波音737-800飞机座舱高度速率指示摆动故障分析

■ 杨春明/昆明航空有限公司

一架波音737-800飞机机组反映飞机在11000m巡航时，座舱高度升降率表指针持续在-300～+300ft/min之间来回摆动，除此之外无其他异常指示。

1 排故过程

大多数排故人员在接到该故障报告后都会想到座舱增压与引气系统故障的可能性比较大。由于故障隔离手册上没有给出适合的隔离程序，并且DFDAU对空调与增压控制系统采集的参数又比较少，给该故障的隔离带来了一定的难度。该故障从首次报告到彻底排除经历了一个多月，排故初期先后完成过以下工作：

1)1号和2号座舱增压控制器（CPC)自检，无当前故障和故障历史信息。

2)地面进行座舱压力渗漏测试，座舱压力从4.0psi下降到2.5psi历时195s，明显优于维护手册中110s的标准。

3)与其他飞机对换座舱升降速率表。

4)与其他飞机分别对换CPC1和CPC2。

5)与其他飞机对换后溢流活门（OFV)。

6)与其他飞机分别对换左右空调附件组件。

7)与其他飞机分别对换左右引气调节器和调压关断活门（PRSOV)。

8)更换左右空调流量控制和关断活门（FCSOV)。

完成上述的每一项工作之后，故障依旧，而其他串件的飞机并未反映故障。

座舱升降速率表是一个纯机械式的仪表，完全靠内部的膜盒来测量升降速率的变化。为了核实是否是真实的升降速率摆动，排故人员跟机观察故障时，随身携带了一个座舱升降速率表备件，在各个飞行阶段分别在驾驶舱、前客舱和后客舱进行升降速率的测量。发现无论在哪个位置上，随身携带的升降速率表指示的摆动幅度都与驾驶舱的指示一致。并且巡航阶段，引气管道压力指示稳定在40psi，后溢流活门位置指示稳定在关闭位附近，座舱高度5500ft，座舱压差7.5psi。

在与机组进行了充分沟通后，机组同意配合通过调节三个区域温度选择电门的位置来进行故障情况的观察。结果发现当三个区域的温度选择电门都调节到全冷位置后，升降速率表摆动立即停止，但是维持几十秒之后又开始摆动。于是，恢复三个区域温度选择电门到自动位，再次尝试将配平空气活门电门设置到OFF位进行观察，结果和之前的尝试完全一样，由此确定该故障与温度控制系统有关。飞机落地后，分别在1号和2号组件区域温度控制器（PZTC)上进行自检，都没有故障指示。接着对空调系统进行测试，将三个区域温度选择电门设置在全冷位时，发现右空调组件的温度控制活门（TCV)上的位置指示不稳定，有时卡在关闭位前面的某一位置，有时在关闭位附近来回摆动，且摆动速率与座舱高度升降速率表的摆动速率非常接近。而左空调组件的TCV和其他三个区域配平空气调节活门（ZTAMV)的位置指示都非常稳定地保持在关闭位。最终，更换了右TCV（件号398908-3)后故障彻底排除。

2 故障原理分析

737-800型飞机的座舱温度分三个区域进行控制，分别是驾驶舱、前客舱和后客舱，系统原理图如图1所示，温度控制面板、座舱高度及压差指示器、升降速率表如图2所示。来源于发动机和APU的高温高压引气在经过FCSOV后分为两路：一路是热路，直接通过配平空气关断活门（TRIM AIR PRSOV)调压后供到三个ZTAMV的上游，此位置上的供气压力比座舱的压力高4psi，以保证稳定的供气流量；另一路通过初级热交换器、压气机、次级热交换器、高压水分离器和涡轮进行制冷，左右空调组件的制冷空气在混合总管内混合后，分别通过三个座舱区域的分配管道供往驾驶舱、前客舱和后客舱。三个区域的温度选择电门分别通过PZTC控制着热路上的三个ZTAMV的开度，从而控制三个座舱区域的冷热路空气的混合比例。另外，PZTC接收组件和管道温度传感器、三个座舱区域的温度传感器、三个区域温度选择电门的输入信号，通过控制与空调组件并联的TCV的开度来控制空调组件的输出温度。当TCV失效在全关位时，高压水分离器内的冷凝水结冰，使其入口和出口压差增大，从而通过伺服机构打开备用TCV以提高涡轮下游的温度。另外，备用TCV在备用温度控制模式下还受到PZTC的控制。由上面的分析可知，调节座舱的温度有两种方式，一种是通过ZTAMV调节冷热路的混合比例，另一种是通过TCV调节空调组件的输出温度。

