張一夫

（中國(guó)民用航空飛行學(xué)院新津分院 四川成都 611430）

DA42NG 飛機(jī)作為一款國(guó)外研制、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)組裝的輕型雙發(fā)飛機(jī)，已在國(guó)內(nèi)通航領(lǐng)域廣泛使用，其采用的座艙空氣循環(huán)冷卻系統(tǒng)（RACC，以下簡(jiǎn)稱(chēng)空調(diào)系統(tǒng)）為飛機(jī)座艙提供適宜的溫度、流量穩(wěn)定的清潔空氣，保證了機(jī)組和乘客的舒適度，因而深受用戶(hù)的喜愛(ài)和依賴(lài)。

本院DA42NG 飛機(jī)自運(yùn)行以來(lái)，由于空調(diào)系統(tǒng)存在運(yùn)行條件限制、選裝構(gòu)型差異、技術(shù)資料缺少等方面的問(wèn)題，空調(diào)系統(tǒng)的正常與否成為了影響該型飛機(jī)運(yùn)行品質(zhì)的重要因素。根據(jù)故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，空調(diào)系統(tǒng)的故障率居前，約占總故障的8%。由于DA42NG飛機(jī)是學(xué)院新一代中教訓(xùn)練的主力機(jī)型，降低空調(diào)系統(tǒng)的故障率，提升空調(diào)系統(tǒng)的維護(hù)能力，對(duì)保障學(xué)院飛行安全和訓(xùn)練任務(wù)完成具有重要意義。

1 飛機(jī)空調(diào)制冷系統(tǒng)的分類(lèi)

根據(jù)民用飛機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)和性能要求，空調(diào)制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既要滿(mǎn)足艙內(nèi)人員對(duì)溫度的要求，又要保證空調(diào)設(shè)備工作的可靠性?，F(xiàn)代民用飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)制冷原理的不同，主要分為空氣循環(huán)制冷式和蒸發(fā)循環(huán)制冷式［1-2］。空氣循環(huán)制冷式空調(diào)系統(tǒng)通常配備有一套空氣循環(huán)機(jī)用于制冷，通過(guò)熱交換和熱/動(dòng)能轉(zhuǎn)換的方式使發(fā)動(dòng)機(jī)引氣的溫度降低，而且整個(gè)過(guò)程不需要制冷劑的參與，氣體沒(méi)有蒸發(fā)與冷凝。蒸發(fā)循環(huán)制冷式空調(diào)系統(tǒng)是利用液態(tài)制冷劑的物理變化來(lái)吸收空氣中的熱量，使進(jìn)入座艙的空氣溫度顯著降低，從而達(dá)到冷卻的目的。

隨著航空工業(yè)的發(fā)展，蒸發(fā)循環(huán)制冷技術(shù)以其制冷能力強(qiáng)、冷卻效率高、經(jīng)濟(jì)性好、代償損失小等優(yōu)點(diǎn)，在輕型飛機(jī)上得到了廣泛應(yīng)用，但同時(shí)也面臨著其固有的可靠性差和制冷劑泄漏等問(wèn)題［3］。

2 DA42NG飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)概述

DA42NG飛機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)采用了電驅(qū)動(dòng)式蒸發(fā)循環(huán)制冷技術(shù)，通過(guò)一臺(tái)獨(dú)立的直流發(fā)電機(jī)供電，是一套獨(dú)立的飛機(jī)子系統(tǒng)，且僅具備制冷功能。

2.1 空調(diào)系統(tǒng)組成

DA42NG飛機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)采用典型的蒸發(fā)循環(huán)制冷式結(jié)構(gòu)，由制冷循環(huán)單元、控制單元、供電單元、流通單元4個(gè)部分組成。液態(tài)制冷劑采用R134a。

制冷循環(huán)單元為位于飛機(jī)尾艙的空調(diào)組件，包括壓縮機(jī)、電子控制模塊、冷凝器、蒸發(fā)器、冷凝器風(fēng)扇、蒸發(fā)器風(fēng)扇及相關(guān)制冷管線(xiàn)路。其中，電子控制模塊作為整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的核心控制元件，將根據(jù)空調(diào)控制面板的設(shè)置來(lái)控制制冷回路的閥門(mén)和壓縮機(jī)的工作。

