[21空调] 一起特殊的737飞机驾驶舱温度控制系统故障分析

南航技术公司汕头基地           刘筱云 刘蔚东

737NG飞机温度控制系统电气部分其实和737CL飞机电气部分构型原理是一样的，此文本想从737NG层面来写，显得知识和技术都紧跟时代步伐，但苦于手上没有好的案例，手上这个较好的案例还是737CL的。其实从电气角度来说，最根本的能力是你对基础理论的掌握和运用能力，最终体现在你对系统工作原理的分析能力上。

我公司737-300飞机B29xx飞机机组反映，当把驾驶舱空调温度选择电门放在AUTO（自动）位范围内，无论是把手柄转向冷位COOL（冷位）还是热位WARM(热位）位置，空气混合活门位置指针始终停在COOL位不动，且驾驶舱温度也很低。接着把手柄置于MANUAL（人工）时，在MANUAL位范围内向COOL位和WARM位转动手柄，混合活门位置指针向COOL位和WARM位转动正常。

在电子设备舱利用座舱温度控制组件（CABIN TEMPERATURE CONTROLLER)M345进行自检，如图一。

在温度控制组件各档位，左组件（LEFT PACK）未通过（NO GO）灯亮。而在座舱温度传感器（CABIN SENSOR)，预调传感器（ANTICIPATOR SENSOR)，管道温度限制传感器（DUCT LIMIT SENSOR)，温度选择器（TEMP SELECTOR）等各位置，均为正常灯（GO）亮。为此，我们与其它飞机对换了温度控制组件，故障依旧。接着又对换了驾驶舱温度、管道预调、管道温度限制传感器和温度选择电门均未能见效，于是又对换空调组件（AIR CONDITIONING ACCESSORY UNIT）M234，可故障仍然存在。

脱开左右混合活门电插头D524和D522，把左、右混合活门温度选择电门均放自动中NORMAL位，如图一

在左侧混合活门电插头D524（右侧为D522，左右两侧混合活门控制一样，这里只展示左侧驾驶舱温度控制图）处测量电压分别为：左侧：1、3号钉，V1-3=119VAC；2、3号钉，V2-3=30VAC；右侧混合活门电插头D522处测量：V1-3=30VAC，V2-3=86VAC。由于V1-3电压控制混合活门冷路(COOL)打开，同轴上的热路(HEAT)活门关闭; V2-3电压控制混合活门热路(HEAT)打开，同轴上冷路(COOL)活门关闭。在这里要说明的是，混合活门这里热路和冷路是不能同时供电的，会造成设备损坏。左侧V1-3=119VAC时，V2-3=30VAC应该是一个感应电压。同理，右侧V2-3=86VAC时，V1-3=30VAC也是感应电压。可以看出，把客舱空调温度控制电门放在自动范围NORMAL(正常)位时,右侧V2-3=86VAC，混合活门位置指针开始向HOT 方向偏转， 说明右侧混合活门工作与正常自动方式运行逻辑一致。也就是混合活门热路打开，让热空气进入分配系统，以调节升高座舱温度。而当我们把左侧的温度控制电门放到自动控制范围NORMAL位时，混合活门位置指示表指针一直停留在COOL位不动，与V1-3=119V AC一致。说明左侧混合活门自动控制方式没起作用，混合活门被超控在全冷位。

从图三可以看出，座舱温度的设置和调节由三组负温度系数的传感器组成三个电桥电路来实施的，它们是：座舱温度控制桥电路(CABIN SENSOR)，管道预调传感器桥电路（DUCT ANTICIPATOR SENSOR)和管道温度限制桥电路(DUCT

LIMIT）我们把图三的三个温度桥组合单独列出来。这就是图四。

我们来看看平时这三个电桥电路是如何了工作的。冬季清晨外界温度较低，座舱温度同样也比较低，假设为8℃。我们在驾驶舱打开引气把空调温度控制电门放在自动方式的NORMAL位，也就是设置一个桥臂R2电阻值它等同于座舱温度24℃温度传感器电阻值。而感受驾驶舱温度的传感器桥臂是8℃的电阻值，它大于我们在温度控制面板的设定的电阻值。这时不平衡电流由B点流向A点，而且电流值较大，这就直接指令给混合活门热路全开，冷路气全关，驾驶舱温度开始全速上升。随着驾驶舱温度的升高，感受驾驶舱温度的传感器电阻值也随着温度升高而下降，电阻值也渐渐接近温度控制面板自动位设定的电阻值。这时温度控制组件控制混合活门逐渐关小热路气流量加大冷气流量，直到传感器电阻值和我们设定的电阻值相等，混合活门也就稳定在这冷热路气体保持一定比例的位置，驾驶舱温度也稳定在24℃。

