馬興坤 邢凱銘 趙樹杰 馬超

摘要：波音737NG飛機APU故障影響航班運行，而APU滑油系統(tǒng)是其安全運行的重要保障，大多數(shù)APU的故障都能夠從滑油系統(tǒng)的監(jiān)控指標中找到故障征兆。本文基于737NG飛機APU滑油系統(tǒng)工作原理，提出了一項APU滑油系統(tǒng)的監(jiān)控指標——溫升速率，并利用該指標總結(jié)排故方法進行重點故障的監(jiān)控，有效地提高了排故效率。

關(guān)鍵詞：APU；監(jiān)控指標；滑油系統(tǒng)；滑油溫度

Keywords：APU；monitoring index；lubrication system；lubricating oil temperature

根據(jù)南航河南公司近三年飛機運行故障統(tǒng)計，波音737NG飛機由于輔助動力裝置（131-9B型APU）故障導致的機隊出勤故障為34起，其中有19起是由于引氣壓力低導致，其他15起故障原因暫未明確，但可以推斷大部分與APU本體運轉(zhuǎn)情況有關(guān)。在APU的眾多系統(tǒng)中，滑油系統(tǒng)是保障APU正常運轉(zhuǎn)最重要的系統(tǒng)之一。

1 APU滑油系統(tǒng)概述

APU滑油系統(tǒng)由磁堵、滑油低壓電門、滑油量傳感器、滑油冷卻器、溫度控制活門、潤滑組件組成，為起動發(fā)電機/APU軸承/齒輪箱提供潤滑、清潔和冷卻?；拖到y(tǒng)工作原理如圖1所示。

APU的滑油存儲在齒輪箱中，從這里開始，安裝在潤滑組件里的滑油泵將齒輪箱中的滑油增壓，滑油從潤滑組件輸送到滑油冷卻器和起動發(fā)電機以及APU的軸承中。

APU滑油系統(tǒng)的監(jiān)控可以從飛機QAR數(shù)據(jù)中的滑油溫度獲得，數(shù)據(jù)來自于溫度傳感器。傳感器位于滑油冷卻器和溫度控制活門下游端，是監(jiān)控探測滑油溫度的重要元件，其件號為P/N：MS28034-3，是由鎳鉑合金組成的RTD電阻溫度探測器，原理是利用鉑金屬在溫度變化時自身電阻隨之變化的特性來測量溫度。

2 故障原理與監(jiān)控指標

2.1 故障理論分析

滑油系統(tǒng)為APU的運轉(zhuǎn)提供增壓滑油以冷卻、清潔和潤滑APU的軸承和相關(guān)附件。若滑油溫度過高，首先會使內(nèi)部滑油的冷卻效果變差，其次，過高的滑油溫度也會直接影響到滑油的黏度，從而減弱其潤滑效果，進而影響APU的機械效率、功率和使用壽命。根據(jù)維修手冊中的描述，當滑油溫度超過一定限制值時（APU轉(zhuǎn)速大于95%且滑油溫度大于149℃持續(xù)10s后），運轉(zhuǎn)中的APU將會被ECU關(guān)斷，P5面板上的APU FAULT燈將會點亮。因此，滑油溫度是檢測APU滑油系統(tǒng)是否發(fā)生故障的重要參數(shù)。

2.2 監(jiān)控指標的設(shè)定

由于機械結(jié)構(gòu)的運轉(zhuǎn)，滑油溫度必然會隨之增加，如果單一采用滑油溫度作為監(jiān)控滑油系統(tǒng)狀態(tài)的指標，不能準確判斷滑油系統(tǒng)是否存在故障。因此，提出APU“溫升速率”作為監(jiān)控APU滑油系統(tǒng)運行情況的技術(shù)指標。

由于滑油溫控活門在滑油溫度上升到60℃后滑油會流向滑油散熱器，影響通過滑油溫升速率判斷潤滑組件故障的準確性，因此，將溫升速率定義為滑油系統(tǒng)溫度由20℃上升至50℃整個過程所經(jīng)歷的時間。