控制單元為位于座艙左側(cè)壁板上的GL-F700型空調(diào)控制面板，用于顯示座艙溫度、控制空調(diào)系統(tǒng)電源供給、調(diào)節(jié)座艙溫度和空調(diào)出風(fēng)量。同時(shí)，空調(diào)控制面板連接有一個(gè)溫度傳感器，用于對(duì)比人工設(shè)置溫度與座艙環(huán)境溫度的差異，從而控制制冷循環(huán)單元的制冷功率。

供電單元為安裝于左側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的一臺(tái)交—直流發(fā)電機(jī)，額度電壓為28V，最大工作電流為65A。發(fā)電機(jī)通過(guò)一臺(tái)Lamar VR2000 高頻式調(diào)壓器控制并向空調(diào)系統(tǒng)供電。為保證空調(diào)壓縮機(jī)工作于一個(gè)穩(wěn)定的電壓范圍，調(diào)壓器有一根電壓敏感線(xiàn)連接到空調(diào)系統(tǒng)的匯流條，當(dāng)系統(tǒng)電壓異常時(shí)，調(diào)壓器將切斷發(fā)電機(jī)故障繼電器，從而斷開(kāi)空調(diào)系統(tǒng)的電源供給。

流通單元為位于座艙頂部和尾艙的冷、熱空氣流通管路，包含了冷凝器、蒸發(fā)器等設(shè)備的局部導(dǎo)流風(fēng)扇，以及可以調(diào)節(jié)風(fēng)量的可控閥門(mén)、管路等。

2.2 空調(diào)系統(tǒng)工作原理

DA42NG飛機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)主要分為制冷回路和流通回路（見(jiàn)圖1）?？照{(diào)的電子控制模塊根據(jù)空調(diào)控制面板的設(shè)定來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)的工作。

圖1 DA42NG 飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)示意圖

制冷回路是飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的核心，由制冷循環(huán)單元作為執(zhí)行元件。當(dāng)空調(diào)控制面板設(shè)置于“ON”位且人工設(shè)定溫度低于當(dāng)前座艙環(huán)境溫度時(shí)，制冷回路被激活，壓縮機(jī)開(kāi)始工作。低溫、低壓的氣態(tài)制冷劑通過(guò)電驅(qū)動(dòng)式壓縮機(jī)中被加壓成高溫、高壓的氣體，通過(guò)冷凝器冷卻為中溫、高壓的液體，通過(guò)干燥器吸收水分并過(guò)濾雜質(zhì)，然后通過(guò)膨脹閥的流量控制變?yōu)榈蜏?、低壓的液體，最后制冷劑在蒸發(fā)器中沸騰并相變?yōu)榈蛪?、低溫的氣體，并再次回到壓縮機(jī)中開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)［4］。

流通回路主要分為制冷循環(huán)單元的熱交換部分和冷氣輸出部分。當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)始工作后，冷凝器的風(fēng)扇啟動(dòng)并將飛機(jī)內(nèi)、外部的常溫空氣引入冷凝管路，然后將熱交換后的高溫空氣排出到飛機(jī)外部。蒸發(fā)器的風(fēng)扇將飛機(jī)座艙的空氣引入蒸發(fā)管路，經(jīng)熱交換冷卻后向座艙輸送冷空氣。由于最終通過(guò)蒸發(fā)器冷卻的空氣直接來(lái)自于座艙，該部分空氣在座艙內(nèi)部往復(fù)循環(huán)，體現(xiàn)了座艙空氣循環(huán)冷卻系統(tǒng)（RACC）所具備的良好制冷效果和良好經(jīng)濟(jì)性。

3 常見(jiàn)故障

DA42NG飛機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、部附件較多，其故障現(xiàn)象呈現(xiàn)“小而散”的特點(diǎn)。根據(jù)DA42NG機(jī)隊(duì)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，空調(diào)制冷系統(tǒng)的故障主要分為3類(lèi)：制冷循環(huán)單元故障，電子控制系統(tǒng)故障，供電系統(tǒng)故障。常見(jiàn)的故障現(xiàn)象有空調(diào)不制冷或制冷效果不佳、制冷狀態(tài)不穩(wěn)定、溫度控制失效、系統(tǒng)存在噪音等。

