陳亦奇

摘 要：飛機(jī)通過(guò)安裝在機(jī)身外部的空速管來(lái)探測(cè)速度。由于飛機(jī)運(yùn)行在特殊的高空低溫環(huán)境，需要對(duì)空速管進(jìn)行加溫，避免結(jié)冰阻塞。本文著重闡述波音737NG飛機(jī)空速管加溫的工作原理和故障成因，并對(duì)預(yù)防性維修措施進(jìn)行了初步探索。

關(guān)鍵詞：737NG；空速管；加溫故障；預(yù)防措施

中圖分類(lèi)號(hào)：TH17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.系統(tǒng)介紹

737NG飛機(jī)的3部空速管都有各自的加溫系統(tǒng)。在控制邏輯上分為自動(dòng)和人工兩種方式，由駕駛艙的控制面板進(jìn)行選擇和指示。自動(dòng)方式工作條件為任意一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，自動(dòng)開(kāi)始加溫。

當(dāng)人工將駕駛艙的探頭加溫開(kāi)關(guān)置于ON位，或者任意發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，觸發(fā)繼電器吸合，使回路導(dǎo)通，飛機(jī)提供115V交流電通過(guò)空速管內(nèi)的電阻絲進(jìn)行加熱。如果出現(xiàn)開(kāi)路或短路，相應(yīng)的故障指示燈會(huì)點(diǎn)亮，機(jī)組可據(jù)此判斷并排除無(wú)效的空速。空速管內(nèi)部的加溫元件由熱敏陶土及電阻絲串聯(lián)構(gòu)成，其中陶土用于調(diào)節(jié)空速管的溫度在120℃～150℃之間，電阻絲用于加熱防止空速管外部及內(nèi)部結(jié)冰。電阻絲主要螺旋分布在前端采集口。

2.故障分析和預(yù)防措施研究

在實(shí)際運(yùn)行中，空速管加溫的故障屢見(jiàn)不鮮，對(duì)飛行安全和準(zhǔn)點(diǎn)率、維護(hù)成本都造成很大壓力。而且還有一部分故障較為隱蔽，不會(huì)觸發(fā)故障燈的指示，僅表現(xiàn)為左右空速不一致，給機(jī)組判斷帶來(lái)很大困難，也給我們的維護(hù)工作帶來(lái)挑戰(zhàn)。

對(duì)此我們除了完善故障處置預(yù)案之外，也對(duì)故障進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的統(tǒng)計(jì)分析，以期找出故障原因，進(jìn)而尋求預(yù)防性維修措施。

首先根據(jù)空速管的部件維修手冊(cè)CMM34-11-08，對(duì)故障空速管進(jìn)行檢查，分別從外觀(guān)、氣密性、加溫電阻、加溫絲與外殼的絕緣電阻進(jìn)行檢查和測(cè)量。手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)加溫電阻為48正負(fù)8Ω，絕緣電阻>1MΩ。

通過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)：一些故障空速管表現(xiàn)為加溫電阻的阻值或者開(kāi)路（無(wú)窮大）或者正常，極個(gè)別表現(xiàn)為短路，這些故障一旦發(fā)生就一直存在，故障燈點(diǎn)亮，落地后地面測(cè)試也不通過(guò)；而出現(xiàn)空速不一致但沒(méi)有引起故障燈亮的空速管，加溫電阻和絕緣電阻均符合手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)，而且地面測(cè)試也正常。

但深入分析發(fā)現(xiàn)這些故障有以下共同點(diǎn)：

（1）絕緣電阻雖然符合手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)，但比較接近門(mén)檻值，分布在1MΩ～20MΩ區(qū)間，而剛出廠(chǎng)的新空速管，測(cè)量絕緣直通常在2000MΩ以上。

（2）這類(lèi)不引起故障燈亮的空速不一致，會(huì)在一段時(shí)間后自行消失。

初步懷疑這些空速管絕緣電阻在非工作狀態(tài)下測(cè)量值接近門(mén)檻值，在通電加溫后可能存在電熱絲對(duì)殼體的局部短路，導(dǎo)致加溫功率不足，在極端條件下無(wú)法及時(shí)融化堵塞的冰晶。當(dāng)飛機(jī)離開(kāi)惡劣氣象區(qū)域后又能逐步融化冰晶，使空速指示恢復(fù)正常。地面測(cè)試自然也是工作正常的。為驗(yàn)證這一判斷，在地面加溫過(guò)程中使用紅外熱成像儀進(jìn)行觀(guān)察，得到了驗(yàn)證：

工作正常的空速管，加溫時(shí)發(fā)熱區(qū)域集中在前段采樣口，這樣能有效避免冰晶堵塞；而不正常的空速管雖然形成工作的加溫回路，但實(shí)際加溫效果很差，采樣口的溫度甚至低于基座部分。驗(yàn)證了這一判斷后，通過(guò)故障空速管的測(cè)量數(shù)據(jù)，并結(jié)合模擬惡劣條件的加溫試驗(yàn)，我們重新制定了空速加溫電阻對(duì)殼體絕緣值的標(biāo)準(zhǔn)，將門(mén)檻提高到100MΩ。并統(tǒng)計(jì)出空速管故障的類(lèi)型分布，發(fā)現(xiàn)通過(guò)測(cè)量加溫電阻和絕緣電阻，可以發(fā)現(xiàn)50%以上的空速管故障。由此我們?cè)诓ㄒ舻木S修方案基礎(chǔ)上制定了定期測(cè)量加溫電阻和絕緣電阻的預(yù)防性維修方案：

