，故障的主要原因是APU 吸油管路與發動機供油總管的連接點設計在供油總管正上方，飛機長時間停放或抽空機內油箱燃油后容易在燃油總管正上方形成氣穴，導致APU 起動失敗。因此，建議改換連接點位置，從設計層面避免此類故障的產生。

日常維護工作中需要起動APU時，應關注飛機是否為長時間停放，或都是否進行過燃油系統維護工作，以避免此類故障再次出現。