3.1 空調(diào)不制冷或制冷效果不佳

此類(lèi)故障現(xiàn)象是DA42NG飛機(jī)最為常見(jiàn)的制冷循環(huán)單元故障，主要表現(xiàn)為座艙出風(fēng)口無(wú)冷風(fēng)吹出或出風(fēng)量較小無(wú)法達(dá)到制冷效果。造成類(lèi)似故障的原因較多，主要有以下幾種可能：壓縮機(jī)失效或不工作，冷凝器的熱空氣排氣口堵塞，冷卻劑滲漏，冷凝器失效，膨脹閥失效，干燥器組件失效，電源供給不足［5］。

其中，壓縮機(jī)作為空調(diào)系統(tǒng)的核心，其故障率較為突出。判斷壓縮機(jī)工作與否，是隔離故障件的首要步驟。根據(jù)飛機(jī)線(xiàn)路圖手冊(cè)，壓縮機(jī)的失效可能是由壓縮機(jī)本體故障造成，也可能是高/低壓力電門(mén)失效、恒溫閥異常斷開(kāi)、空調(diào)控制面板失效、供電端故障，使壓縮機(jī)控制線(xiàn)路或供電線(xiàn)路失效所造成的。

本院DA42NG飛機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中曾出現(xiàn)一起典型的空調(diào)系統(tǒng)不制冷的案例。飛行員在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)飛機(jī)空調(diào)無(wú)法制冷，通過(guò)空調(diào)控制面板可以人工調(diào)節(jié)空調(diào)風(fēng)力的大小，出風(fēng)口卻無(wú)冷風(fēng)吹出。為減少排故工作量，維護(hù)人員通過(guò)地面試車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)空調(diào)系統(tǒng)，人為接近位于尾艙的空調(diào)組件，初步確認(rèn)空調(diào)壓縮機(jī)未能正常工作。隨后，在確認(rèn)其電氣線(xiàn)路、制冷劑管路無(wú)異常后，拆下空調(diào)組件，采用地面通電測(cè)試的方式，模擬空調(diào)工作狀態(tài)，依次隔離故障元件并進(jìn)行線(xiàn)路測(cè)量，最終確定壓縮機(jī)JP5 插頭3 號(hào)插釘未能正常通電。圖2 為DA42NG 飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)供電和控制線(xiàn)路圖。經(jīng)查，DA42NG飛機(jī)采用的是Ranco波紋管式恒溫閥，它感受蒸發(fā)器的表面溫度，從而控制壓縮機(jī)的開(kāi)與停，起到防止蒸發(fā)器結(jié)霜的作用。當(dāng)蒸發(fā)器出口溫度上升到某一設(shè)定值時(shí)，溫度開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)閉合，壓縮機(jī)工作；當(dāng)蒸發(fā)器出口溫度下降到某一設(shè)定值時(shí)，溫度開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)脫開(kāi)，壓縮機(jī)停止工作。恒溫器有一個(gè)偏心彈簧調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用于人工調(diào)節(jié)觸點(diǎn)斷開(kāi)的溫度范圍（即斷開(kāi)時(shí)間），以便有足夠的時(shí)間防止蒸發(fā)器結(jié)霜。綜合故障現(xiàn)象和恒溫閥的工作原理，本次故障系恒溫閥內(nèi)部通斷機(jī)構(gòu)性能下降而恒溫閥在蒸發(fā)器未結(jié)霜的情況下異常斷開(kāi)所致［6］。

圖2 DA42NG 飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)供電和控制線(xiàn)路圖

3.2 空調(diào)工作不穩(wěn)定

通過(guò)DA42NG飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的工作原理和制冷機(jī)制分析，系統(tǒng)制冷工作不穩(wěn)定多是因?yàn)榭照{(diào)系統(tǒng)的保護(hù)性停機(jī)造成。制冷循環(huán)單元的管道堵塞、制冷劑過(guò)多或過(guò)少、冷凝器風(fēng)扇或蒸發(fā)器風(fēng)扇散熱性能下降等因素，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)入高壓/低壓保護(hù)狀態(tài)。

