朱貴森

摘要：A320飛機引氣系統(tǒng)故障頻發(fā)且故障類型多、排故難度大，對航線的維修排故、航班的準點率及航空公司的運營品質等方面都有影響。該系統(tǒng)中較常出現(xiàn)故障件因找不到具體故障原因而以NFF返回的情況。為了盡可能找到該類型故障件的真實故障原因，本文從實際應用出發(fā)，基于航班飛行后的QAR譯碼數(shù)據(jù)支持，以真實的飛機部件在地面上建立故障仿真模擬系統(tǒng)。通過在該系統(tǒng)中輸入對應航班的譯碼數(shù)據(jù)參數(shù)，仿真模擬該次航班引氣系統(tǒng)的運行狀況，以實現(xiàn)故障模擬、故障重現(xiàn)、故障測試和故障排除等。該模擬系統(tǒng)在疑難故障的重現(xiàn)、重要事件的判斷及不安全事件的調查等方面有著顯著的優(yōu)點。

關鍵詞：引氣系統(tǒng)；地面仿真；故障模擬

Keywords：bleed system；ground simulation；fault simulation

0 引言

A320飛機引氣系統(tǒng)故障頻發(fā)，排故拆下的部分故障件在返廠測試后因找不到具體故障原因經常以NFF返回，其中部分帶有爭議的NFF件成為航空公司和維修廠家不易解決的難題。為了解決類似問題，本文提出建立和應用A320飛機引氣系統(tǒng)的故障仿真模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用真實的飛機部件在地面建立模擬系統(tǒng)模擬飛機引氣系統(tǒng)的運行狀況。使用真實飛機部件進行的仿真模擬有別于科研院所機構中使用數(shù)學建模進行的虛擬仿真模擬。目前國內在A320飛機引氣系統(tǒng)領域中尚不具備這樣系統(tǒng)全面的故障仿真模擬系統(tǒng)。

從短期看，建立該模擬系統(tǒng)可以盡快解決A320飛機引氣系統(tǒng)中部分故障件返廠測試后找不到具體故障原因的問題，從而更好地保障飛行安全，從長遠看如果成立專門機構，可彌補目前國內缺乏A320飛機引氣系統(tǒng)領域深入研究機構的不足。該機構能在引氣系統(tǒng)中疑難故障的重現(xiàn)、重要事件的判斷以及不安全事件的調查等方面提供更好的判斷方案或解決方案，還可成為A320飛機引氣系統(tǒng)領域中的第三方鑒定機構，緩解目前該系統(tǒng)部分疑難部件只能送國外OEM檢測鑒定的制約。

在應用前景方面，A320飛機引氣系統(tǒng)的故障仿真模擬系統(tǒng)基于飛行大數(shù)據(jù)QAR譯碼數(shù)據(jù)參數(shù)進行模擬，飛行大數(shù)據(jù)的支持與獲取將更加助力該系統(tǒng)的推進和發(fā)展。目前民航飛行大數(shù)據(jù)中的QAR譯碼數(shù)據(jù)已被各航空公司或部門廣泛應用于多個方面并發(fā)揮著重要作用，如飛行過程仿真重現(xiàn)、飛行品質監(jiān)控與改善、飛行技術評價、飛機維修維護、安全品質評估、油耗評測與節(jié)能技術的改進、事故因素調查以及主動安全管理等，民航飛行大數(shù)據(jù)的發(fā)展也將促進該模擬系統(tǒng)在疑難故障重現(xiàn)、重要事件判斷以及不安全事件調查等方面發(fā)揮顯著的作用?；诔掷m(xù)滿足航空公司的客戶化需求以及上述背景及應用前景，設計并建立了該模擬系統(tǒng)。

