波音737-800座舱温度控制系统故障分析

jingzili · 发表于 2014-4-22 19:00:46

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波音737-800座舱温度控制系统故障分析

张奋彦　覃邦君/国航股份工程技术分公司重庆维修基地

摘　要：对波音737-800型飞机座舱温度控制系统作了介绍，并结合实例对故障处理给出了建议。
关键词：飞机空调；温度控制；故障分析
Keywords：aircraft air conditioning；temperature control；trouble analysis
0 引言
飞机座舱温度控制系统是空调系统的一个子系统，控制驾驶舱和客舱温度。波音737-800型飞机温控系统较为复杂，可以实现对飞机驾驶舱、前客舱、后客舱区域温度的单独控制。本文在对波音737-800的温度控制系统做一简要介绍的基础上，结合实例对该系统的故障进行分析。

1 温度控制系统概述
波音737-800的温度控制是通过P5面板来完成的。在该面板上有3个温度选择器、3个管道过热灯、配平空气电门、温度指示器和指示温度源选择器。图1是波音737-800型飞机温度控制系统的系统原理图，气源系统的热引气经流量控制关断活门分别提供给空调制冷组件、温度控制活门、备用温度控制活门和配平空气活门。制冷组件的热引气经过热交换和膨胀做功变为低温气体；温度控制活门提供的热路气体与空气循环机涡轮出口气体混合，调节空调组件出口温度；当温度控制活门失效时，备用温度控制活门可以代替温度控制活门来调节空调组件出口温度，还有防止冷凝器结冰的功能；配平空气活门通过改变开度来控制供向座舱的热路气体流量。

正常情况下，左空调组件直接为驾驶舱提供新鲜的空调气体。主空气分配总管为前客舱和后客舱供气，气体来自左右空调组件、左右再循环风扇，在地面还可由空调车供气。这些气体与经配平空气活门来的热路气体混合成适当温度与流量的气体供向驾驶舱与前后客舱。配平空气活门开度由组件/区域温度控制器进行控制，取决于各自区域设定温度与座舱实际温度。

波音737-800利用两部组件/区域温度控制器来对座舱的3个区域进行温度控制，根据不同工作状态可分为平衡模式和非平衡模式两种。

1）平衡模式

此模式因左右空调组件输出相同温度的冷路气体而得名。组件/区域温度控制器根据各个区域设定温度与实际温度的差值来确立管道需求温度，组件/区域温度控制器通过控制温度控制（TCV）来使左右空调组件提供制冷量以满足最低的管道需求温度，另外两个管道需求温度通过冷路气体与流经配平空气活门来的热路气体掺混后实现。

2）非平衡模式

在该模式下又可分为非平衡分离模式和非平衡平均模式。当驾驶舱配平空气系统失效时，温控系统工作在非平衡分离模式。简而言之，组件/区域温度控制器控制左组件满足驾驶舱温度需求，而前后客舱区域将以它们中的最低管道需求控制右空调组件提供温度输出，另一区域通过与热空气掺混满足温度需求。当配平空气电门置于OFF位或客舱配平空气系统失效时，温控系统工作在非平衡平均模式。

2 常见故障分析及排除

1）“ZONE TEMP”灯燃亮

2010年12月8日，某波音737-800型飞机航前机组启动发动机后，发现右“PACK”灯、驾驶舱和前舱“ZONE TEMP”灯燃亮，飞机滑回，地面重置组件跳开关。排故后再次开车，上述故障继续出现，飞机再次滑回，后更换右组件/区域温度器后故障排除。

“ZONE TEMP”灯燃亮表明有管道过热现象出现或温度控制通道出现故障。常见原因有组件/区域温度控制器自身故障、传感器故障、TCV故障等，一般情况下测试结果比较准确，这类故障比较直接，较易排除。此类故障经常发生在航前，所以要求在对737－800型飞机进行航前检查工作时，要按压再现牌检查“ZONE TEMP”灯是否燃亮，若是则及时进行排故及复位，否则容易造成飞机滑回或延误。

2）座舱温度传感器组件故障

驾驶舱、前客舱、后客舱都有各自的舱温传感器组件。如图2所示，舱温传感器组件由感温探头、温度传感器、进气格栅、气滤和风扇组成。依靠风扇的抽吸作用使座舱内空气经进气格栅和滤网流过感温部件。组件/区域温度控制器利用其数据进行温度调节，其常见故障如下。

a) 噪声较大。多由滤网堵塞严重或风扇卡阻造成，如2009年8月26日，机组反映左组件工作时驾驶舱噪声大。后经检查发现为驾驶舱温度传感器风扇卡阻造成的，更换风扇后故障排除。

b) 舱温难以控制。多由滤网堵塞和座舱温度传感器失效引起。如2011年8月29日，机组反映头等舱温度低，驾驶舱调节温度选择器无效。后经清洁客舱温度传感器滤网和更换座舱温度传感器后正常。

c) 座舱温度指示不正确。多由滤网堵塞和感温探头故障引起。如2009年10月26日，机组反映驾驶舱管道温度指示不准（偏高20℃左右）。后检查发现驾驶舱空调滤网脏，清洁滤网后正常。

以上故障均可通过缩短对座舱温度传感器滤网和风扇清洁间隔有效避免。另外有一快速判断滤网是否堵塞的方法，将一张3in×4 in的薄纸放在温度传感器组件进气格栅处，通过看是否能够被吸住来进行判断。

