E190飞机空调温控系统无故障信息故障模式分析

彭远为

摘要：飞机空调温控系统对飞机运行品质有着重要的影响。本文以E190飞机为研究对象，梳理机队运行数据，基于空调温控系统工作原理分析其故障模式以及排除方法，为同机型或同类型温控系统的日常维护、排故提供参考。

关键词：E190飞机；空调系统；无故障信息；故障统计；故障分析

Keywords： E190 aircraft；air conditioning system；no fault information；fault statistics；failure analysis

0 引言

空调温控系统故障在飞机运行中发生的频率较高，影响飞机的运行品质。空调温控系统故障若有故障信息，按故障代码排故难度不大，但对于没有故障信息的故障，排故时容易做无用功，且容易形成重复性故障。基于某E190机队过去四年的运行数据，其中飞行小时数为426831：09，飞行循环数为315456，统计空调温控系统无故障信息的故障模式并进行研究，以为日常维护、排故时提供参考。

1 空调温控系统简介

E190飞机空调温控系统原理如图1所示。温控系统由ECS制冷组件、旁通活门、管道区域温度传感器、座舱温度传感器、空调控制面板、AMS控制器等组成。ECS制冷组件包含ACM、热交换器、冷凝再加热器、低限旁通活门、再加热活门、温度传感器。来自发动机或APU的引气经过流量控制活门调节后分为两路，一路经过ECS组件进行冷却，另一路通过旁通活门调节热空气的大小，然后两路汇合后与再循环风扇过来的气体混合。对于左组件，约60%的气体直接进入驾驶舱进行温度调节，40%的气体进入H型混合总管；右组件的混合气体先进入H型混合总管，再经过分配管路供向客舱。

ECS制冷组件原理：热空气先经过主热交换器获得初步冷却，经过压气机使温度和压力有所提高，再经过次级热交换器冷却，然后进入再加热器。在再加热器内往往有少量的水分凝结出来，进入冷凝器。空气流过冷凝器，在壁面上凝结成水膜或大水滴，通过水收集器分离绝大部分水分，并从位于冲压进气口的喷嘴处喷出，提高了热交换器的性能。部分没有分离的水分通过再加热器时蒸发，较干燥的空气进入涡轮，在涡轮内气体膨胀，产生动力驱动压气机和风扇转动，由于气体消耗内能对涡轮作动，使气体温度进一步降低。从初级涡轮出来的气体经过冷凝器，将涡轮出口凝结出的少量水分或冰加温融化并蒸发。最后进入次级涡轮进一步冷却，出口温度可达到-20℃。

温度调节原理：AMS控制器比较座舱区域实际温度和设置温度，利用它们的差值计算出目标管道温度，然后调节旁通活门的开度，使管道温度达到目标值。

2 故障模式及分析

统计某E190机队过去四年的运行数据，空调温控系统故障无故障信息失效部件数据如图2所示，下面就故障模式进行分类分析。

2.1 ECS制冷部件故障

热交换器、再加热活门和冷凝器都属于ECS制冷部件，虽然该故障类型出现的概率很小，但若对系统不熟悉，发生故障时需要做大量工作才能彻底解决。这类故障的共同点是客舱制冷慢。接报故障时需要先查看空调温控参数有无异常，判断是否是ECS制冷部件故障，不能盲目检查下游的相关部件。

以海拔高度420ft的南宁机场为例，地面APU提供气源时，正常引气压力 45psi左右，流量50ppm左右。FCV的电流值0～50mA，活门的开度随电流值的增加而减小，电流值50mA活门全关。LLV是一个28VDC驱动的线性作动活门，包含两套内置电门，一套电门是当达到全开和全关位时切断电源，一套是当达到全开和全关位时提供位置信号给AMS控制器，AMS控制器用这些位置反馈信号来自检和故障监控。AMS控制卡接收冷凝器入口温度信号，发送电脉冲信号来调节LLV的开度，为了获得最优的冷凝效率，飛机在25000ft以下时，冷凝器入口温度被控制在接近3℃。ADV是电控气动活门，作用是防止涡轮结冰，当接收15VDC控制信号时，活门全开，断电全关。旁通活门的电流值手册中给出的电流范围是0～50mA，电流值越大开度越大，但实际上10mA时旁通活门就完全关闭。

下面以一例进行说明。机组反馈客舱制冷慢，航后检查空调系统相关管路无漏气，更换旁通活门后故障依旧，检查客舱温度传感器无污染，孔探ACM正常，更换右组件低限旁通活门和再加热活门后测试正常（故障时刻参数见图3）。

从图3可以看出，冷凝器入口温度为17.5℃，远大于标准值3℃，而旁通活门的电流值为10mA，旁通活门已处于全关位，组件出口温度依然高达7.25℃，供向客舱的管路温度为16.25℃，从而造成客舱制冷效果差，但因未达到触发警告条件，这类故障往往不会有警告信息。