如果我们的航前工作在夏天酷暑的中午进行，驾驶舱的实际环境温度会达到45℃以上，我们把空调电门放到自动NORMAL位，由于驾驶舱温度较高 ，传感器电阻值远小于温度控制面板设定值。不平衡电流由A点流向B点，与冬天航前时电流相反。直接指令混合活门冷路全开热路关闭，座舱温度开始全速下降，随着温度下降传感器电阻值也不断上升，当座舱温度接近24℃时，温度控制系统给出指令将混合活门冷路关小一点，热路打开一点，最终传感器电阻值和控制面板电阻值相等，座舱温度稳定在24℃。

其实，无论是冬天混合活门热路全开还是夏天冷路全开，以及随之而来的机舱内温度快速上升或者快速下降均会造成人体不适感受，特别是载客飞行时不稳定的温度对驾驶舱和乘客舱的舒适性会造成影响。另外还有一些情况会引起座舱温度出现波动，当飞机起飞离地爬升到巡航高度的过程中，外界环境温度迅速下降，经过发动机预冷器和空调系统的冲压冷却空气以及发动机进气道的空气温度都在迅速下降，造成冷热气源波动；我们飞机在巡航时遭遇气流颠簸或进入聚雨区也会造成冷热气源波动，对座舱温度影响是明显的。座舱温度传感器采用的是负温度系数（NTC）温度传感器，它们对温度敏感性很高，它能精准感受到温度波动，引起温度控制桥跟随它不断调节混合活门冷热路气流量，这就是超调。为了避免驾驶舱温度随冷热气源波动出现超调，造成座舱温度波动，影响座舱舒适度，这就引入了预调传感器电桥电路，也叫阻尼桥电路。如图四，这是个由两个负温度系数热敏电阻组成的电桥电路，图中DUCT ANTICIPATOR电桥电路。因为它对温度变化有阻尼作用，并且阻尼大小与温度变化速度的速率成正比，所以它被称作温度控制阻尼桥。它是在桥电路远程支路上安装两个温度敏感性不同的热敏电阻，这两个电阻器被安置在主分配管中的同一个传感器内。其中一个电阻器经过了绝热处理外表加了一层绝热材料，因此其对温度变化的响应较为缓慢，而另一个电阻器没有绝热层，因此能迅速响应温度变化。如图四中R1定为没有绝热层温度敏感性较强的传感器，R3有绝热层为对温度敏感性低的传感器。在温度上升的过程中，R1电阻值下降的速度较快，而R3电阻值下降的速度较慢，A点电位上升速度比B点电位上升速度快很多，不平衡电流从A点流向B点；反之，在温度下降的过程中，R1电阻值上升的速度比R2电阻值上升的速度要快很多，A点电位下降比B点快，不平衡电流由B点流向A点。这两个不平衡电流的大小均与温度上升和下降的速度成正比，把它以负反馈的形式反馈到驾驶舱温度控制器（CTC）），即温度上升或下降的速度越快→不平衡电流IAB或IBA的值越大→ 负反馈给温度控制器（CTC）信号越强→产生的阻尼作用越大，也就是更快关小混合活门热路开大冷路或关小混合活门冷路开大热路以减缓驾驶舱温度上升或下降的速度，也就减缓热气或冷气对驾驶舱的冲击。这就是预调传感器电桥电路对温度变化速率产生阻尼作用，对爬升和巡航时座舱温度波动同样产生阻尼作用，最终保证了座舱温度的稳定性和舒适度。

我们接下来看管道温度限制桥部分，如图四，R2是温度传感器，常温时R2大于R1，A点电位比B点电位高，在平衡线路上装有一个限流二极管，A点电流不能到B点，不影响混合活门工作，也就是管道温度小于140°F时这个桥电路不工作。随着温度继续上升，R2电阻值继续下降，B点电压不断上升。管道温度达到140°F（约60℃）时，B点电位大于A点，这时出现一个B点流向A点的电流，它会在温度控制组件（CTC）内断开热路空气供应，仅允许冷空气通过混合活门，进入全冷状态。

