针对空客机型客舱增压异常的数据监控研究

■ 苟俊哲 赵红华 程伟/东方航空技术有限公司

1 客舱增压系统原理

现代民航客机大多在高空飞行，随着飞行高度的增加气压将逐渐降低，高度超过7000 ～8000m 后人体将因缺氧、低压感到明显不适，为了向乘客提供适宜的大气环境，一般将客舱内的压力调节到约与2500m左右的外界环境大气压力相同，该过程主要通过客舱压力控制系统实现。

整个增压过程中，飞机引气系统的高温高压引气通过空调系统PACK 组件冷却后给客舱供气，客舱压力控制计算机（CPC）控制外流活门给客舱放气，相互配合维持客舱压力和客舱高度平衡稳定。图1 所示为客舱增压系统驾驶舱示意图，其中安全活门为保护开关，电子设备舱通风系统的入口和出口也与增压系统相关，在地面温度较高的情况下保持在全开位，飞机起飞后关闭。

图1 客舱增压系统驾驶舱示意图

从客舱增压系统的工作原理出发，结合航空公司在实际运行中发现的问题，导致客舱压力不稳定的原因除了控制计算机本身故障外，还有部件漏气和气源无法正常增压两方面原因。涉及漏气部分包括电子舱通风系统的蒙皮出口活门、空调系统的波纹管破损、外流活门异常开关等，涉及增压部分包括双空调系统故障、双引气系统故障等。

2 典型故障案例和监控

2.1 电子舱蒙皮出口活门故障案例和监控

案例一：2015 年1 月26 日，B-67XX（A320-214）飞机执行合肥-北京航班，空中出现电子舱通风警告，显示蒙皮出口活门故障，座舱压力无法保持，机组返航合肥，地面更换蒙皮出口活门测试正常，航班延误180min。更换蒙皮出口活门后监控正常。

案例二：2016 年3 月22 日，B-65XX（A320-232）飞机执行赣州-上海航班，起飞后机组反映客舱压力无法保持，远程监控显示电子舱蒙皮出口活门指示XX，飞机返航赣州。地面检查确认蒙皮出口活门卡在开位。按MEL 将蒙皮出口活门锁在关位，打开小门后放行，航班最终因机组超时取消。更换蒙皮出口活门后监控正常。

A320 电子舱通风系统用于冷却电子舱计算机设备，蒙皮出口活门作为电子舱通风系统的一个重要部件，处于整个电子舱通风系统的下游，作用是将电子舱通风系统中产生的热气排出。按照设计逻辑，如果起飞前蒙皮出口活门为打开状态，在开始起飞阶段将逐步关闭，如果未能在规定时间内完成关闭，卡阻在一个比较大的角度，飞机客舱将会出现不平衡的漏气，导致客舱压力无法正常建立。过去三年中，A320 机队电子舱通风系统故障共造成近50 起不正常事件，其中包含10 起返航、备降事件，多为蒙皮出口活门无法正常关闭。根据从2019 年对飞机蒙皮活门故障开展的预测性维修研究，活门在起飞和着陆阶段会根据外界的温度特点进行自动开关，因此，本文通过计算蒙皮出口活门作动时长和进出口活门的同步性，同时去除推力影响和大气温度等外界因素，通过趋势监控实现了活门故障前的预警，在运行实践中已发现多起故障隐患。蒙皮活门监控实例如图2 所示。

图2 A320机型蒙皮出口活门监控实例

2.2 外流活门的案例和监控

案例：2020 年3 月B-24XX（A320-214）飞机陆续反映落地阶段客舱压力有短时波动，外流活门无法全部打开。

外流活门作为客舱增压系统的重要组成和作动部件，根据CPC 指令来调节客舱压力进行放气，在巡航稳定状态下将保持在一个较稳定的角度，在着陆阶段起落架放下时，将逐渐打开至全开位。当外流活门出现卡阻或异常波动时，在起飞和着陆阶段会出现作动时长异常或无法打开到全开位情况。根据统计，外流活门从空中状态到全部打开，时长在60s 以内，如图3 所示。对落地阶段外流活门的作动时长进行跟踪，可以找出外流活门作动存在缺陷的故障隐患。

图3 A320机型外流活门落地阶段打开时长统计

2.3 空调系统波纹管路破损导致客舱释压的案例和监控

图4 所示为两个案例。其一：2019年11 月12 日，B-60XX（A330-343）飞机执行深圳-虹桥航班，空中出现座舱高度咨询信息，且座舱高度有正上升率，机组实施下降，在下降过程中出现座舱超限信息，飞机备降南昌。地面检查发现空调舱内波纹管严重破损，更换波纹管后执行航班监控正常。其二：2019 年12 月18 日，B-24XX（A320-214）执行常州-重庆航班，航前起飞后机组反映客舱高度上升快，机组申请低高度（8000m 降到5000m）并切换CPC 后确认客舱压力可以保持，继续执行后续航班，落地重庆后停场排故，航班换机执行。地面检查发现客舱空调舱内波纹管严重破损，更换波纹管后执行航班监控正常。

