A320 飞机APU 进气系统及典型故障分析

■ 吕丽/中国南方航空股份有限公司工程技术分公司

0 引言

目前，大部分民航客机安装了飞机辅助动力装置（APU）。APU 的具体作用如下：

1）为飞机在地面廊桥停机服务时提供空调，减少机载设备的使用，特别适用于缺少设备的小型机场；

2）为飞机发动机地面起动提供高压气源，减少对高压气源车的依赖；

3）为飞机在地面时的灯光照明等用电设备提供电源；

4）为飞机在空中遇到紧急情况时提供电源和气源，保障飞机客舱乘客和设备的安全，为飞机的安全着陆争取时间。

因此，APU 的主要作用就是在地面和空中向飞机各系统提供电源和气源[1，2]。

A320 系列飞机可选装3 种型号的APU，分别为APS 3200、GTCP 36-300和131-9（A），这3 种 APU 的构型和工作原理基本相同[2]。本文以APS 3200型APU 为研究对象，重点分析其进气系统工作部件及原理，并对典型故障进行分析与排除。

1 APU 的组成

APU 是一个基于模块化设计的单轴燃气发动机，包含一个由单级离心压气机、环形回流式燃烧室和两级轴流式涡轮组成的动力部分，单级离心负载压气机和一个附件齿轮箱，如图1 所示。为了保证APU 的正常工作，一般还包括APU 的进气系统、控制系统、滑油系统、起动和点火系统、燃油系统、引气系统以及指示系统等重要的、复杂的机电液系统，以确保APU 工作在一个恒定的转速下，为飞机提供稳定的电源和气源。

图1 APS 3200型APU的组成

2 APU 的进气系统分析

2.1 进气系统的功能分析

进气系统是保证APU 提供气源的一个重要系统，如图2 所示，其主要作用为：

图2 APU的进气系统作用示意图

1）提供足够的冷空气，对APU 舱进行冷却；

2）提供冷空气，对APU 滑油散热；

3）提供空气，保证负载压气机为飞机增压；

4）提供空气，使动力部分的燃烧室燃烧，产生能量；

5）提供增压空气，对APU 前后轴承腔增压；

6）减少压力损失和流动变形损失，减少进气噪声和外来物的吸入。

2.2 进气系统部件组成

APU 进气系统主要由固定分流器、空气进口和空气管道组成，同时有温度和压力传感器感受气体状态参数。其中，空气进口包括空气进口结构件、进气口、进口前端、进口壳体、进口门作动筒；空气管道包括扩散器、空气导管、空气导管支架、弯管、导向叶片等部件，如图3 所示。

图3 APU进气系统部件组成

2.2.1 固定分流器

固定分流器安装在尾部整流锥（尾锥）的正前方，在后面机身的底部。它有两种用途：

1）提高APU 在飞行期间运转时冲压空气的恢复能力。此装置距离进口大约50mm 处，能阻止空气动力附面层的最低能量部分进入空气进口。

2）分离出在飞行期间可能向机身后移动的液体（如滑油、液压或防冰液体、燃油或水），防止其进入空气进口。

2.2.2 空气进口

空气进口组件安装在APU 隔舱的尾部整流锥正前方的底部切块内，由4个螺栓固定。空气管道接触面安装在APU 隔舱前方的防火隔板上。进口气流区域前部有最高可达150mm（6in）的接合面，以便APU 隔舱上的不锈钢面板覆盖充当APU 隔舱耐火区域的延伸。耐火的密封垫用于接合空气进口组件和APU 舱防火墙。

空气进口组件包括以下主要部件。

1）空气进口结构件：为U 形部件，形成两个侧壁和上壁的后面部分，由玻璃纤维织物和铝核心夹层构造而成。上方壁板用金属毡做消声处理。伸出到气流内的钢轨沿着侧壁合并，以防止流动的液体沿着尾部整流锥的外表面进入空气进口。

2）空气进口风门：为玻璃纤维织物和高熔点夹层构造设计，没有吸音处理功能。风门铰链接在空气进口壳体的前部，并由电驱动的作动筒驱动，APU不工作时负责关闭空气进口，APU 工作时形成上壁的前部。

