论文部分内容阅读
摘 要：发动机引气是飞机在飞行中的主要气源，对飞行安全有着直接影响。737NG飞机发动机引气系统，已发生重复性故障，且排故难度大，耗费工时长。文章介绍了波音737NG飞机发动机引气系统工作原理和典型故障，最后对故障案例进行分析，以期为航线排故提供一定参考。
关键词：737NG;发动机引气;工作原理;故障
飞机气源系统为飞机在地面和空中提供增压空气，发动机引气系统作为飞机在空中的主要引气来源，为发动机起动、空调和座舱增压提供空气，以营造舒适安全的座舱环境。因此，发动机引气系统出现故障会直接影响航空安全。B737NG飞机发动机引气系统部件多，子系统复杂，部分部件存在设计缺陷，导致故障频发，排故困难。本文首先介绍发动机引气系统工作原理，然后分析典型故障，最后根据案例进行排故总结，为机务人员提供参考。
1发动机引气系统介绍
1.1 引气系统工作原理
每台发动机有一套引气系统用以向飞机提供增压空气。发动机引气来自发动机高压压气机的第5级和第9级。发动机高转速运转时使用高压压气机第5级引气，在低速运转时由于第5级引气无法满足气源系统需要，所以使用第9级引气。
发动机引气系统可分为高压级调节系统，引气调节系统和预冷器控制系统三部分。高压级调节系统主要由高压级调节器（HSR）和高压级活门（HSV）组成;引气调节系统由引气调节器（BAR）和压力调节与关断活门（PRSOV）组成;预冷器控制系统由预冷器和预冷器控制活门组成。图1是发动机引气系统总图。
（1）高压级调节系统
低转速时高压级调节系统控制第9级引气输出压力。一部分第9级引气经过高压级调节器（HSR）被恒定控制在15到18pis作为控制压力。高压级活门（HSV）由控制压力和弹簧力作动，通过活门的下游反馈压力保持第9级引气流过后压力恒定在32PSI（误差PSI）。高压级调节器内还有引气关断活门和单向活门，用以防止引气超压和下游引气倒流，另外还有释压活门在高压级调节系统失效时释放引气防止损坏部件。
（2）引气调节系统
发动机在高转速时高压级活门关闭，第5级单向活门打开，5级引气由引气调节系统控制到引气总管的压力和温度。一部分5级引气经过引气调节器（BAR）后被调节到恒定的控制压力（20-28PSI）。控制压力通向压力调节与关断活门（PRSOV），和活门内的弹簧力一起控制活门开关。PRSOV内部的下游反馈压力控制活门开度以保持引气压力在42±8PSI。BAR输出的控制压力还有一部分通向下游的450°F/232°C恒温器，如果下游温度超过450°F/232°C时，控制PRSOV活门开度减小，从而控制管道引气温度降低。当引气系统超温时，490°F/245°C超温电门作用，空调附件组件（ACAU）控制BAR内电磁活门关闭，使PRSOV关闭，从而断开引气，以防止超温损坏引气总管和下游系统。
（3）预冷器控制系统
预冷器控制系统通过热交换来控制发动机引气进入气源系统的温度。风扇空气作为冷却空气经过预冷器控制活门后进入预冷器和发动机引气进行热交换，降低引气温度。PRSOV上游一路引气通往预冷器控制活门（PCCV）作为控制压力。预冷器控制活门传感器和大翼热防冰电磁活门共同控制预冷器控制或明开度，从而控制进入预冷器的风扇冷气空气流量，进而控制引气温度，并实现自动调节。
1.2 引气系统工作过程
发动机引气系统工作过程會随着发动机转速的升高而变化，如图2所示。
当发动机在慢车功率时， 高压压气机9 级引气口的压力小于32PSI，通过高压调节器打开高压活门，此时引气压力就是未调节的9级引气出口压力，会随发动机转速升高而升高。
当继续推油门，发动机转速超过30%时，第9级引气压力会高于32 PSI，此时高压级调节系统会控制引气压力保持在高压级活门最大调定压力32PSI，5级引气单向活门关闭，经过PRSOV进入气源总管的引气压力就是高压级活门的引气压力即为32PSI。
当发动机N1转速超过50%后，第5级引气压力超过32PSI，可以顶开5级单向活门，使高压级活门下游压力超过32PSI，高压级活门开始朝关闭方向运动。此时进入PRSOV的引气是未调节的5级引气。