1 故障模擬系統(tǒng)的設計和建立

1.1 故障模擬系統(tǒng)的設計

A320飛機引氣系統(tǒng)屬于氣動系統(tǒng)，系統(tǒng)中的工作介質主要為空氣，因此系統(tǒng)部件經常受空氣污染影響而使性能下降，同時部件處于引氣系統(tǒng)的高溫高壓環(huán)境中，常出現(xiàn)多種故障現(xiàn)象造成不同程度的影響，甚至造成航班備降或返航。經過多年的理論和實際研究，根據(jù)A320飛機引氣系統(tǒng)的功能布局以及系統(tǒng)中各部件的相互關系，設計并建立了A320飛機引氣系統(tǒng)的故障仿真模擬系統(tǒng)。該模擬系統(tǒng)的布局示意圖如圖1所示。

該模擬系統(tǒng)在飛機環(huán)控實驗室中采取自左向右的展開布局，左邊為氣源系統(tǒng)區(qū)域、氣源控制區(qū)域和回收系統(tǒng)區(qū)域，右邊為引氣系統(tǒng)各部件的安裝區(qū)域及控制系統(tǒng)區(qū)域。

A320飛機引氣系統(tǒng)是按飛機各系統(tǒng)的需要，采用與飛機及動力裝置實時狀態(tài)相適應的方式，從發(fā)動機不同的壓氣機級引入空氣，并進行相應的壓力調節(jié)和溫度調節(jié)，最后將適當壓力和溫度的空氣提供給飛機的各用氣系統(tǒng)[1]。當發(fā)動機在慢車狀態(tài)且功率較低時，系統(tǒng)從高壓級（HP級）經高壓引氣活門（HPV）進行引氣；當在巡航及以上狀態(tài)時，系統(tǒng)從中壓級（IP級）經單向活門（IPCV）和壓力調節(jié)活門（PRV）進行引氣。引入發(fā)動機風扇端（FAN端）的冷空氣則是為了冷卻上述來自發(fā)動機高壓級和中壓級的熱引氣。

因此，按上述壓力分類，系統(tǒng)中的供氣壓力設計為三級：IP代表中壓（實際所需壓力約1.5MPa），HP代表高壓（實際所需壓力約2.0MPa），F(xiàn)AN代表低壓（冷卻空氣壓力，實際所需壓力約0.6MPa）。

系統(tǒng)溫度設計為：系統(tǒng)中的紅黃藍顏色分別代表不同的溫度，紅色代表高溫區(qū)域（實際溫度約400℃）、黃色代表引氣系統(tǒng)控制溫度區(qū)域（實際溫度約 200℃）、藍色代表低溫區(qū)域（實際溫度約10℃～20℃）。

系統(tǒng)管線設計為：粗線代表引氣系統(tǒng)主供氣管路（分別為DN100和DN150），中粗線代表控制壓力管路（約為DN6），細實線代表實物邊框，虛線代表電纜線或信號線。

系統(tǒng)中有三路連接至回收系統(tǒng)的管路。兩路紅色旁通管路的作用是：當系統(tǒng)運行時，可防止IP級或HP級管路上的部件關閉后系統(tǒng)持續(xù)處于高溫、高壓狀態(tài)，還可穩(wěn)定系統(tǒng)管路壓力。黃色管路為經過預冷器冷熱交換后的熱空氣管路。

A320飛機引氣系統(tǒng)中的主要部件均按實際位置及連接關系布局在本系統(tǒng)中，并以部件名稱縮寫表示。包括：引氣監(jiān)控計算機（BMC）、高壓引氣活門（HPV）、單向活門（IPCV）、壓力調節(jié)活門（PRV）、超壓活門（OPV）、風扇活門（FAV）、預冷器（PCE）、溫度控制器（TCT）、溫度限制器（TLT）、溫度控制傳感器（CTS）、壓力傳感器（PTP）和（PRP）等。上述部件又可分為調節(jié)部分、控制部分、冷卻部分，其中調節(jié)部分包括HPV、PRV、 OPV、TLT，控制部分包括BMC、TLT、CST、PTP、PRP、4029KS（HPV控制電磁閥S），冷卻部分包括PCE、FAV、TCT。引氣系統(tǒng)的工作圍繞HPV和PRV展開，BMC以最終用氣系統(tǒng)所要求的壓力和溫度為控制目標，通過溫度及壓力傳感器等部件的信息反饋，以HPV和PRV為控制對象對系統(tǒng)工作進行控制，因而發(fā)出的故障或警告信息大多針對HPV和PRV[1]。其中，故障率很高的HPV和PRV處于系統(tǒng)的高溫、高壓區(qū)域，標記為紅色，其余部件根據(jù)所在的溫度及壓力區(qū)域分別標記為黃色和藍色。

