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[21空调] 空中桑拿:A320舱内过热的原理和处置

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发表于 2022-9-18 18:43:34 | 显示全部楼层 |阅读模式

看到三年前(2019年9月17日)的一起事件,原文放到文末了。

大概是这样的:一架“单组件运行”的A321,在爬升期间(FL230)发现温度升高且无法控制,机组改平之后,无法解决问题,于是快速下降到FL100,随后在超重状态下返航了。

报道的标题有点刻薄:票价含桑拿(sauna included in fare price)。倒也很形象,如果驾驶舱或客舱的温度升高并且无法控制,结果就相当于要在空中洗桑拿了。

其实,对于A320系列客机,有两个ECAM告警与“空中桑拿”有关。但是,这个案例其实是第三种情况。我们先来看2个ECAM告警。


01

区域管道过热

驾驶舱、前客舱或后客舱,如果其中任何一个区域的供气“管道”的温度超过了88℃,就会触发相应区域的ECAM告警(例如前客舱的 COND FWD CAB DUCT OVHT)。

88℃乍一听是不可思议的高温。毕竟在正常情况下,供气管道温度大约在20℃,与区域的真实温度比较接近。在下图中,左侧系统页面里的“18”、“18”、“16”即是3个区域各自的管道温度。


为了理解这个温度是如何可能达到这么高的,需要先知道一个公式:管道空气 = 调制空气 + 配平空气

调制空气(conditioned air)是AMM和FCOM里都正式使用的术语。(但是,一些中文版手册由于不理解这个词而给出了奇怪的译法……)

它指的是来自热引气、从组件中穿过的、被组件冷却之后的空气,因此在有些语境里也叫“冷却空气”或“冷却调制空气”。调制空气,在最终供到各个区域的空气中占有主要的流量,也提供基础温度。

调制空气的温度很低,在离开组件之前,通常可以达到10℃以下。例如在上面的图片里是5℃。

调制空气先进入混合室(mixer unit),然后在各个区域的供气管道里与各自的配平空气支流汇合。


配平空气(TRIM AIR),是从组件的入口(FCV)下游引出的热空气(HOT AIR),因此,它是没有经过组件调节的热引气。而热引气来源于发动机内部的温度更高的区域(高压压气机),风扇空气通过预冷器把最初的热引气冷却到了大约150℃至200℃,就得到了“预调制引气”。

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什么是“预调制引气”(pre-conditioned bleed air)?

在这里,配平空气=热空气=热配平空气=热引气=预调制引气(这些是同一个事物在具体语境下的不同表述),温度介于150℃与200℃之间。

不难想到,如果控制系统失效了,提供了过大的流量,就有可能导致:当配平空气叠加调制空气(得到管道空气)以后,温度仍然非常高。如果管道空气达到了88℃,就会触发ECAM告警。

当然,在驾驶舱得到告警之前,乘客们很可能已经先躁动了,毕竟空中桑拿不是很舒服。乘务组通过客舱内话报告了情况,机组很想说一句“稍安勿躁”,可是他们必须自己先平静下来。

熟悉与空调系统运行有关的几个系统页面(COND、BLEED以及CAB PRESS),特别是重要数值的正常范围,能帮助机组更轻松地处置ECAM告警。

至此我们已经知道,调制空气(温度过高)和配平空气(流量过大)都有可能导致管道空气温度过高,只不过在实际运行中,配平空气流量过大的可能性更大一些(例如:某个活门卡在了最大位置)。计算机(ACSC)会通过关闭配平空气系统来自动纠正问题,这很智能、也很……傻瓜。

配平空气被自动关闭以后,如果这是一个正确的纠正动作,那么管道空气会冷却下来,机组就……被“伺候”得跟傻子似的……根据厂家的设计,可以在管道空气冷却到70℃以下之后考虑重新使用配平空气:通过按出然后按回HOT AIR电门来完成重置。


02

组件过热

复习公式:管道空气 = 调制空气 + 配平空气

如果提供主要流量的调制空气超温了,那么管道空气当然也会超温。调制空气的温度,由组件出口温度传感器来获取,如果达到了95℃,那么驾驶舱内会收到相应的ECAM告警,例如左组件是:AIR PACK 1 OVHT

假设一个情况:ACM的涡轮部分叶片突然断裂。这会导致组件的冷却效果迅速变差,因此调制空气的温度上升。这可能会先触发三个区域的管道过热告警,然而配平空气的自动关闭无法过热情况,随着温度继续升高,组件过热告警也会被触发。