影响冷凝器入口温度的因素包括：低限旁通活门、再加热活门、温度传感器、AMS控制器、ACM、热交换器、冷凝器和水分离器。从上游往下游看，流量52ppm正常，主热交换器进出口温差和压气机温升都很大，可排除主热交换器和ACM问题。冷凝器最常见的故障是堵塞，因流量正常，基本可排除。水分离器可从冲压进气口的出水量进行判断。LLV关位电门显示TURE，表示活门已处于全关位，因冷凝器入口温度高，AMS会控制LLV往关的方向作动，活门全关符合逻辑，可排除LLV问题。因组件出口温度和管路温度也很高，可排除冷凝器入口温度传感器指示问题。夏季AHV在地面是关闭的，AHV控制开指示显示FALSE是正常的，但由于AHV没有设计气滤，对空气质量要求较高，气流中的污染物会堆积在活门作动活塞部分，影响活门作动，断电活门在弹簧力的作用下可能无法完全关闭。因此，最有可能是AHV发生故障。由于AHV在地面温度较高时为关闭状态，可以用测温仪测量活门上下游温度，判断活门是否失效。

2.2 座舱温度等相关检查

若符合如下两种情况，则无需进一步排故。

1）夏季起飞前座舱温度高，起飞后正常

飞机用APU引气起动发动机时，左右FCV会关闭，此时座舱温度会有所上升。双发起动好后，机组关闭APU，发动机引气活门打开，发动机处于慢车状态时，引气压力在21psi左右，比APU引气压力低一半，流量也会变低，ECS组件制冷效率随之变低。若外界环境温度高，低功率滑行时间久，这种情况就会突显。对于这类情况，如果使用APU引气或发动机高功率时温度调节正常，则后续无需进一步排故。

2）飞机着陆后，座舱温度无法调节

根据AMS控制逻辑，着陆2min后AMS控制器会切换控制通道，运行一些部件自检，其中包括再加热活门的自检。在已分析的事件中，引气源从发动机过渡到APU时，再加热活门自检逻辑“冻结”组件旁通活门处于当前位置（关或开），从而造成温度无法调节。这种情况可以复位受影响的组件电门，5s后闭合，若故障现象消失，则后续无需进一步排故。

2.3 座舱温度传感器、进气格栅、引射管路污染

这类故障会导致座舱温度传感器提供的反馈信号滞后，座舱温度传感器不能及时感知座舱的实际温度，进而导致AMS控制系统控制旁通活门延迟，调节慢，最终导致客舱温度难以调节。 QAR数据表现为实际温度围绕目标温度较长周期上下波动。若机组反馈客舱或驾驶舱温度忽冷忽热，首先在地面完成温控测试，如果机上指示温度随指令温度变化缓慢，座舱实际温度已达到目标值而指示温度尚未达到目标值，且无相关故障信息，则需优先检查座舱区域温度传感器进气格栅是否堵塞、引射管路是否脱开、座舱温度传感器是否污染，并进行相应的清洁。如故障依旧，检查H型混合总管通向温度传感器引射管路是否脱开，若均正常，建议更换旁通活门进行观察。

2.4 旁通活门故障

旁通活门是电控气动活门，AMS控制器提供0～50mA的电流给旁通活门的扭矩马达，控制活门的开度，从而获得合适的组件出口温度。活门弹簧加载在关位，断电活门关闭。旁通活门的主要故障原因包括力矩马达失效、力矩马达排气格栅堵塞、部件磨损和气滤堵塞。某E190机队旁通活门近12个月的可靠性MTBUR为5068，世界机队为5376，可靠性不高。旁通活门故障多体现为空调不制热或不制冷。

若空调不制热，首先进入温控参数查看旁通活门的电流值，若电流值正常，检查伺服气滤是否脏堵，其次检查伺服管路有无损伤。因气滤需定期清洗，拆装頻繁，若施工不当容易造成伺服管损伤，机队曾发生旁通活门伺服管连接的主管道接头脱焊、组件旁通活门伺服管路本体断裂的情况。如以上检查正常，建议更换旁通活门进行观察。

若机组反馈空调不制冷，当排除上游制冷部件故障后，建议更换旁通活门进行观察。

3 结语

在接报没有故障信息的故障时，要详细了解故障现象，至少包含故障触发阶段、实际温度和调节温度、后续温度是否恢复正常等基本信息。空调温控系统的故障模式与机队的运行环境、维护水平、管控措施密切相关。本文通过梳理某E190机队运行数据，统计分析了空调温控系统无故障信息故障模式以及处理措施，为同机型或同类型系统的日常维护、排故提供参考。

参考文献

[1]李佳宝. E190飞机发动机引气故障模式分析[J]. 航空维修与工程. 2021，361（7）：120-122.

[2] SNL190-21-0035 Air ConditioningIncrease in Cabin/Cockpit Temperature After Landing [Z].

[3] SNL190-21-0028R01 Temperature Control Difficulties [Z].