波音B737CL飞机发动机气源系统与故障浅析

黎嘉健

摘 要：飞机气源系统是飞机重要组成部分之一。气源系统主要为飞机空调系统、防冰系统等其他装置提供足够的空气和压力。在飞机的正常运作中，主要由左右两侧发动机的气源系统向飞机的其他气源用户系统提供空气。由于B737CL飞机在国内已有一定的使用时间，发动机的气源系统可靠性逐渐降低，提高了维修管理工作的难度。本文主要针对B737CL飞机发动机气源系统及其故障进行浅析。

关键词：气源系统；5级单向活门；高压调节器（HSR）；9级引气活门；压力调节关断活门（PRSOV）；引气故障

0 引言

飞机气源系统通过发动机、APU或地面高压气源进行引气，并通过气源管路向下游用户系统提供高温、限定流量和适当压力的大气空气。其用户系统包括，发动机起动系统、座舱空调和增压系统、发动机进气道防冰系统、大翼防冰系统、水箱增压系统以及液压油箱增压系统。气源系统根据飞机的不同状态，可以自动或人工选择不同的引气源。以波音B737CL飞机为例，在通常情况下，气源系统以发动机CFM56-3B引气为主要引气源。CFM56-3B发动机作为一种高涵道比的涡轮风扇发动机（即大部分通过风扇加速的空气，不经过压气机、燃烧室和涡轮而被直接通过尾喷排出从而产生推力），气源系统的引气状况对发动机的运作负载有着关键的影响。发动机气源系统是由多个附件所组成的一个电控气动系统，含有多个调节器，活门，传感器和信号管，其中的任何一个部件出现问题，都可能引起气源系统故障。在实际维护工作中，主要依据对故障现象的理论分析，系统运行测试和工作者的实际工作经验，分析判断引发系统故障的原因，排故的准确性更多地取决于工作者的理论水平和实际经验，对于由于线路或管路问题所引发的故障，有时甚至将系统附件一一换下也未必能够排除故障。波音公司提供的统计资料表明气源系统所引发的故障所造成的航班延误率为7%。随着B737CL机型的机龄老化，气源系统的可靠性逐渐降低的情况出现，将逐步加大维修和故障排除的难度。所以，深入了解发动机气源系统的原理和特点以及加深对典型故障的认识，对一线机务人员的日常飞机维护工作是大有裨益的。

1 B737CL飞机发动机气源系统介绍

1.1 发动机气源系统的组成

左右侧发动机各有一套相同的气源系统，其中包括有：5级单向活门，9级（高压级）引气活门（HSV），高压调节器（HSR），压力调节关断活门（PRSOV），引气调节器（BAR），预冷器控制活门，预冷器，压力传感器，450F传感器，390F（预冷器控制活门）传感器，490F超温电门以及对应在驾驶舱头顶的空调引气控制面板。

1.2 发动机气源系统的工作原理

气源系统根据发动机的运行状态，自动选择高压级5级引气或高压级9级引气。当5级或者9级正常引气时，BAR和PRSOV就会对引气压力进行调节。预冷器及预冷器控制活门对引气温度进行初步的冷却。气源系统通过预冷器下游的三个温度传感器以及一个压力传感器对发动机引气实现进行自动关断控制，以及为驾驶舱提供压力监控。

1.2.1发动机9级引气原理

当发动机的高压级转子在低速运转时，由于高压压气机5级的气源不能满足引气的要求，所以在发动机低速运转时，发动机引气由高压压气机9级空气提供引气气源。在这个阶段，发动机的9级引气压力通过高压调节器（HSR）和9级引气活门，进行引气并保持压力。当9级压气机的空气通过信号管进入HSR组件内，通过内部关断活门进入参考压力调节器。当引气压力克服HSR内部弹簧力，压力信号通过信号管进入HSV内部的A气腔，克服B气腔的预载弹簧力，作动HSV内的机械连接机构，打开HSV，实现9级引气。与此同时，HSV内部的预载弹簧力，保持活门保持在一定的开度，保持9级引气保持在32PSI。在这个时候，5级单向活门由于9级引气压力加载，单向活门保持在关闭状态，确保不发生反流。

当下游压力大于9级引气活门的上游压力或者上游压力高达110PSI的时候，HSR都会控制HSV保持关闭状态。

1.2.2发动机5级引气原理

当发动机的高压级转子在高速运转时，HSR和HSV得到来自9级的气源信号，HSV内部的B气腔的压力大于A气腔的压力，造成HSV的活门位置关闭并且保持。与此同时，HSV的关闭意味着5级单向活门的下游压力减小，由于5级压气机的空气压力提高，上下游的压差克服5级单向活门的弹簧力，产生引气。