3 特殊故障的分析及排除

2011年11月末到12月初，机组多次反映波音737-800在大推力爬升时，驾驶舱温度高，管温最高达72℃，座舱温度控制器调节无效，但几分钟后自动恢复正常。

该故障现象只出现在大推力爬升阶段，在地面无法再现，且区域温度控制器上无故障代码。为排除该故障，期间测量了相关线路并更换了许多部件，最终在同时更换左侧空气循环机和流量控制与关断活门后故障排除。但如果仅仅是流量控制与关断活门出现问题是不会引起该故障的，它是一个电控气动式活门，打开情况下可工作在正常流量模式(75ppm)、高流量模式模式（105ppm）和APU高流量模式（131ppm）三种模式下，无论工作在何种模式，只要下游部件工作正常都不会引起该故障现象。

再转向空气循环机，在航线工作中经常会遇到空气循环机的故障，尤其是夏季，表现为座舱温度高或是制冷效果差，这类故障可通过感受空气循环机涡轮出口温度快捷地进行判断。但这类故障现象通常在地面和飞行的每个阶段都会存在。而上述故障只出现在爬升阶段，排故人员出于惯性思维，一开始就排除了空气循环机故障的可能性，导致误换了许多部件，浪费了大量的人力、财力。这也提醒在排故中经验是一个重要的因素，但同时经验也有一定的局限性。经分析，该故障主要是由于空气循环机性能下降导致的，但要彻底理解该故障要明确以下问题。

1) 为何该故障只出现在大推力爬升阶段？

在大推力爬升过程中，气源系统供来的引气温度是所有阶段中最高的，由于空气循环机性能下降使得空调组件不能对这一阶段高温引气进行完全制冷，从而导致供向驾驶舱的气体温度高。而在其他阶段引气温度较低组件仍能满足需求。

2) 为何只有驾驶舱受影响，而前后客舱正常？

因为左组件直接向驾驶舱供气，未经空气混合总管，所以左组件出口的温度上升时驾驶舱会直接受到影响。事实上分配总管内的气体温度也会升高，但由于左组件供向分配总管的流量只占总管内气体总量的较小一部分，分配总管内主要是再循环气体，再加上客舱空间远大于驾驶舱，所以客舱感觉并不明显。

从送修报告来看，空气循环机和流量控制与关断活门都存在问题，所以故障原因最大的可能是在大推力爬升阶段，由于发动机引气的压力和温度都是峰值，流量控制与关断活门故障导致供向组件的引气流量变大，更多高温引气流向空气循环机，同时由于空气循环机的性能下降不能对这些引气进行充分的冷却而导致供向驾驶舱的气体温度高。而在其他阶段由于引气压力和温度相对较低而不会诱发故障。

该故障非常特殊，重庆维修基地只遇到此一例。排除过程中区域温度控制器上没有任何故障代码，故障隔离手册（FIM）中也存在一定的局限性，所以，对系统及原理的充分了解是分析和解决故障的先决条件。

还有一类比较特殊的故障就是备用温度控制活门下游信号管松脱或有裂痕而导致的座舱温度高。例如，某机组反映左空调组件不可调节，在起飞爬升时，左管道温度超过80℃，机组只能按程序关断左组件，单组件降高度飞行。备用温度控制活门在原理部分已有提及，除作为温度控制活门的备用控制外，还具备冷凝器防冰除冰功能。当感受到冷凝器进出口压差达到一定值时，备用温度控制活门气动活门打开，提供热空气用于冷凝器防冰。如果两根下游信号管出现堵塞、松脱或裂纹，备用温度控制活门伺服活门就会感受到压差，模拟冷凝器结冰状况而打开备用温度控制活门，使热空气直接进入空气循环机出口，导致组件温度高，区域温度剧增。

这类故障多发生在一定的飞行高度，原因是飞机在地面使用APU提供气源时，因引气压力较低，且脱开的下游信号管感受到的环境压力较高，压差不足以打开备用温度控制活门气动活门；在飞行过程中发动机引气压力大于APU引气压力，且随着飞行高度的上升，信号管感受的下游环境压力越来越低，当压差达到临界值时备用温度控制活门打开，故障现象出现。当左组件温度高时，因左组件直接供驾驶舱，即使将区域温度选至人工全冷位，驾驶员也会难以忍受。右组件出现高温时，虽经空气总管混合，但客舱温度也会升高。这两类故障原因都会导致座舱温度高，所不同的是一个受引气温度影响，另一个受飞行高度影响（上、下游压差）。

其他原因导致的座舱温度高，如TCV/STCV失效在开位、混合室温度传感器发生漂移、组件温度传感器发生漂移等，因故障现象在地面可以再现，所以排除较为容易。

4 结束语
飞机同一故障现象可由多种原因引起，在排故过程中，要全面掌握信息并抓住每一个细节，借助手册综合做出判断。大胆假设，小心求证，并要在日常的工作中善于总结积累，不但可提高排故效率，更可加深对系统的理解，不断有新的认识。

参考文献
[1] Boeing. 737-600/700/800/900 aircraft maintenance manual [Z].2012
[2] Boeing. 737-600/700/800/900 fault isolation manual [Z].2012
作者简介
张奋彦，助理工程师，主要从事波音737NG航线维护工作。