當潤滑系統(tǒng)組件發(fā)生故障時，內(nèi)部的摩擦阻力增大，在APU轉(zhuǎn)動過程中會產(chǎn)生更多的熱量，這些額外的熱量會被滑油吸收，表現(xiàn)為更大的溫升速率。因此，可以通過監(jiān)控滑油溫升速率的變化實現(xiàn)APU滑油系統(tǒng)的監(jiān)控與排故。

2.3 故障實例分析

在737NG飛機APU運行中導致APU起動不成功或關(guān)車的原因很多，查閱FIM手冊，其中與滑油系統(tǒng)組件原因直接相關(guān)的有以下5個TASK（任務）：

1）808.Fuel Control Unit Flow Disagrees With Command-Fault Isolation

2）801. No Acceleration Shutdown-Fault Isolation

3）802.No Flame Shutdown-Fault Isolation

4）803.Oil Pressure Shutdown Low Oil Pressure-Fault Isolation

5）808.Starter Generator Oil Filter Shows Clogged-Fault Isolation

其中，有關(guān)潤滑組件更換的描述并無實質(zhì)性的依據(jù)，以FIM 49-40 TASK 801. “No Acceleration Shutdown-Fault Isolation”為例，手冊中對該故障的隔離描述只是檢查潤滑組件序號是否為-3，如果是，則下一步繼續(xù)隔離；如果是-1或-2，則進行更換以排除故障。而在真實情況中這一故障極其偶發(fā)，且無有效的數(shù)據(jù)支持，該步驟通常在最后一步執(zhí)行，因此降低了APU的排故效率。針對某A飛機2020年4月一次潤滑組件失效導致的“No Acceleration Shutdown”故障，提取其QAR中滑油溫度數(shù)據(jù)，如圖2所示。

由圖2可以看出，在2020年3月27日至4月14日使用隔離故障串件的APU潤滑組件期間，該APU滑油溫度有明顯真實跳變波動，變化達到5℃以上，其中一次無法起動，檢查代碼有 49-41010。對APU的溫升速率做統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)溫升速率更能直觀地反映此期間的參數(shù)異常特征，如圖3所示。

由圖3可以看出，在2020年3月27日至4月14日，APU滑油溫升速率上升明顯，有0.2的突變上升，增幅約50%。4月14日更換潤滑組件之后，溫升速率明顯降低，再次回歸到更換之前接近0.4的數(shù)值。

公司另外一架B飛機5月26日在航前APU起動失敗，接通地面電源后再次起動正常，伴有歷史故障代碼49-41010。經(jīng)過長時間的排故工作，該APU于7月2日更換潤滑組件后故障現(xiàn)象消失，在此期間曾出現(xiàn)偶發(fā)性的起動失敗。后續(xù)查看發(fā)動機該期間QAR數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在失效期間溫升速率偏高，更換潤滑組件后恢復正常，如圖4所示。

由以上理論分析與故障實例可知，將滑油溫升速率作為監(jiān)控對象判斷潤滑組件故障的方法能夠有效地指導排故，消除由此導致的APU不正常關(guān)斷故障，保障APU可靠運行。

3 結(jié)束語

本文分析了由滑油系統(tǒng)造成APU自動關(guān)車或起動失敗故障的原因，提出一項監(jiān)控滑油系統(tǒng)的指標——溫升速率，以理論分析和實際故障數(shù)據(jù)驗證相結(jié)合的方式說明了APU發(fā)生故障時由QAR數(shù)據(jù)換算得到的溫升速率指標會呈現(xiàn)明顯的故障數(shù)據(jù)特征，該方法對APU監(jiān)控和排故具有一定的技術(shù)參考價值。

參考文獻

[1] John Shaw. Faster Troubleshooting with Interactive Fault Isolation Manual [J]. Boeing AERO Magazine，2013（2）：19-23.

[2]邢東旭，薛俊，高科利.某型飛機輔助動力裝置起動故障淺析[J].航空維修與工程，2020（5）：88-89.

作者簡介

馬興坤，工程師，發(fā)動機主管。