以3000飛行小時(shí)為間隔，測(cè)量空速管的加溫電阻和絕緣電阻。

剔除外來(lái)物堵塞的情況進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)空速管加溫故障的月度分布，呈現(xiàn)雨季特性，4～7月的故障千次率明顯高于其他月份。針對(duì)這一發(fā)現(xiàn)，懷疑空速管加溫故障和雨水有關(guān)。使用內(nèi)窺鏡觀(guān)察故障空速管的內(nèi)部，可以發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕痕跡，在采集口區(qū)域螺旋分部的電阻絲表面尤為明顯。

查詢(xún)CMM手冊(cè)得知加溫絲絕緣層的成分是氧化鎳鍍層。氧化鎳和普通絕緣材料不同，它是金屬氧化物，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)糾纏導(dǎo)致載流子無(wú)法流動(dòng)，導(dǎo)致氧化鎳成為絕緣體。高溫工藝煅燒制成的氧化鎳活性較低，但它依舊具備堿性氧化物的特性，會(huì)與硫、氯等元素發(fā)生反應(yīng)。因此酸雨會(huì)腐蝕氧化鎳絕緣層。這點(diǎn)也得到了制造廠(chǎng)GOODRICH的認(rèn)可。

因此可以得出結(jié)論：空速管加溫故障的成因，是由于加溫絲周?chē)慕^緣層受酸雨水等環(huán)境的腐蝕，導(dǎo)致絕緣層破損，加溫絲與殼體短路，最終造成加溫性能下降（加溫絲短路）或加溫功能喪失（加溫絲斷路）。

可見(jiàn)絕緣性能的衰退是一個(gè)緩慢漸進(jìn)的過(guò)程，通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)它的特征壽命，進(jìn)行計(jì)劃性的提前更換，可以有效避免腐蝕嚴(yán)重、性能衰退的高壽空速管高風(fēng)險(xiǎn)運(yùn)行。由此我們制定了第二項(xiàng)預(yù)防性維修方案：

主動(dòng)更換使用壽命超過(guò)27000飛行小時(shí)的空速管。

從另一方面，設(shè)法減少酸雨對(duì)空速管的腐蝕。我們注意到波音給空速管配備了專(zhuān)用的空速管套，供飛機(jī)停廠(chǎng)時(shí)保護(hù)空速管之用。經(jīng)過(guò)我們的實(shí)驗(yàn)測(cè)試和波音出具的說(shuō)明，空速管套具備防水和阻燃的特性，既可以隔絕雨水，空速管加溫時(shí)不慎忘記取下也不會(huì)受損。因此飛機(jī)在地面時(shí)特別是雨季，減少空速管暴露的時(shí)間，是減少酸雨腐蝕的有效途徑。

通常飛機(jī)維護(hù)的工作程序是在飛機(jī)完成所有工作后，由整機(jī)放行人員套上空速管套。機(jī)航后從落地到完成航后檢查工作、最終放行，時(shí)間至少2小時(shí)以上，工作較多時(shí)甚至5、6小時(shí)。這段時(shí)間空速管一直暴露在外，遇到雨天就是持續(xù)被酸雨浸泡。

經(jīng)過(guò)分析論證，將工作程序改為航后維護(hù)工作開(kāi)始就套上空速管套。如果有工作可能引起加溫啟動(dòng)（如發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)），則根據(jù)維護(hù)手冊(cè)再取下空速管套。實(shí)踐證明提前套上空速管套是可行的，風(fēng)險(xiǎn)也是可控的。而這一工作程序的優(yōu)化，也減少了空速管在地面被酸雨腐蝕的時(shí)間。這是我們制定的第三項(xiàng)預(yù)防性維修方案：航后飛機(jī)提早套上空速管套進(jìn)行保護(hù)

3.效果與展望

在尚未采取措施的2010年，故障次數(shù)和千次率均處于高點(diǎn)。經(jīng)過(guò)相應(yīng)措施的逐步開(kāi)展實(shí)施，故障次數(shù)和千次率逐年下降，方案效果明顯，如圖2所示。

進(jìn)一步工作展望：

通過(guò)這些年測(cè)量絕緣電阻的數(shù)據(jù)積累，結(jié)合酸雨腐蝕的原理，可以發(fā)現(xiàn)：空速管新件的絕緣電阻通常在使用初期幾次測(cè)量數(shù)值都比較平穩(wěn)，變化不大。這時(shí)候腐蝕發(fā)生在初期，緩慢漸進(jìn)階段。當(dāng)某次測(cè)量的絕緣電阻出現(xiàn)急劇下降，說(shuō)明腐蝕發(fā)展到一定程度，絕緣層開(kāi)始受破壞，這時(shí)候絕緣層表面出現(xiàn)縫隙，能積蓄雨水并滲入內(nèi)部，導(dǎo)致腐蝕速度加快，空速管絕緣電阻會(huì)在接下來(lái)幾個(gè)測(cè)量周期內(nèi)不斷下降直至超標(biāo)。

結(jié)語(yǔ)

可見(jiàn)絕緣電阻的變化情況可以表征空速管的腐蝕情況，對(duì)性能的衰退有一定預(yù)見(jiàn)性。在積累更多數(shù)據(jù)以后，我們下一步將嘗試根據(jù)歷史測(cè)量數(shù)據(jù)，建立對(duì)空速管個(gè)性化的壽命預(yù)估和靈活的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合雨季特性，制定更加精細(xì)的預(yù)防性維修方案，提高空速管加溫系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)減少過(guò)度拆換，力爭(zhēng)節(jié)約成本。

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