安裝在干燥器上的高壓、低壓電門(mén)，通過(guò)串聯(lián)的方式共同作用于壓縮機(jī)的控制線(xiàn)路。其中，低壓電門(mén)用于防止空調(diào)系統(tǒng)在制冷劑壓力低或外界溫度低的情況下工作，高壓電門(mén)用于防止制冷劑壓力過(guò)高或者外界溫度過(guò)高時(shí)損壞空調(diào)系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)壓力恢復(fù)正常后，高壓/低壓電門(mén)將自動(dòng)恢復(fù)，并使空調(diào)系統(tǒng)恢復(fù)正常的工作狀態(tài)。

此外，電源供給端的發(fā)電機(jī)調(diào)壓器故障或自動(dòng)保護(hù)也是造成空調(diào)系統(tǒng)工作不穩(wěn)定的原因之一。本系統(tǒng)采用的Lamar VR2000 高頻式調(diào)壓器具有接地故障保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、發(fā)電機(jī)輸出感知及指示、低電壓感知及指示等功能，作為空調(diào)系統(tǒng)供電單元的“CPU”，調(diào)壓器直接關(guān)系到空調(diào)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因調(diào)壓器故障而造成空調(diào)系統(tǒng)失效的情況時(shí)有發(fā)生，維護(hù)人員僅需通過(guò)隔離并更換調(diào)壓器后故障即能排除。由于調(diào)壓器相關(guān)技術(shù)資料的缺乏，尚不能明確具體的故障成因。

3.3 溫度控制失效

溫度控制失效主要涉及控制單元和制冷循環(huán)單元，表現(xiàn)為駕駛員無(wú)法通過(guò)空調(diào)控制面板進(jìn)行座艙制冷溫度和出風(fēng)量的調(diào)節(jié)。根據(jù)飛機(jī)維護(hù)手冊(cè)，空調(diào)控制面板本體故障、制冷循環(huán)單元的電子控制組件故障、溫度傳感器故障是造成類(lèi)似故障現(xiàn)象的主要原因。

在DA42NG 飛機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，曾出現(xiàn)過(guò)一起因空調(diào)控制面板故障而造成空調(diào)系統(tǒng)失效的案例，呈現(xiàn)空調(diào)控制面板上的電源指示LED燈（藍(lán)色）正常閃爍而出風(fēng)口無(wú)冷風(fēng)吹出的故障現(xiàn)象。經(jīng)查飛機(jī)維護(hù)手冊(cè)，電源指示LED燈點(diǎn)亮即表明空調(diào)系統(tǒng)電源單元供電正常，同時(shí)，由于GL-F700型空調(diào)控制面板具有控制蒸發(fā)器風(fēng)扇的檔位、控制冷凝器及風(fēng)扇的供電、通過(guò)收集溫度傳感器和壓力電門(mén)的信號(hào)來(lái)控制壓縮機(jī)工作等多項(xiàng)控制功能，考慮其涉及多單元、多部附件的特點(diǎn)，出于排故工作的便利性，維護(hù)人員首先對(duì)該機(jī)空調(diào)控制面板進(jìn)行了更換，后經(jīng)地面通電測(cè)試，故障順利排除。

3.4 空調(diào)系統(tǒng)噪音

空調(diào)系統(tǒng)在工作中出現(xiàn)異響或噪音，往往表示系統(tǒng)存在部附件性能下降的情況。其中，風(fēng)扇部件的運(yùn)轉(zhuǎn)震動(dòng)、制冷管路的介質(zhì)堵塞導(dǎo)致流通不暢、送風(fēng)管路破損等問(wèn)題都可能造成故障的出現(xiàn)。