图4 空客机型空调系统波纹管破损实例

飞机在正常巡航过程中为了维持客舱压力平衡，客舱压力控制计算机（CPC）根据旅客的数量和其他需求，控制空调系统空气流量的供给并控制外流活门开度。在空中稳定状态下，为了保持客舱压力均衡，外流活门和空调系统流量供给互相配合，属于正相关关系，而当二者相关关系在数据上出现偏离，则说明相应部件可能存在缺陷。在空调正常流量情况下，当外流活门开度变小或空调系统流量自动正常增大时，CPC计算机会控制外流活门到一个较小的角度以避免漏气。这两种情况都间接反映出客舱为了维持自身的压力平衡需要进行调节，而超过一定程度的偏离则能反映出系统部件可能存在漏气。

空客机型涉及漏气的部件一般包括机体自身、外流活门、蒙皮出口活门、空调系统部件等，其中，空调系统波纹管路破损非常隐蔽，且管路破损恶化后易造成严重漏气的客舱释压。结合系统工作原理，利用QAR 大数据分析工具，通过对20 余万航班巡航稳定阶段的数据统计发现，外流活门的开度稳定在6°～14°之间，如图5 所示。对比故障航班和检查出问题的飞机数据发现，当外流活门角度小于4°并持续一定时间时存在漏气的可能。针对该现象制定监控方案，重点检查空调波纹管路，已在实际工作中发现了几起波纹管路破损情况。该监控方案已在机队中推广实施。

图5 A320机型外流活门巡航段开度统计

2.4 空调引气系统的案例和监控

案 例：2017 年4 月7 日，B-64XX（A319-115）飞机执行南昌-西安航班，起飞后双发引气超压关断，机组重置引气电门无效，返航南昌。飞机停场排故，航班换机执行，延误385min。译码显示飞机起飞滑跑阶段N2 达到90%后，双发引气压力同时迅速上升，最高超过120psi（引气压力大于57psi，持续时间超过15s，触发警告，PRV 超压关断）。机组在ECAM 上确认故障并参考QRH重置双发引气电门，左发引气重置后故障依旧，右发引气在重置后正常，但右发推力增大后再次因超压断开，机组选择返航。

作为客舱增压的输入气源，飞机空调和引气系统的故障直接决定了下游增压的正常和稳定性，在客舱释压的故障案例中，当失去气源时，双空调或双引气系统故障将导致客舱无法增压。航空公司针对空调引气系统制定了多种监控方案，根据运行经验，双空调故障案例相对较少。针对空调系统，采取监控空调出口温度以提高客舱环境舒适度，可通过分析监控空调系统的压气机出口温度、空调流量等参数以发现散热器堵塞、ACM 卡阻等故障隐患。另外，空调系统FCV 活门异常摆动也会造成供给空调系统的流量不断变化，从而导致客舱压力异常波动，因此特意加入了对空调PACK 组件流量波动的监控。

针对引气系统，从引气失效的逻辑即超压、超温、低压和低温等方面入手，对引气系统进行监控，趋势监控如图6、图7 所示。根据运行经验，引气系统的失效集中体现在压力部分。有别于引气传统使用的ACMS 实时报文，利用经二次处理后的QAR 数据，从引气压力波动、高压频率以及引气压力最大值等维度制定适合的监控指标，对监控指标进行趋势比较，结果表明具有明显的预测性效果，达到了提前发现故障隐患的目的。

图6 某A320飞机引气系统压力异常故障趋势监控

图7 某A320飞机引气压力波动趋势监控

2.5 监控措施

根据客舱释压故障源的特点，采取了下列监控措施：

1）针对电子舱蒙皮出口活门卡阻现象，在起飞和落地阶段，根据时长和活门同步性特征制定监控方案；

2）针对外流活门开关异常，在起飞和降落阶段，对开关时间和开度进行监控；

3）针对较隐蔽的空调系统波纹管路破损导致漏气情况，由于破损严重时将导致供气量不足，主要对外流活门异常变小和PACK 流量异常增加的情况进行监控；

4）为避免空调引气出现双系统故障，分别对空调引气系统制定监控方案，对引气的压力、温度、空调系统工作性能进行监控；同时，对因空调流量和引气压力波动引起的客舱压力波动进行专门监控。

3 总结

客舱增压系统出现故障将使旅客感觉不适甚至可能对飞行安全造成严重后果，发生故障后机组大多选择快速下降高度或返航备降。东航机队在客舱增压系统故障排除工作中积累了一定运行经验，以运行中出现的实际问题为导向，结合故障特点从不同的角度多管齐下，利用预测性维护方法取得了良好的效果，在工程实践中已发现多起不同原因的故障隐患，客舱增压涉及的故障呈明显下降趋势。