1.2 故障模擬系統(tǒng)的建立

圖2所示為模擬系統(tǒng)的程控軟件示意圖。系統(tǒng)左邊包含氣源系統(tǒng)、氣源控制系統(tǒng)及回收系統(tǒng)。氣源系統(tǒng)可模擬飛機發(fā)動機的供氣，共分為三路供氣：第一路可模擬來自發(fā)動機的中壓級（IP級）供氣，第二路可模擬來自發(fā)動機的高壓級（HP級）供氣。由于這兩路供氣可相互切換，且需覆蓋上述的實際所需范圍，因此所設計的系統(tǒng)供壓范圍均為0～3.0MPa連續(xù)可調，溫度范圍為室溫～600℃連續(xù)可調，流量范圍為50～14000kg/h連續(xù)可調。第三路模擬來自發(fā)動機風扇端（FAN端）供氣，供壓范圍為0～0.8MPa連續(xù)可調，溫度為10℃～ 20℃，流量范圍為50～ 8000kg/h連續(xù)可調?；厥障到y(tǒng)包含熱能回收系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)。

氣源控制系統(tǒng)中包含多種控制和監(jiān)測裝置，如關斷閥、減壓閥、比例調節(jié)閥、安全閥、分離器、電加熱裝置、壓力監(jiān)測裝置、溫度監(jiān)測裝置、流量監(jiān)測裝置等，均采用符合國標的精密級產品，且檢定合格。

由于以上三路供氣系統(tǒng)的壓力、溫度、流量均為連續(xù)可調，在該模擬系統(tǒng)中按對應航班的QAR譯碼數(shù)據(jù)進行相應的參數(shù)設定，可實時模擬引氣系統(tǒng)在不同工況條件下的壓力、溫度、流量等變化情況。從而模擬或重現(xiàn)飛機上的故障現(xiàn)象，盡可能地找到故障件的真實故障原因。

系統(tǒng)右邊為引氣系統(tǒng)各部件的安裝區(qū)域及控制系統(tǒng)區(qū)域。系統(tǒng)的右上區(qū)域為引氣系統(tǒng)中部件的實際安裝與連接位置。稱該系統(tǒng)為仿真模擬系統(tǒng)是因為系統(tǒng)中所安裝的部件均為飛機上的真實部件，除需查找故障原因的故障件外均為合格的飛機備用部件，且各種管路的設計與關聯(lián)布局、部件的操控方式、數(shù)據(jù)的采集形式等均與原飛機系統(tǒng)一致。在進行故障模擬測試時，可根據(jù)實際需求將一個或多個故障件甚至多個疑似故障件按系統(tǒng)設計圖中的位置進行安裝和連接，必要時還可根據(jù)實際情況在系統(tǒng)末端加入空調系統(tǒng)的FCV進行流量控制。

系統(tǒng)的右下區(qū)域為該系統(tǒng)中的核心區(qū)域——引氣監(jiān)控計算機（BMC）、操作及監(jiān)控平臺和程控軟件。該系統(tǒng)由計算機通過程控軟件來監(jiān)控和控制各個氣路及端口的壓力、溫度、流量等參數(shù)，再由傳感器將數(shù)據(jù)通過A/D數(shù)據(jù)轉換模塊傳遞給計算機。系統(tǒng)還可進行擴展，根據(jù)需求增加電流、電壓、角度、位移、振動、頻率等參數(shù)的監(jiān)控、采集和存儲。系統(tǒng)中使用的各型傳感器、變送器等均為符合國標的精密級產品，且檢定合格。