分析完三个温度控制桥的功能和工作方式后，我们再回到故障来。我们分别断开驾驶舱和客舱的温度传感器（CABIN SENOR）插头，也就是让电阻值无穷大模拟座舱极低温度的情况。 发现右侧混合活门在自动控制方式下向全开HOT位转动，也就是说客舱温度在自动控制方式下目标温度是24℃。而左侧活门位置指针一直在COOL位没有移动。恢复这两舱温度传感器，接着再分别断开驾驶舱和客舱预调（ANTICIPATOR）传感器和这两舱的管道温度限制传感器，结果还是一样：右侧混合活门热路打开，左侧纹丝不动，也就是说左侧混合活门被V1-3=119VAC锁定在COOL全开位。那是什么原因呢？

这里的关键点就是：这个超控驾驶舱空调温度自动控制方式，把左侧空气混合活门死死锁定在全冷位的“超控者”在哪里？

混合活门移动到全冷位的核心逻辑是系统检测到过热或故障，通过强制切换至全冷位以维持座舱环境温度安全，保护组件、防止管道超温。这里检测到过热可能是真实的温度过热也可能是传感器或线路问题造成的虚假过热。混合活门的全冷位动作主要由过热保护系统或组件故障触发，目的是快速切断热路气流、引入最大冷量，降低管道或组件温度。具体包括以下几类场景：

1.管道温度达到140°F（约60℃），这个温度限制是用来保证坐舱人员舒适和安全的。当温度达到140°F时，断开热路空气供应，仅允许冷空气通过混合活门，进入全冷状态。

2.当驾驶舱/客舱分配管道的温度超过90℃（194℉）时，管道过热电门（Duct Overheat Switch）触发，混合活门被指令至全冷位，同时“管道过热”指示灯（Amber）亮起。

3.当空调组件的压气机出口温度大于390°F、或者涡轮进口温度大于210°或者管道温度大于250°F时，组件活门（Flow Control and Shutoff Valve, FCSOV）会自动关闭，同时混合活门被强制驱动至全冷位。

这里都第2第3条可以直接排除了。因为我们空调组件供气系统一直工作正常，没有任何过热指示。第一条我们的管道温度限制传感器也已经更换过。

下面要查的就是线路问题了，传感器线路问题也会产生虚假过热信息，使温度控制器控制混合活门打开到全冷位。 我们从图四可以想象得出来，假如预调传感器桥的A点的三条线任意一条对地短路，都会产生一个从B点流向A点的恒定电流，指令温度控制器一直打开混合活门冷路。同样在座舱温度控制桥和管道温度限制桥的B点的三条线任意一条对地短路也会引起温度控制器一直打开混合活门冷路。结果是我们在测量传感器线路时，没有得到意想的结果，却获得意外收获。发现左组件管道预调传感器有一支路线W027-24与电子设备架相磨发生接地短路，此线接位于插头D452的8号钉和插头D454的14号钉之间 。

这短路点对应到图四。就是在预调传感器电桥的感温元件R1电源端N点出现接地短路。最终，故障的“超控着”显现出来，这个点对地短路，预调传感器桥臂上自然没有电流通过，这电桥自然在失效状态。T1点电压为I0Ro（I0为N点对地短路电流）较低，已经无法让驾驶舱温度设置桥电路和管道温度限制桥电路正常工作，也就是三个桥电都处于失效状态，左侧温度控制组件自然也已经失效。这也回答了我们在温度控制组件自检时“LEFT PACK位时NO GO 灯亮”原因。也最终应验了：“混合活门全冷位是737空调系统的终极保护动作，其核心目标是防止过热损坏组件和维持座舱环境安全。所有触发条件均围绕“温度过高”或“组件故障”展开。如管道过热或温度控制组件内部温控部件故障，系统会通过强制方式切换混合活门至全冷位，快速降低系统温度并切断热路气流。以保护组件、防止管道超温，并维持座舱环境安全”。

最终结论：“我们737飞机因为温度控制组件内部故障进入了保护模式，强制进入到全冷模式，V1-3持续保持119VAC，“混合活门位置指针停在全冷位（COOL）不动”。

最后，我们来解释一下为什么预调传感器桥出现对地短路时，115VAC 自动温度控制跳开关没有跳出。因为28VDC温度传感器桥电流很小仅仅是此跳开关的一个很小的负载，加之从28VDC

电源到传感器短路点还串接了两个电阻（RP，R0），所以预调传感器传感器线路短路绝不会引起115VAC温度控制跳开关跳出。另外，此故障之所以不能迅速定位故障根源的主要原因就是温度控制盒自检时只有“LEFT PACK位出现NO GO”，其它位测试均正常，给故障判断和定位造成了一定困难。