3）空气进口前端：形成空气通风口的下部壁板，且永久安装在空气进口壳体中。由一个不锈钢的外壳和铝核心夹层组成，并在进口气流的唇边区域后安装金属毡以进行消声处理。

4）空气进口壳体：具有传统的铝结构，连接到空气进口壳体上，具备两种功能，为进口襟翼作动筒提供一个连接件，以及作为维护APU 隔舱内前部、尾部整流锥的工作平台。

5）空气进口作动筒：为电动线性作动筒，受控于电子控制器（ECB），用于驱动空气进口风门的打开与关闭。主要部件是带刹车控制器的28V 直流马达、安装在每个端头位置的限位电门和风门位置电门、热过载保护装置。

2.2.3 空气管道

空气管道是进气口系统的核心部分，用于连接APU 增压室，完全位于APU 隔舱内，并安装在口盖316AR 上。打开APU 舱门时，空气管道可从其正常位置上脱离，便于接近APU 进行维护。空气管道将气流输送到APU 内部，减少空气动力噪声，同时在APU 隔舱起火时可保持其外形，由扩散器和弯管两个主要部件组成，并用紧固件固定在支架上。

1）扩散器

扩散器的作用是通过膨胀增加气体压力，降低空速并减少气流紊乱，具有共鸣器类型消声器的功能。紧固件连接的壁板是一个双层夹层设计的不锈钢表面片和铝核心。扩散器内表面用金属毡进行消声处理。耐火的柔性封严使空气在接合处的损失最小并提供柔性接触面。

2）弯管

弯管的作用是改变气流方向，引导气流更好地进入APU通风容腔中。其中，2 个导流叶片引导气流方向，从而减少空气流动损失，并起到消声器的作用。侧壁的设计和安装与扩散器相同。尾部有柔性的接触面，用于弯管与APU 接口的柔性耐火封严，并使空气损失最小。

3 APU 进气系统典型故障分析

根据航线人员的反馈，APU 进气系统的常见故障有“进气风门打不开”或“温度或压力传感器故障”，严重时导致APU 停止工作，影响航班的安全性与正点率。

3.1 “进气风门打不开”故障

进气风门能否正常打开决定APU能否正常工作。进气风门位于APU前端，其作用是确保外界空气进入APU，如果进气口打不开，APU 将无法正常工作。进气口打不开的主要原因如下：

1）进气口作动器本身故障，导致作动器无法驱动进气风门打开，无空气进入；

2）控制作动器工作的电子控制盒（ECB）发生故障，无法正常控制作动器工作；

3）ECB 与作动器之间的线路断开，导致信号传递不正常，无法控制作动器。

如果测试到故障信息，应对进气作动装置或电子控制盒进行检查。若APU停止工作，则说明进气作动装置打不开，一般应更换作动器；如果故障仍存在，则对ECB 与作动器上电插头之间的电线进行检查；如果故障仍存在，则需要更换ECB。排故流程如图4 所示。

图4 “进气风门打不开”故障排除流程图

3.2 进气口压力或温度传感器故障

进气口的压力或温度（T/P）传感器用于探测进入进气口的气体温度或压力，并将信号送至ECB 中，用于控制负载压气机及动力部分的工作。如果传感器发生故障，则会导致气体信息不全，控制失误，工作效果不理想。此传感器故障的常见原因包括：

1）传感器本身故障，导致温度或压力测量不准确；

2）控制作动器工作的ECB 发生故障，导致无法正常处理传感器的信息；

3）ECB 与传感器之间的线路断开，导致信号传递不正常，无法准确得到温度或压力信号。

如果在飞机上测试到故障信息，并出现特定的故障代码，则说明是传感器故障，一般先对传感器进行更换；如果更换传感器后故障仍存在，则对ECB与作动器电插头之间的电线进行检查与修复；如果故障仍存在，则需要更换ECB。排故流程如图5 所示。

图5 进气口压力或温度传感器故障排除流程图

4 结论

APU 进气系统是向APU 及其附件提供空气的装置，是保证APU 正常工作的必要系统。进气系统主要包括分离器、空气进口和空气管道三部分，保证提供足够、流动损失小的空气。“进气风门打不开”和“温度或压力传感器故障”是APU 常见故障，故障的排除思路主要遵循部件本体故障排除—部件与电子控制器线路故障排除—电子控制器故障排除的思路。