空客A330飛機發(fā)動機引氣系統(tǒng)典型故障分析

趙昶升 楊尉/北京飛機維修工程有限公司

0 引言

空客A330 飛機發(fā)動機引氣系統(tǒng)“AIR ENG 1（2）BLEED FAULT”故障信息在飛機日常維護中出現(xiàn)的占比較高，此故障具有多發(fā)性、復(fù)雜性、多變性、反復(fù)性、隱蔽性，是影響飛機航班準(zhǔn)點率的重要因素。一旦出現(xiàn)此故障信息，多是根據(jù)空客公司TSM 排故手冊，并結(jié)合維修人員個人的工作經(jīng)驗來制定故障解決方案。故障能否及時、準(zhǔn)確地排除，很大程度取決于維修人員的工作經(jīng)驗。為了提高排故效率，本文通過研究A330飛機發(fā)動機引氣系統(tǒng)工作原理，分析引氣系統(tǒng)各個部件的可靠性，以期制定出有針對性的故障解決方案，盡快排除故障。

1 發(fā)動機引氣系統(tǒng)工作模式

1.1 發(fā)動機供氣方式

湍達700 發(fā)動機是A330 飛機普遍選裝的發(fā)動機，其引氣系統(tǒng)的引氣來源有兩個，分別是中壓級引氣和高壓級引氣。中壓級引氣來源于壓氣機8 級，高壓級引氣來源于壓氣機14 級。當(dāng)發(fā)動機處于低功率狀態(tài)時，由于中壓級引氣壓力不足，高壓引氣活門將打開，由高壓級提供引氣；當(dāng)發(fā)動機處于高功率狀態(tài)時，高壓引氣活門關(guān)閉，由中壓級提供引氣。引氣經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)活門的調(diào)壓和預(yù)冷器的調(diào)溫，產(chǎn)生合適溫度、壓力的引氣，供給下游用戶使 用。

1.2 主要部件及其工作方式

發(fā)動機引氣系統(tǒng)由引氣監(jiān)控計算機（BMC）進行控制。主要部件包括高壓引氣活門（HPV）、壓力調(diào)節(jié)活門（PRV）、超壓活門（OPV）、風(fēng)扇空氣活門（FAV）、預(yù)冷器、風(fēng)扇空氣活門控制溫度調(diào)節(jié)器（THC）、調(diào)節(jié)壓力傳感器（8HA）、轉(zhuǎn)換壓力傳感器（9HA）和控制溫度傳感器（10HA）。

PRV（4001HA）為蝶形的電控氣動活門，可控制引氣開關(guān)，將下游靜壓調(diào)節(jié)在44 ～52psi 之間，控制引氣氣流流量，并提供反流保護。PRV 的控制電磁閥（THS）負責(zé)控制PRV 的開關(guān)。超壓活門為安全裝置，在系統(tǒng)超壓時可完成氣動關(guān)閉。系統(tǒng)包含多個感壓管（sense line），用于傳遞壓力信號、作動相應(yīng)活門。系統(tǒng)的兩個壓力傳感器可分別探測調(diào)壓前后的壓力，負責(zé)將壓力值傳遞給BMC，并提供ECAM 上的顯示。引氣系統(tǒng)的溫度限制子系統(tǒng)根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的需求，通過BMC 對引氣溫度進行控制，來自發(fā)動機風(fēng)扇的冷空氣通過FAV 進入預(yù)冷器，對發(fā)動機引氣進行溫度調(diào)節(jié)。FAV 下游安裝有THC，THC 有兩個溫度探頭和一個減壓裝置，利用預(yù)冷器出口溫度控制FAV 活門的動壓。THC 提供兩種溫度設(shè)置，電磁閥未通電時控制在（200±15）℃，通電時控制在（150±15）℃。BMC的功能包括對引氣系統(tǒng)進行控制、關(guān)閉引氣活門、打開交輸活門、打開APU 引氣活門以及進行溫度調(diào)節(jié)設(shè)置 等。

