某型飞机辅助动力装置起动故障浅析

■ 邢东旭 薛俊 高科利/中国飞行试验研究院

1 故障现象

某型飞机进行发动机试车，通过辅助动力装置（APU）向发动机提供起动功率。地面起动APU 时起动失败，在故障清单中发现APU 起动故障信息，此前没有进行过涉及APU 的工作。

回顾之前的案例，APU 起动失败的原因多是提供高压冷气的地面装置的供气压力及流量无法满足APU 的起动条件。经检查，确认地面冷气装置的供气压力、流量满足起动要求。再次使用高压冷气起动APU 仍失败，在地面综合操纵板的故障清单中发现“APU 加速失败”和“APU 点火失败”的故障信息。

2 APU 工作原理

2.1 APU 组成及工作原理

APU 的核心部件是一台小型燃气涡轮发动机，通过齿轮箱输出辅助能源，由数字控制器控制起动、稳态、加载、卸载及停车，主要由组合动力装置、齿轮箱组件、涡轮动力组件、燃滑油组件、进排气装置、控制器等组成。

APU 使用地面冷气装置提供的高压冷气起动，涡轮动力装置负责在APU起动时提供初始的转动力矩，在APU初始起动加速过程中，涡轮动力装置上的冷气关断阀打开，地面高压冷气进入涡轮动力装置内，吹动涡轮旋转做功，带动APU 转子转动；当APU 转子转速达到2%的额定转速时，点火器供电并将起动燃油阀打开，APU 点火；达到5%的额定转速时，主燃油阀打开；达到55%额定转速时，冷气关断阀关闭，涡轮动力装置停止工作，APU 继续自动加速；达到70%额定转速时，起动燃油阀关闭；达到93%额定转速后，起动过程结束。整个起动过程在20s 内完成，达到100%额定转速后APU 正常工作。

APU 工作过程中燃油组件为其提供计量燃油，滑油组件为APU 及辅助发电机提供滑油，APU 运行过程中的控制、监视和保护由数字控制器实施。

2.2 APU 停车模式

1）正常停车：当数字控制器收到来自飞机座舱控制面板的APU 停车指令后，按设定停车程序进行停车。数字控制器关闭主燃油阀、主燃油伺服阀，打开起动燃油排泄阀30s。APU 完全停车5min 后，数字控制器关闭进排气门。

2）保护停车：在地面工作时，如果APU 出现控制系统失灵、进排气门故障、超转、超温、滑油压力过低、滑油温度过高、排气温度热电偶无信号和起动时间过长等故障，则根据自动保护程序进行停车。

3）紧急停车：当遇到火警等紧急停车命令时，飞机燃油控制系统紧急关断飞机上的燃油关断阀和燃油泵，同时向数字控制器发出紧急停车命令，数字控制器进入紧急停车程序，关闭所有负载阀，实现无冷却停车。

3 故障原因分析及排除方法

3.1 故障原因分析

分析数据发现，第一次起动时APU的转速未达到70%额定转速就开始下降，第二次起动时转速未达到93%额定转速就开始下降，APU 两次都没有完成起动过程就出现了保护停车。

进一步分析发现，当APU 转速达到2%的额定转速时，点火器供电并打开起动燃油阀，APU 点火，但是此时数据显示APU 燃油压力低。当APU 转速达到5%的额定转速时，主燃油阀打开，APU 燃油压力仍然过低。分析时首先考虑APU 吸油管路吸油异常。拆除APU燃油调节器上的吸油管路，未发现燃油。

造成APU 吸油管路内没有燃油的原因可能有两个。一个是APU 电动供油阀故障，经检查电动供油阀工作正常；另一个是燃油供油管路故障，检查发现APU 燃油调节器的位置高于发动机供油总管，而APU 吸油管路与发动机供油总管的连接点位于供油总管正上方。

飞机长时间停放或进行燃油系统维护工作后，容易在燃油总管中形成气穴，空气聚集在燃油总管正上方，APU 起动时空气进入吸油管路，然后由吸油管路进入燃烧室，导致APU 无法正常点火，故障清单中出现“APU 加速失败”和“APU 点火故障”信息，APU 出现保护停车。

3.2 故障排除

回顾之前的维护工作，飞机曾经抽空机内油箱燃油进行燃油系统的维护工作。虽然在燃油系统维护工作后及时为油箱补充了燃油，但是发动机供油总管内仍然出现了气穴，致使APU 起动 失败。

排除故障的方法是：重置座舱内APU 电门，使系统重新自检，故障清单上不现出现故障后，多次进行APU 假起动，以排出吸油管路内的空气，再进行APU 冷运转，吹除排气口可能存在的燃油，最后起动成功。

4 结论

本次APU 起动失败的原因是在进行燃油系统维护工作时抽空了机内油箱的燃油，造成APU吸油管路内形成气穴，致使APU 起动失败。通过APU 假起动和冷运转，排出吸油管路混入的空气后起动成功，故障排除。

这是该型飞机首次出现此类故障，故障的主要原因是APU 吸油管路与发动机供油总管的连接点设计在供油总管正上方，飞机长时间停放或抽空机内油箱燃油后容易在燃油总管正上方形成气穴，导致APU 起动失败。因此，建议改换连接点位置，从设计层面避免此类故障的产生。

日常维护工作中需要起动APU时，应关注飞机是否为长时间停放，或都是否进行过燃油系统维护工作，以避免此类故障再次出现。