当发动机N1转速超过60%进入高功率时，5级引气出口压力大于42PSI，高压级活门完全关闭，PRSOV限制引气压力在42PSI，预冷器系统控制进入气源总管的引气温度。
2 典型故障分析
发动机引气系统典型故障现象主要是引气压力不正常（过高或过低）和引气脱开。而引气在脱开前，一般都会出现压力过低和温度升高的现象。因此，下面主要分析引气压力不正常这一故障。
根据上文的对发动机引气系统的介绍，可以看到进入气源管道的引气只与高压级活门和PRSOV有关，高压级活门开度小或PRSOV关小都会导致系统引气压力低。
2.1 高压级活门开度小
高压级活门故障、高压级调节器故障或是控制气路渗漏都会导致高压级活门开度小，造成引气压力低。高压级活门故障一般是活门运行不顺畅有卡阻，通气后活门无法正常打开。高压级调节器故障会导致控制压力低于15PSI，无法打开高压级活门。如果控制压力管路漏气，进入高压级活门的控制压力不足，同样会导致高压级活门开度小。
2.2 PRSOV关小
从图2可以看出，PRSOV和高压级系统、引气调节系统以及预冷器控制系统均由联系。所以，从这三个系统入手分析导致PRSOV关小的原因。
高压级系统中，根据前文分析高压级活门处于关闭状态，如果高压级活门关闭不严有引气泄露，则会导致PRSOV引气温度过高，从而关小PRSOV，导致系统引气压力低。 引气调节系统中PRSOV自身出现活门卡阻运行不畅等故障，都会导致引气压力低。BAR出现故障，则进入PRSOV的控制压力不足，从而导致活门开度不足，影响引气系统压力。控制气路漏气，则PRSOV活门也会关小。最后是450°F恒温器故障会过早打开气路，导致活门关小。
预冷器控制系统中，根据前文分析可知预冷器控制活门故障、控制气路堵塞，390°F传感器故障都会导致PRSOV关小，造成引气压力低。
通过以上分析我们可以看到，引气压力低这一故障涉及多个子系统和相关部件，排故难度较大。
3 案例分析
2013年2月22日，某公司机组反映爬升阶段左发管道压力指示达到最高限，其他指示正常，引气未跳开。平飞及回程均正常。23日机组反映去程大推力起飞时，左发管道压力达到80PSI后恢复正常，回程正常。
故障分析：根据故障现象描述，左发管道压力只在飞机起飞和爬升阶段超出正常值的，此时发动机处于高功率，使用5级引气，并且没有引气跳开的情况。这说明高压级系统和预冷器控制系统均是正常工作的。而管道压力过大，说明PRSOV的开度过大，同时PRSOV活门并没有随着发动机转速的上升而关小。根据引气系统工作原理和工作流程，在推力增加的时候，相应的五级引气压力也会增加，这时未经调节的压力就进入BAR，如果BAR内部故障，即在推力刚增加时没有及时的调节好控制压力，此时PRSOV的开度还没有相应的减小，所以才会在开始的时候管道压力过高，之后就恢复正常了。初步判断是BAR或PRSOV的故障。
故障处理：24日航后做左发BAR和PRSOV健康检正常，更换左发BAR试车推油门四次左发均在N1=70%时指示70PSI，N1=75%时指示80PSI，大约十几秒后恢复稳定在48-50PSI，停车将左发高压级活门锁定在關位，试车测试故障依旧，解除左发高压级活门锁定后，更换PRSOV，试车大油门稳定在44-46PSI左右，故障排除。
4结束语
飞机发动机引气系统直接关系到飞机安全性，具有十分重要的地位。本文介绍了发动机引气系统工作原理，梳理工作过程，分析典型故障，并结合故障案例进行排故分析，为机务人员理解引气系统提供了参考。
参考文献
[1]朱军.波音737NG系列飞机发动机引气系统介绍及其常见故障分析[J].江苏航空，2011（02）：26-29.
[2]倪鑫.浅谈737NG发动机引气系统健康状况监控[J].现代制造技术与装备，2020（06）：156-159.
[3]刘键.737NG飞机引气系统状态监控介绍及实例分析[J].中国民航飞行学院学报，2016，27（06）：29-32.
[4]谢怡仁.浅析B737NG发动机引气系统健康检[J].中国新技术新产品，2016（20）：71.