4 空調(diào)系統(tǒng)維護(hù)建議

DA42NG 飛機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)工作原理看似簡(jiǎn)單，但涉及的部件繁雜，任一部件的失效或性能下降都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的故障。因此，在診斷空調(diào)系統(tǒng)故障時(shí)，維護(hù)人員需要思路清晰，在熟悉掌握空調(diào)系統(tǒng)組成特點(diǎn)和工作原理的基礎(chǔ)上，明確故障現(xiàn)象，區(qū)分故障單元，排查疑似部件，從易到難，從簡(jiǎn)到繁，逐步隔離故障，從而最終準(zhǔn)確排除故障。

根據(jù)DA42NG飛機(jī)維護(hù)手冊(cè)的推薦和實(shí)際維護(hù)保障經(jīng)驗(yàn)，常見(jiàn)的故障診斷方法可分為辨、看、聽(tīng)、摸、測(cè)。

辨，維護(hù)人員需要第一時(shí)間了解飛行員在空調(diào)系統(tǒng)使用過(guò)程中所遇到的問(wèn)題，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)驗(yàn)證。通過(guò)驗(yàn)證，全流程、全功能操作空調(diào)系統(tǒng)，記錄故障現(xiàn)象，辨別可能存在故障的部件或單元，縮小故障范圍。

看，針對(duì)故障率較高的制冷循環(huán)單元，維護(hù)人員首先需要查看相關(guān)控制跳開(kāi)關(guān)、制冷劑管路、電氣線(xiàn)路是否存在斷開(kāi)、滲漏、脫落等異常情況。觀(guān)察冷凝器、蒸發(fā)器及管路連接處是否有油污，如有，則說(shuō)明有制冷劑泄漏。檢查部件和管路是否存在結(jié)霜、結(jié)冰的現(xiàn)象。若系統(tǒng)制冷效果不佳，需要著重檢查冷凝器熱交換管路和蒸發(fā)器熱交換管路是否存在表面臟污、堵塞的情況，并對(duì)風(fēng)扇部件的狀態(tài)進(jìn)行檢查。

聽(tīng)，需要維護(hù)人員在空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行甄別，區(qū)分判斷噪聲的來(lái)源與產(chǎn)生原因。噪聲可能來(lái)源于工作異常的壓縮機(jī)，或者存在機(jī)械故障的部件風(fēng)扇，此種方式需要維護(hù)人員具備一定的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)。

摸，在運(yùn)行空調(diào)組件一定時(shí)間后，用手觸摸系統(tǒng)部件，感受部件運(yùn)轉(zhuǎn)情況及制冷循環(huán)單元的溫度變化情況。根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的工作原理，壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥的進(jìn)出口管路應(yīng)有一定的溫度差異。其中，冷凝器出口溫度應(yīng)明顯低于進(jìn)口溫度，而干燥器的進(jìn)出口管路不應(yīng)有明顯溫度差異。

測(cè)，對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)的制冷回路，可以采用汽車(chē)行業(yè)廣泛使用的檢漏儀檢查各接頭和管路是否存在泄漏問(wèn)題。由于DA42NG 飛機(jī)的空調(diào)組件安裝在尾艙，空間狹窄，不便于維護(hù)工作的開(kāi)展，若是將其拆下則無(wú)法通過(guò)飛機(jī)電源系統(tǒng)進(jìn)行供電，因此，需要使用一款集成電源供給和控制面板（含溫度傳感器）的DA42NG飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)專(zhuān)用地面測(cè)試臺(tái)用于系統(tǒng)故障的隔離和排除［7］。通過(guò)該地面測(cè)試臺(tái)，維護(hù)人員可以直接對(duì)離位的空調(diào)組件進(jìn)行全功能測(cè)試，模擬故障現(xiàn)象，并觀(guān)察空調(diào)系統(tǒng)部分件的工作狀態(tài)，及時(shí)測(cè)量電氣線(xiàn)路的通斷情況。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著學(xué)院DA42NG 飛機(jī)運(yùn)行時(shí)間的不斷增加，其空調(diào)系統(tǒng)的故障問(wèn)題也逐漸突現(xiàn)，空調(diào)系統(tǒng)多種多樣的故障現(xiàn)象和組成部件，需要飛機(jī)維護(hù)人員熟悉空調(diào)系統(tǒng)的工作原理，掌握先易后難的排故思路，善用工具和設(shè)備，快速準(zhǔn)確地定位故障、排除故障。