但是,ACM压缩机出口温度超过了260℃(正常情况下由冲压空气冷却到180℃)也可以触发组件过热告警。在ACM压缩机出口有独立的温度传感器。

下图标识出了刚刚提到的两个温度传感器,帮助专业读者理解前面的文字。3=comperssor discharge temp sensor;6=pack discharge temp sensor。

顺便提醒一下:FCOM 为组件超温告警写的解释是不完整的,书上只提到了ACM压缩机出口温度超过260℃这种情况。这是近期我们在手册里捉到的一条大虫(欢迎关注“手册捉虫”游戏)。

导致这里超温的原因,可能是ACM的压缩机部分发生了故障,或者是初级热交换器(PRIM HEAT EXCHGR)变脏。组件的其他部件(ACM旁通活门、冲压空气入口门、FCV等)的补偿性动作有可能可以使组件出口的温度得到控制。这样,超温情况就只被限制在组件内部,客舱里不会体验到空中桑拿。

但是,如果ACM压缩机出口温度达到260℃,表明组件内部的失效比较严重,计算机(ACSC)会对组件进行“保护性关断”。这很智能,也很……傻瓜。

这种情况下,机组就……被“伺候”得跟傻子似的……根据设计,只需要动动小指头,把组件电门按出来,这只是一个确认动作。然后,由于某些失效在运行中是可逆的,厂家还允许在过热消失以后恢复使用空调。


03

调制空气泄露

回到文章开头提到的那个案例。根据报道所提到的故障情况和维护工作,根据我们对空调系统的理解,来补充报道中没有仔细展开的技术细节。事情的全貌很可能是这样的:

右侧组件的FCV故障,因此已经办理保留,在空中不可用。这种情况下,左组件自动按照120%的流量工作,以确保座舱增压。但是,左组件出口和混合室之间的一段“波纹管”破漏。这意味着调制空气可以选择了一条力学上的捷径,泄露到空调舱,进而(通过盖板的缝隙)逃逸到大气中,这样一来,管道空气就失去了大部分流量。

在这个案例中,由于飞行高度比较低(爬升到FL230),座舱增压受到的影响暂时还没有成为最明显的后果。OFV很可能已经作出了补偿性的反应,自动设置到全关位。这样一来,已经进入客舱的调制空气(和配平空气)失去了出口,飞机就成了搭载大约200人(体温36℃+)的“闷罐子”,逐渐变成“桑拿房”。

在必须确保增压的前提下,以下是机组在控制面板上可能尝试的纠正动作(不管是否有效):1)把温度调节旋钮逆时针转到最小;2)按出配平空气电门;3)尝试改变流量;4)关闭客舱风扇;5)使用APU引气替代发动机引气……


但是,从事后看,真正有效的纠正措施只能是恢复管道空气的供应(更换破漏的“波纹管”),而这也是机组在空中无法完成的。

机组在FL230改平,并尝试以上纠正动作以后,即使从BLEED页面中观察到左侧组件的参数非常健康,也只能考虑关闭左侧组件了;然而右组件已经被保留。放弃增压、确保健康,这是不得已的选择,这就是为什么要快速下降到FL100,然后紧急返航,这期间很可能还使用了面板上的RAM AIR电门来实现应急通风。


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在这个案例中,单组件运行叠加另一侧的调制空气泄露,影响到了座舱增压,进而导致座舱温度升高且不可调节。由于组件本身以及配平空气系统都是好的,很可能没有触发任何驾驶舱效应,而只有桑拿房的体验。

而在其他一些类似的真实案例里,座舱释压可能是主要问题,这和调制空气泄露的具体情况以及飞行阶段有关。

以下是关于这个案例的报道原文。

Incident: Canada A321 near Toronto on Sep 17th 2019, sauna included in fare price

An Air Canada Airbus A321-200, registration C-GIUB performing flight AC-115 from Toronto, ON to Vancouver, BC (Canada) with 196 people on board, was climbing through FL230 out of Toronto when the crew noticed that they could not control the cockpit and cabin temperature. The crew performed a rapid descent to 10,000 feet, declared emergency and decided to return to Toronto. The aircraft landed overweight but safely back in Toronto about 85 minutes after departure.

The Canadian TSB reported the aircraft had been
dispatched with pack #2 inoperate under minimum equipment list requirements. The crew levelled off and attempted to control the temperature, but was unable to control the temperature and therefore initiated a rapid descent to 10,000 feet. The overweight landing was uneventful with emergency services on stand by. The passenger oxygen masks were not released. Maintenance found damaged bellows downstream of the check valve and replaced the bellows. The #2 pack flow control was replaced with no other faults found, the #2 pack was returned to service, too.




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发表于 2022-9-18 20:18:37 来自手机 | 显示全部楼层
经常管道温度传感器堵了也要桑拿
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