2 發(fā)動機引氣系統(tǒng)故障源分析

發(fā)動機引氣系統(tǒng)故障時，最典型、最經(jīng)常遇到的ECAM 告警信息為“AIR ENG 1（2）BLEED FAULT”，尤其伴隨著引氣壓力低、PRV 活門位置不正常，很可能就是感壓管接頭處存在漏氣。引氣系統(tǒng)中較為重要的感壓管有三根。第一根位于BLEED VALVE CONTROID SELENOID（7HA） 與BLEED VALVE（4001HA）之間，可控制PRV 的開關(guān)，操作腔的氣體通過電磁閥放氣。此感壓管漏氣時氣路將一直與大氣相通，PRV 無法打開。第二根感壓管連接PRV 和壓力傳感器（9HA），用于探測PRV 上游壓力。壓力傳感器可監(jiān)視HPV 和IPV 活門的轉(zhuǎn)換情況，并監(jiān)控PRV 的活門開關(guān)狀態(tài)。此感壓管漏氣將探測到一個錯誤的PRV 上游壓力信號，使上下游壓差過大，從而激活防返流功能，氣動關(guān)閉PRV。第三根感壓管連接PRV 與PRV 活門下游壓力傳感器（8HA）。8HA 可監(jiān)控活門的開關(guān)狀態(tài)，亦可監(jiān)控OPV 的開關(guān)情況，并提供ECAM 上的顯示。此感壓管漏氣時可導(dǎo)致ECAM 顯示錯誤，從而超壓關(guān)斷 PRV。

導(dǎo)致發(fā)動機引氣系統(tǒng)故障的部件還包括BMC 計算機、PRV 活門、HPV 活門、THC、THS 以及各傳感器等。這些部件出現(xiàn)故障時，對應(yīng)的功能將失效，從而觸發(fā)引氣系統(tǒng)告警信息。

3 發(fā)動機引氣系統(tǒng)故障樹分析

3.1 歷史故障數(shù)據(jù)

以某航空公司A330 機隊65 架飛機2014 年1 月1 日至2019 年4 月15 日期間的運行和維修數(shù)據(jù)為樣本，得到其總飛行小時1100732FH，總起落循次為245158FC，期間發(fā)動機引氣系統(tǒng)相關(guān)的故障數(shù)據(jù)288 條，其中152 條進行復(fù)位后信息消失，另136 條進行了部件更換或修理工作。各部件故障發(fā)生次數(shù)的統(tǒng)計情況詳見表1。

3.2 構(gòu)建故障樹

通過研究發(fā)動機引氣系統(tǒng)歷史故障數(shù)據(jù)，分析故障部件原理及其之間的邏輯關(guān)系，構(gòu)建“AIR ENG 1（2）BLEED FAULT”信息的故障樹。對故障部件進行分類，將其定義為活門本體故障、其他部件故障和管線相關(guān)故障三大類。其中，管線相關(guān)故障中其他類包括一次線路連接脫開和一次線路短路，因其故率較低，可定義為省略事件。由此得出如圖1 所示的故障樹。該故障樹的底事件如表2 所示。

根據(jù)故障樹邏輯圖和底事件列表，設(shè)定：PRV 故障為x1，F(xiàn)AV 故障為x2，THC 故障為x3，THS 故障為x4，預(yù)冷器故障為x5，感壓管故障為x6，傳感器故障為x7，得出其結(jié)構(gòu)函數(shù)展開式，簡化為：

Φ（X）=x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7

3.3 故障樹分析與重要度計算

利用上行法對故障樹進行分析，得出頂事件表達式。根據(jù)或門的定義，輸入事件變量的邏輯和為輸出事件變量，得到表達式：

Φ（X）=x1∪x2∪x3∪x4∪x5∪x6∪x7

得到故障樹的7 個最小割集，如表3 所示。

最小割集的7 個系統(tǒng)部件中單獨一個發(fā)生故障均可能導(dǎo)致發(fā)動機引氣系統(tǒng)出現(xiàn)相關(guān)故障信息。根據(jù)結(jié)構(gòu)函數(shù)和表達式，得出頂事件發(fā)生概率公式：