作者简介：王晓宇（1988-），男，汉族，新疆乌鲁木齐人，硕士，广州民航职业技术学院飞机维修工程学院，助教，研究领域：航空机械。
关键词：737NG;发动机引气;工作原理;故障
飞机气源系统为飞机在地面和空中提供增压空气，发动机引气系统作为飞机在空中的主要引气来源，为发动机起动、空调和座舱增压提供空气，以营造舒适安全的座舱环境。因此，发动机引气系统出现故障会直接影响航空安全。B737NG飞机发动机引气系统部件多，子系统复杂，部分部件存在设计缺陷，导致故障频发，排故困难。本文首先介绍发动机引气系统工作原理，然后分析典型故障，最后根据案例进行排故总结，为机务人员提供参考。
1发动机引气系统介绍
1.1 引气系统工作原理
每台发动机有一套引气系统用以向飞机提供增压空气。发动机引气来自发动机高压压气机的第5级和第9级。发动机高转速运转时使用高压压气机第5级引气，在低速运转时由于第5级引气无法满足气源系统需要，所以使用第9级引气。
发动机引气系统可分为高压级调节系统，引气调节系统和预冷器控制系统三部分。高压级调节系统主要由高压级调节器（HSR）和高压级活门（HSV）组成;引气调节系统由引气调节器（BAR）和压力调节与关断活门（PRSOV）组成;预冷器控制系统由预冷器和预冷器控制活门组成。图1是发动机引气系统总图。
（1）高压级调节系统
低转速时高压级调节系统控制第9级引气输出压力。一部分第9级引气经过高压级调节器（HSR）被恒定控制在15到18pis作为控制压力。高压级活门（HSV）由控制压力和弹簧力作动，通过活门的下游反馈压力保持第9级引气流过后压力恒定在32PSI（误差PSI）。高压级调节器内还有引气关断活门和单向活门，用以防止引气超压和下游引气倒流，另外还有释压活门在高压级调节系统失效时释放引气防止损坏部件。
（2）引气调节系统
发动机在高转速时高压级活门关闭，第5级单向活门打开，5级引气由引气调节系统控制到引气总管的压力和温度。一部分5级引气经过引气调节器（BAR）后被调节到恒定的控制压力（20-28PSI）。控制压力通向压力调节与关断活门（PRSOV），和活门内的弹簧力一起控制活门开关。PRSOV内部的下游反馈压力控制活门开度以保持引气压力在42±8PSI。BAR输出的控制压力还有一部分通向下游的450°F/232°C恒温器，如果下游温度超过450°F/232°C时，控制PRSOV活门开度减小，从而控制管道引气温度降低。当引气系统超温时，490°F/245°C超温电门作用，空调附件组件（ACAU）控制BAR内电磁活门关闭，使PRSOV关闭，从而断开引气，以防止超温损坏引气总管和下游系统。
（3）预冷器控制系统
预冷器控制系统通过热交换来控制发动机引气进入气源系统的温度。风扇空气作为冷却空气经过预冷器控制活门后进入预冷器和发动机引气进行热交换，降低引气温度。PRSOV上游一路引气通往预冷器控制活门（PCCV）作为控制压力。预冷器控制活门传感器和大翼热防冰电磁活门共同控制预冷器控制或明开度，从而控制进入预冷器的风扇冷气空气流量，进而控制引气温度，并实现自动调节。
1.2 引气系统工作过程
发动机引气系统工作过程會随着发动机转速的升高而变化，如图2所示。
当发动机在慢车功率时， 高压压气机9 级引气口的压力小于32PSI，通过高压调节器打开高压活门，此时引气压力就是未调节的9级引气出口压力，会随发动机转速升高而升高。
当继续推油门，发动机转速超过30%时，第9级引气压力会高于32 PSI，此时高压级调节系统会控制引气压力保持在高压级活门最大调定压力32PSI，5级引气单向活门关闭，经过PRSOV进入气源总管的引气压力就是高压级活门的引气压力即为32PSI。
当发动机N1转速超过50%后，第5级引气压力超过32PSI，可以顶开5级单向活门，使高压级活门下游压力超过32PSI，高压级活门开始朝关闭方向运动。此时进入PRSOV的引气是未调节的5级引气。
当发动机N1转速超过60%进入高功率时，5级引气出口压力大于42PSI，高压级活门完全关闭，PRSOV限制引气压力在42PSI，预冷器系统控制进入气源总管的引气温度。