1.2.3发动机引气压力调节原理

当5级或9级正常引气时，引气活门的热空气会通过BAR信号管进入引气调节器（BAR）内部，用于超压控制和作为引气压力参考信号。引气调节器（BAR）内部的压力调节器，降低并保持引气压力信号为一个定值压力信号，通过信号管路送至PRSOV的A气腔。当A气腔的压力克服B气腔的弹簧力以及PRSOV的下游空气压力后，作动机械连接机构，打开PRSOV，并保持引气压力在42PSI。

当发动机起动机引气活门打开或者引气异常（490F过热电门触发或者BAR内部170PSI超压保护触发），引气调节器（BAR）会自动通过内部线圈活门关闭PRSOV，关断发动机引气。

2 B737CL飞机发动机气源系统故障简单分析

由于B737CL拥有很长的历史，其维护手册的编撰并没有达到今天同类手册的完善程度。其中，B737CL就缺少FIM（故障隔离手册）这种独立的排故手册。波音把排故的程序汇编了在AMM（飞机维护手册）每个章节的P101当中，这也增加了排故的难度。

2.1 信号管渗漏检查

发动机引气压力低均可能出现在5级引气或者9级引气阶段。在多数的情况下，发动机引气压力低常常只是故障的一个表面现象，往往在引气压力低的现象背后，有更深层次的现象，并且该现象直接指向故障关键。在AMM（飞机维护手册）的引气排故部分中，指出引气压力低这一现象的原因就有22项之多，造成了排故过程必须依靠工作者经验和解读原理图的能力。但由于航线或者机库工作者迫于时间和工作大的原因，未能透彻地研究其根本原因，只通过直接换件，以求达到排除故障的目的，长此以往，只能导致气源系统的故障排除效率保持在一个不高的水平。

引气压力低，简单而言，是由490F超温电门下游的压力传感器发出信号至驾驶舱，反映出实际引气压力。直接影响引气压力的部件是PRSOV， PRSOV引气压力低主要受到几个信号源控制：1. 引气调节器（BAR）；2. 450F传感器；3. PRSOV下游信号管。以上任意控制信号源出现异常都会导致PRSOV的开度减少，甚至关闭，影响引气压力。在排故的过程中，为了确保减少领航材，查资料以及借工具等等的消耗时间行为，从基本入手时最好的选择。信号管是造成故障发生的一大原因。验证信号管，通过APU引气，并人工打开PRSOV，确保管路中充满APU的压力空气并进行检查。信号管的更换率比发动机引气系统部件的更换率更低，而每次拆装部件也等同于信号管的拆装。所以，信号管损坏的几率比引气系统中任何一个部件单独失效的几率还要大。

2.2 发动机引气不转换及引气压力低

如文章前面描述，发动机引气由高压级5级或高压级9级所提供，当发动机的N2转速由低速进入高速阶段，引气源亦随之发生变化，同时引气压力亦会发生波动。首先，9级引气压力为36±6PSI，当发动机转速达到引气转换阶段时，引气压力降低至25±5PSI，转换后由5级引气，压力回复至42±8PSI。

某B737CL引气故障案例，右发动机引气压力低，推高功率引气压力没有改变，5级引气和9级引气没有转换。检查高压调节器、引气关断活门、引气调节器正常。通过APU引气检查信号管，发现5级引气与BAR之间的信号管有渗漏现象。更换信号管后，进行试车，引气压力比之前稍有回升，但发动机引气依然不转换，引气压力仍然属于压力低。由于转换的控制是由HSR完成，所以，若HSR故障，就会出现此现象。更换高压调节器（HSR），试车引气正常。故障结果是高压引气调节器失效，高压引气活门不能正常关闭，导致高压空气从高压级引气，低压引气活门下游压力过大，低压引气活门不能打开。引气管路内持续高温高压，触发450F传感器，排放信号管空气，导致PRSOV开度减少。造成低压现象且高压级引气和低压级引气不转换。

3 结束语

气源系统维护在航空器日常工作中占居了很重要的地位，同时在飞机系统中，其运作的状态对飞机其他系统也产生影响。所以在日常的工作中，我们需要更认真细致地对待气源系统的维护，严格按照手册施工，细心完成部件功能检查。同时，结合原理和常见故障分析，更好地了解气源系统的工作原理，认识其重要性，有效提高维修效率。

参考文献

[1] 宋静波 编著. 飞机构造基础. 北京：航空工业出版社，2004

[2] B737-300/400/500 AIRCRAFT MAINTENANCE MANUAL， BOEING COMPANY. 2013

[3] B737-300/400/500 SYSTEM SCHEMATIC MANUAL， BOEING COMPANY. 2013

[4] B737-300/400/500 MAINTENANCE TRAINING MANUAL， BOEING COMPANY.