將總飛行小時110.0732 萬小時記為110 萬小時，對底事件發(fā)生概率進行計算，xi用qi代替，可以得到各底事件的發(fā)生概率qi為底事件發(fā)生次數(shù)與總飛行小時之商，計算得到各底事件的發(fā)生概率，如表4 所示。代入之前得出的頂事件發(fā)生概率公式，計算得到 g=0.767。

表1 發(fā)動機引氣系統(tǒng)各部件故障次數(shù)統(tǒng)計

圖1 “AIR ENG 1（2）BLEED FAULT”信息的故障樹

表2 故障樹底事件

表3 故障樹最小割集

表4 各底事件發(fā)生概率與重要度

任一部件的故障率和該部件導(dǎo)致系統(tǒng)故障的概率變化率之積與關(guān)鍵重要度成正比。因此，可利用關(guān)鍵重要度從大到小排序，安排故障檢測，進行故障診斷。因此，需要選取計算關(guān)鍵重要度的方法，以得到出現(xiàn)“AIR ENG 1（2）BLEED FAULT”故障信息時部件的最優(yōu)檢查順序。

將關(guān)鍵重要度從高到低進行排序，得 到：， 即各高故障率部件的關(guān)鍵重要度從高到低依次為：THC、PRV、THS、感壓管、FAV、傳感器、預(yù)冷器。

4 案例分析

某公司的一架A330 飛機多次出現(xiàn)左發(fā)引氣系統(tǒng)故障，伴隨“AIR ENG 1 BLEED FAULT” 告警信息， 以及“PRESS REG-V（E1-4001HA）/SOL（7HA1）/SENSE LINE”故障信息代碼。地面試車，測試引氣系統(tǒng)，引氣壓力指示為零，判斷非指示系統(tǒng)故障，而是左發(fā)PRV 沒有打開。進行多次排故，故障反復(fù)出現(xiàn)，共計更換過兩個PRV、一個HPV、兩個THS，一個THC，直至發(fā)現(xiàn)PRV 與THS 之間的一根感壓管可能存在漏氣，將感壓管用膠帶包住后試車，故障現(xiàn)象消失，證實故障源為感壓管。更換感壓管后故障得以最終排 除。

查詢機隊歷史維修記錄，發(fā)現(xiàn)因此根感壓管漏氣導(dǎo)致PRV 無法打開的故障發(fā)生過多次，且因排故耗費了大量航材，還導(dǎo)致多次航班不正常或長時間停場排故情況。究其原因，是感壓管漏氣不容易被發(fā)現(xiàn)。進行PRV 活門測試時需斷開感壓管、安裝堵蓋，利用發(fā)動機引氣測試設(shè)備對PRV 進行增壓檢查，壓力多為29±2psi，檢查活門位置指示器，通過活門開關(guān)狀態(tài)來判斷是活門故障還是感壓管連接處漏氣。受設(shè)備器材及工作量的影響，維修人員經(jīng)常在沒有全部完成感壓管滲漏檢查的情況下武斷更換多個部件。

根據(jù)以上故障情況統(tǒng)計，結(jié)合各故障部件可靠性故障樹分析結(jié)果，得出結(jié)論：出現(xiàn)發(fā)動機引氣系統(tǒng)故障信息時，潛在的故障部件主要包括THC、PRV、THS 和感壓管。如果出現(xiàn)的是“PRESS REG-V（E1-4001HA）/SOL（7HA1）/SENSE LINE”故障信息代碼，則故障部件主要為PRV、THS 和感壓管，應(yīng)進行PRV 保壓測試，檢查感壓管是否漏氣，不能盲目、重復(fù)地更換多個部件，尤其不應(yīng)更換HPV、THC、FAV、預(yù)冷器等與故障信息并無直接關(guān)聯(lián)的部件，避免造成不必要的航材浪費以及不合理的工時占用。

5 結(jié)束語

通過對發(fā)動機引氣系統(tǒng)故障進行分析，結(jié)合歷史排故數(shù)據(jù)，分析故障信息代碼以及各部件的可靠性，得出相應(yīng)的排故檢查順序，制定檢查方案，有利于提高排故效率，有效降低不正常航班數(shù)量，縮短航班延誤時間。