图1 737-800型飞机座舱温度控制系统原理图

图2 温度控制面板、座舱高度及压差指示器、升降速率表图

拆下的TCV活门封严及送修更换件如图3所示。部件送修检测时发现TCV内部的轴承存在磨损、不同位置处摩擦力大小不同（用手指转动轴承内外圈也可以感受到)、位置电门电阻值超标等情况。从图4和图5可以看到，TCV活门的门板封严已经严重损坏。当TCV处于关闭位置时，高温高压引气可以直接从门板与活门体的缝隙流到TCV的下游，从而影响组件的输出温度。在大多数的制冷情况下，右空调组件的出口温度因为TCV门板的漏气而高于PZTC的目标温度，因此PZTC不断地调节TCV的开度，试图将TCV向关闭方向作动。另外，由于轴承在不同的角度上存在的摩擦阻力不同，容易导致作动器马达因为克服不均匀的摩擦阻力而产生超调现象。所以TCV的位置始终无法稳定，在开位和关位两个位置间来回运动。而空调系统给座舱提供的供气流量在正常情况下是恒定的，并且增压系统通过控制流出机外的空气流量来实现座舱的增压控制，巡航时为了维持稳定的座舱高度、座舱压差和座舱高度升降速率，座舱压力控制器会指令后溢流活门的开度维持在关闭位附近的一个角度上，保持流入座舱的流量与流出座舱的流量相等。PZTC反复调节TCV的位置，实际上就造成了供往座舱的空气流量反复发生变化，而后溢流活门的开度不变。因此，座舱升降速率表也就来回摆动，并且速率表的摆动与TCV活门的摆动节奏非常接近（高温高压引气流量变化对座舱高度速率变化的影响比冷路低温低压空气流量变化造成的影响更大)。

图3 TCV超控在关闭位做透光检查

图4 TCV超控在全开位时门板封严损坏

图5 TCV送修厂家更换的轴承、位置电门和门板封严

巡航时，将三个区域温度调节电门选择全冷位，PZTC同时指令两个TCV和三个ZTAMV向关闭方向作动，总体上来看供往座舱的高温高压热空气流量在下降，右TCV在关闭位附近来回摆动造成的影响被其他几个活门关小造成的影响所抵消，因此，在过渡过程中，座舱升降速率表能维持短暂的稳定。配平空气电门设置OFF位时，在效果上与三个区域温度选择全冷位是相同的，只不过这会引起PZTC从正常的平衡工作模式转为不平衡平均工作模式。无论在哪种模式，温度控制都是通过调节TCV和ZTAMV的开度来进行的。

由于左右空调组件的两个TCV和温度控制系统内的三个ZATMV件号是互换的，因此其中任何一个失效都会造成同样的故障现象。如果是ZTAMV故障，将配平空气电门设置OFF位时，升降速率表的摆动是可以停止并保持稳定的。另一架737-800飞机曾反映过同样的故障现象，在更换了驾驶舱区域的ZTAMV后故障得以排除，故障件号为398908 -5。

通常TCV和ZTAMV的故障是由PZTC进行检测的，当PZTC检测发现TCV和ZTAMV故障时，驾驶舱的组件区域温度灯会点亮，并且在PZTC上做自检时也会有相应的故障信息提示。但这两次的TCV和ZTAMV故障模式PZTC并没有检测到。

在之前的基础执照和机型中学习到的知识体系里，座舱高度升降速率与后溢流活门以及机外排气活门的作动方向和作动速率相关。在正常情况下，空调系统供往座舱的流量是恒定的，主要受FCSOV的调节，后溢流活门以及机外排气活门控制着流出座舱的流量，从而影响座舱高度升降速率。实际上，后溢流活门以及机外排气活门的位置稳定，而供往客舱的空气流量发生变化时，如发动机功率发生变化或TCV、ZTAMV处于调节过程的情况下，座舱高度升降速率表也会随着变动，而CPC并不认为小幅度的升降速率波动是故障，所以不会记录故障信息。本例中的TCV和ZTAMV故障模式是一种极不常见的故障模式，并且座舱温度控制器的自检结果也不是完全可靠，原因是PZTC无法检测轴承的摩擦力不均匀。

3 总结

引气控制、空调制冷、温度调节、增压控制等分系统间有着千丝万缕的联系，不同的部件发生故障可能导致相似的故障指示，排故过程中非常容易选错方向，甚至让排故人员感到无从下手。在这类故障的排故过程中，既要充分掌握AMM的系统原理描述部分的内容，理清线路图册的控制关系和逻辑，还要细心观察，加强与机组人员、厂家技术支援人员的沟通协调，充分整合并利用各种资源才能有效地提高故障隔离的准确度。

[1]Boeing. Boeing 737-600/700/800/900 Aircraft Maintenance Manual（D633A101-KNM)[Z].

[2]Boeing. Boeing 737-800 Air Conditioning（21-00)Synopic（737-6789_0001_0055_V16)[Z].