2 典型故障分析
发动机引气系统典型故障现象主要是引气压力不正常（过高或过低）和引气脱开。而引气在脱开前，一般都会出现压力过低和温度升高的现象。因此，下面主要分析引气压力不正常这一故障。
根据上文的对发动机引气系统的介绍，可以看到进入气源管道的引气只与高压级活门和PRSOV有关，高压级活门开度小或PRSOV关小都会导致系统引气压力低。
2.1 高压级活门开度小
高压级活门故障、高压级调节器故障或是控制气路渗漏都会导致高压级活门开度小，造成引气压力低。高压级活门故障一般是活门运行不顺畅有卡阻，通气后活门无法正常打开。高压级调节器故障会导致控制压力低于15PSI，无法打开高压级活门。如果控制压力管路漏气，进入高压级活门的控制压力不足，同样会导致高压级活门开度小。
2.2 PRSOV关小
从图2可以看出，PRSOV和高压级系统、引气调节系统以及预冷器控制系统均由联系。所以，从这三个系统入手分析导致PRSOV关小的原因。
高压级系统中，根据前文分析高压级活门处于关闭状态，如果高压级活门关闭不严有引气泄露，则会导致PRSOV引气温度过高，从而关小PRSOV，导致系统引气压力低。 引气调节系统中PRSOV自身出现活门卡阻运行不畅等故障，都会导致引气压力低。BAR出现故障，则进入PRSOV的控制压力不足，从而导致活门开度不足，影响引气系统压力。控制气路漏气，则PRSOV活门也会关小。最后是450°F恒温器故障会过早打开气路，导致活门关小。
预冷器控制系统中，根据前文分析可知预冷器控制活门故障、控制气路堵塞，390°F传感器故障都会导致PRSOV关小，造成引气压力低。
通过以上分析我们可以看到，引气压力低这一故障涉及多个子系统和相关部件，排故难度较大。
3 案例分析
2013年2月22日，某公司机组反映爬升阶段左发管道压力指示达到最高限，其他指示正常，引气未跳开。平飞及回程均正常。23日机组反映去程大推力起飞时，左发管道压力达到80PSI后恢复正常，回程正常。
故障分析：根据故障现象描述，左发管道压力只在飞机起飞和爬升阶段超出正常值的，此时发动机处于高功率，使用5级引气，并且没有引气跳开的情况。这说明高压级系统和预冷器控制系统均是正常工作的。而管道压力过大，说明PRSOV的开度过大，同时PRSOV活门并没有随着发动机转速的上升而关小。根据引气系统工作原理和工作流程，在推力增加的时候，相应的五级引气压力也会增加，这时未经调节的压力就进入BAR，如果BAR内部故障，即在推力刚增加时没有及时的调节好控制压力，此时PRSOV的开度还没有相应的减小，所以才会在开始的时候管道压力过高，之后就恢复正常了。初步判断是BAR或PRSOV的故障。
故障处理：24日航后做左发BAR和PRSOV健康检正常，更换左发BAR试车推油门四次左发均在N1=70%时指示70PSI，N1=75%时指示80PSI，大约十几秒后恢复稳定在48-50PSI，停车将左发高压级活门锁定在關位，试车测试故障依旧，解除左发高压级活门锁定后，更换PRSOV，试车大油门稳定在44-46PSI左右，故障排除。
4结束语
飞机发动机引气系统直接关系到飞机安全性，具有十分重要的地位。本文介绍了发动机引气系统工作原理，梳理工作过程，分析典型故障，并结合故障案例进行排故分析，为机务人员理解引气系统提供了参考。
参考文献
[1]朱军.波音737NG系列飞机发动机引气系统介绍及其常见故障分析[J].江苏航空，2011（02）：26-29.
[2]倪鑫.浅谈737NG发动机引气系统健康状况监控[J].现代制造技术与装备，2020（06）：156-159.
[3]刘键.737NG飞机引气系统状态监控介绍及实例分析[J].中国民航飞行学院学报，2016，27（06）：29-32.
[4]谢怡仁.浅析B737NG发动机引气系统健康检[J].中国新技术新产品，2016（20）：71.
作者简介：王晓宇（1988-），男，汉族，新疆乌鲁木齐人，硕士，广州民航职业技术学院飞机维修工程学院，助教，研究领域：航空机械。