2 故障模擬系統(tǒng)的應用——故障重現(xiàn)案例

以某航班一起“PRV非指令性自動關閉”故障重現(xiàn)案例對該模擬系統(tǒng)進行應用介紹。

該航班排故時的故障為PRV起飛階段非指令性自動關閉。航后進行了連續(xù)的排故和更換，先更換了HPV，但故障現(xiàn)象依然存在，又更換了PRV和FCV，故障得到排除，共拆除了三個故障件。查看該航班的譯碼數(shù)據(jù)，從龐大的數(shù)據(jù)中篩選出需要的數(shù)據(jù)參數(shù)。

由譯碼數(shù)據(jù)可看出，左右發(fā)PRV都出現(xiàn)FULLY CLS（完全關閉）的故障信息，但此時系統(tǒng)中左右發(fā)PRV的下游都有壓力，通往空調系統(tǒng)FCV的下游也都有流量，因此可判斷該處的PRV并不是真正完全關閉，而是“假性關閉”。分別對三個故障件進行單獨的故障測試，PRV的調壓異常但并未出現(xiàn)PRV非指令性自動關閉，F(xiàn)CV的扭矩馬達工作異常，HPV未發(fā)現(xiàn)異常，故障測試結果與排故時的故障原因并不一致。但將三個故障件全部安裝在該模擬系統(tǒng)中測試，卻得到了與排故原因中一致的結果，具體過程如下。

將三個故障件全部安裝到圖1的故障模擬系統(tǒng)中，輸入譯碼數(shù)據(jù)中出現(xiàn)故障時對應的數(shù)據(jù)參數(shù)，系統(tǒng)按照參數(shù)進行故障模擬測試。當參數(shù)運行到FCV流量值降低且降低到大約與PRV出現(xiàn)FULLY CLS關閉信息時相對應的參數(shù)時，PRV指示到關閉位，與上述譯碼數(shù)據(jù)中查看到的情況一致，也與前面“假性關閉”情況一致。原因在于PRV的調壓異常使PRV已關得很?。ɑ蛞烟幱谂R界狀態(tài)），加上FCV工作異常且限流，使得系統(tǒng)管道壓力變化并通過PRV的下游感壓管反饋給PRV，導致PRV進一步關?。ú⒋蚱婆R界狀態(tài)），造成PRV微動開關的關閉位被觸發(fā)，從而指示到關閉位。

PRV指示關閉的故障現(xiàn)象與譯碼數(shù)據(jù)中顯示的FULLY CLS關閉故障信息一致，實際工況條件也與譯碼數(shù)據(jù)中的參數(shù)基本相符，重現(xiàn)了故障現(xiàn)象。因此，該故障的真正原因是由引氣系統(tǒng)的PRV故障和空調系統(tǒng)的FCV故障共同引起，與HPV無關。

3 結束語

在排故過程中，某故障現(xiàn)象可能由某一故障件引起，也可能由系統(tǒng)中的多個故障件共同引起，后者的排故較麻煩，難以找到真正的故障原因。本文提出的故障仿真模擬系統(tǒng)在多故障件排故、跨系統(tǒng)排故、疑難故障重現(xiàn)和不安全事件的調查等方面具有顯著優(yōu)勢。該模擬系統(tǒng)除可進行故障模擬測試外，還能對引氣系統(tǒng)中的氣動部件進行單獨性能測試。

參考文獻

[1]張翅. A320飛機引氣系統(tǒng)的特點及故障分析[J]. 航空工程與維修，1999（5）：18-20.