737NG发动机引气系统原理分析及常见故障

张涵　施耀东

【摘  要】737NG飞机引气系统作为飞机的一个重要系统，其主要作用是提供压缩空气到飞机各个用户系统。随着各航司机队规模的增加，引气系统故障也时有发生。本文主要针对引气系统的原理进行分析，在根本上认识到引气系统故障的原因，从而提高排故效率。

【关键词】737NG飞机;引气故障

1、引言

机务维修工作在航空公司的运营中占有举足轻重的地位。机务维修的第一要务是保证安全，安全是航空公司的立身之本。在保证安全的前提下，要尽可能提高效率，保障航班的准点，这样才能建立起良好的品牌口碑。引气系统作为飞机的常见故障，了解其原理能够快速判断故障源，从而更好的保障航班。

2、引气系统原理

737NG发动机引气系统主要包括三个方面，即高压级系统、引气调节系统和预冷器控制系，使用第9级和第5级引气。低转速使用9级引气输出压力为32PSI（±6psi），高转速使用5级引气输出压力为42psi（±8psi）。同时5级引气有单项活门防止9级引气倒流到5级引气口。预冷器控制系统将引气温度調节在390F-440F范围内。450F恒温器通过减小引气量防止引气超温（490F）跳开。

高压级调节器（HSR）将9级引气调节到15～18psi的恒定控制压力，通到高压级活门（HSV）的A腔，此时活门在控制压力和弹簧的作用下，活门B腔的下游反馈压力保持活门输出压力为恒定的32±6psi。高压级调节器还有一个防超压的引气关断活门和防下游引气反流的单向活门，高压调节器和高压级活门内有释压活门，防止调节失效后压力过高损伤部件。

引气调节系统调节5级引气，其中引气调节器（BAR）将5级引气调节到20～28psi恒定的控制压力。当电磁活门通电打开时，控制压力通向压力调节与关断活门（PRSOV）A腔，克服弹簧力打开活门。B腔的下游反馈压力保持PRSOV的开度使其输出恒定的引气压力42±8psi。BAR输出的控制气压有一路通向450F恒温器。如果预冷器控制系统失效，下游温度超过450F，恒温器释放控制气压，A腔压力减小，PRSOV开度变小，流过预冷器的气量减少，引气温度下降，防止引气超温跳开。BAR内由释压活门防止控制压力过高损伤PRSOV。如果引气压力过高，超压电门就会作动，断开电磁阀的气路，释放A腔的压力使PRSOV关闭。

预冷器控制系统是通过热交换来冷却引气，冷空气来自风扇引气。预冷器控制活门（PCCV）从PRSOV上游得到引气，经过基准调压器和伺服基准调压器后得到恒定控制气压，供给作动筒A、B腔和气嘴，活门在A、B腔气压和弹簧力的作用下作动。伺服调压器调节输出气压到6～12psi，供给B腔、预冷器控制温度传感器（390℉）和WTAI电磁活门。当温度到达390℉时传感器开始放气，PCCV增大开度，增加冷气量，从而降低引气温度。WTAI电磁活门使PCCV在地面时全开，防止大翼前缘使用引气防冰时过热。

引气系统还有控制和指示系统，包括发动机灭火电门，引气面板，ACAU等部件。此都可以控制引气系统，如发动机出现火警时或者发动机启动电门打开时，都会导致PRSOV关闭。

通常认为，发动机在低转速时使用9级引气，高转速时使用5级引气。这一点确实没错，但并不全面。影响发动机使用哪一级引气的因素不仅仅是发动机功率（即转速），还包括海拔高度。因为在不同的海拔，外界空气压力不同，发动机输出的引气压力也不同。通常认为低功率N1转速低于50%，高功率N1转速大于60%，5级和9级引气在N1转速50%-60%转换。

由上图分析，从低转速到高转速分析引气压力：

当N1转速低于30%时，属于慢车功率，9级引气压力低于32PSI，高压级活门输出引气压力为9级未调节的压力，引气压力随转速变化。

当N1转速30%-50%时，9级引气压力高于32PSI，高压级系统调节引气压力在恒定值32PSI，由于5级引气压力低于9级引气压力，5级单向活门关闭，PRSOV输出的引气压力即为高压活门输出的压力32PSI。当N1转速为50%-60%时，5级引气32-42PSI，5级单向活门打开。高压级活门下游压力超过32PSI，在B腔反馈压力大于32PSI的作用力下关闭。发动机引气为5级未调节的引气，压力32-42PSI。此时正是5级与9级的转换阶段。

当N1转速大于60%时，5级引气大于42PSI，高压级活门保持关闭，PRSOV调节5级引气到恒定压力42PSI。

以上是引气随油门增加的变化规律，如果油门收，引气变化规律也相似。值得注意的是，在5级转9级过程，引气压力会瞬时降低，最低可达20PSI，这并不是故障。

3、常见故障分析

737NG发动机引气系统常见的故障主要为引气压力低和引气温度高两种现象。当引气压力下降到18psi以下时，将无法满足空调工作的正常需求，此时飞机增压将受到影响。

从气路上分析，引气无非是通过HSV或者PRSOV，引气压力低的原因即为这两个部件关小，而其关小的原因不仅仅是部件本身的故障，也有许多其他因素。

（1）HSV关小的原因有：HSV故障、HSR故障和控制气路渗漏。

HSV故障模式：活门开关不顺畅有卡阻现象，通气后活门无法正常打开。

HSR故障模式：输出控制压力低于下限15PSI，HSV得不到足够的控制气压无法正常打开。而控制气管漏气将使A腔得不到足够的压力，HSV有关的趋势。

（2）PRSOV关小的原因涉及3个系统，引气调节系统、预冷器控制系统和高压级系统。

A、引气调节系统：PRSOV故障、BAR故障、控制气路漏气和450故障。

PRSOV故障模式：和HSV类似，活门开关不顺畅有卡阻，给A腔提供10PSI压力时活门没有完全打开。

BAR故障模式：类似HSR，输出控制压力低于下限20PSI（正常20-28PSI），活门得不到足够气压。

控制气管漏气：A腔得不到足够的压力，PRSOV有关的趋势。

450F恒温器故障模式：过早打开，类似管路漏气。

B、预冷器控制系统：故障模式有PCCV故障，控制气路堵塞和390F传感器故障。

PCCV故障模式：活门开关不顺畅有卡阻，A腔的压力释放到一定值后活门还是打开。

控制气路堵塞：B腔气压放不掉，活门无法正常打开。

390F故障模式：温度达到390F时没打开，类似下游控制气管堵塞。

以上故障均导致冷却空气量不足，最终导致PSROV减小气量。

C、高压级系统：高功率时HSV漏气，引气温度过高，导致PRSOV关小。

现航司737NG机队均已改装ECS引气监控系统，当参数超限时，则飞机的ACMS会下发ACARS报文。报文有绝对高度、N1转速、防冰活门状态（使用引气防冰会使压力损失）、引气压力和引气温度等重要参数，通过分析这些参数，基本可以判断是哪个子系统的部件有问题，可以节约大量时间，不需要对整个系统进行健康测试，大大提高维修效率。

4、结语

民用航空器的航线维修是飞机故障维修的重要组成部分，影响维修效率的因素很多，维修人员的技术能力，对系统理解的透彻程度是非常重要的原因。飞机引气系统涉及的部件众多，排故难道较大。但只要掌握了引气系统的基本原理，结合ECS监控数据等辅助手段，可以对症下药，轻松解决许多疑难杂症。

参考文献：

[1]符双学，刘艺涛，陆轶，倪卫国.飞机维护技术基础.西北工业大学出版社，2018