A320飞机起动活门故障分析

A320飞机起动活门故障分析

黄锦川

AMECO西南航线中心 四川省成都市610202

摘要：飞机发动机起动系统是对空气进行增压后高速对涡轮进行驱动，涡轮通过发动机附件齿轮箱内的驱动系统及减速齿轮施加给发动机高压转子系统扭矩。发动机驱动所需的空气主要通过地面高压气源、辅助动力系统或另一台发动机引气气功。通过气动与电动控制的方式，起动机控制活门对起动机进行控制，且具有人工超控能力，如果电气控制失败，通过人工操作实现活门的关闭与开合。当前，空客 A320机型起动活门主要有两个系列，区别在于前者为单作动器控制，后者为双作动器控制。

关键词：A320飞机；起动活门；故障；

前言：起动活门结构起动活门主要由引气作动控制器与活门流动物体段组成，如气动作动控制器包含隔膜、电磁活门、传动轴作动连杆、气压式加热元件、扭力弹簧关闭机构及电动位置指示电门等组成 ；活门流动物体段则主要有蝶形版传动轴、流体腔体、附在活门主体上的密封及轴承组成。

一、A320飞机起动活门工作原理

蝶形阀门是起动活门工作的主要部分，通过气动操作或电动控制，电压信号发出后，蝶形阀门通过电传获取信号，然后对活门的螺线管放电或通电，内部腔室气压通过球形阀门调节，扭力弹簧恢复或压缩，实现阀门开合的转换。

3290064起动活门工作流程

首先，活门打开操作。电磁活门供电后起动活门执行打开命令。供电后，球形阀门会向下运动，引气压力逐渐增大，在能够对扭力弹簧力进行克服的时候，蝶形阀板在作动轴作动下到全开启位置。其次，活门关闭操作。电磁活门切断电源后，螺线管断电，球形阀门收回，引气压力经调节孔及下游前探头传送到容腔对扭力弹簧力无法克服，扭力弹簧回缩，起动活门关闭。如果电气自动控制出现故障，可先将手柄按钮按下，转动手柄，采用人工超控模式将起动活门打开。扭力弹簧力可被人工超控手柄克服，从而使蝶形阀门打开。

3291556起动活门工作流程

与3290064系列起动活门的结构稍有不同，但工作原理基本相同：首先，活门关闭操作。螺线管断电后，在弹簧力作用下，球阀向上移动。球阀上端脱离，可将空气向外部释放，球阀下段将下游压力感应关闭。作动器关闭速率孔及通过气路导管，将腔内的空气排放到外界，打开腔隔着膜片的另一侧腔体内的空气通过排放孔和外界连通。这个时候，作动器腔体内隔膜不会感应到压力，扭矩弹簧与作动筒内部弹簧均处于闭合状态，蝶形阀关闭。其次，活门打开操作。螺线管通电，弹簧收缩，球形阀下移将速率孔关闭通气。球阀下端与下部阀座断开，通过气路与下游压力感应口，引气压力进入作动器打开腔，流入的气体压力被活塞或作动器隔膜感应到。压力持续上升，对扭力弹簧力与内部弹簧力能够克服的时候，作动器作动，蝶形阀打开。

二、A320飞机起动活门监控方式

根据起动活门故障的历史案例QAR数据分析，发现大部分起动活门在彻底失效前，会有一些故障预兆，主要表现形式为延迟打开／关闭，因此，若能准确监控起动活门的打开／关闭时间与整个机队的平均时间的偏离量，就可以提前捕捉到起动活门潜在故障，在起动活门彻底失效前发出预警。分析起动活门控制线路可以发现，起动活门打开／关闭指令信号来自起动电门，但由于各种原因无法直接从制造厂家获得发动机起动电门的寻址地址，QAR数据也就无法直接采集起动电门位置信号，从而导致直接监控起动活门打开／关闭的指令信号和起动活门位置反馈信号的方式无法实现。

三、A320飞机起动活门故障及维修

对于电控气动阀门，气动活门的主要故障形式包含以下几个方面：第一，电控部分故障，包含线路故障、伺服电机故障造成活门失效；第二，气动机械结构故障，导致起动活门打开慢、关闭慢、无法打开或无法关闭等故障发生。从A320起动活门实际使用情况来看，电控失效故障发生情况相对比较少，而气动机械机构故障的发生概率非常高。其中活门关闭慢或无法关闭是主要的故障情况，其次是活门打开慢或无法打开，占据 A320故障总数的2/3左右。针对起动活门出现的故障进行修理时，显示不管是起动活门无法关闭或无法打开的故障，其引发的主要原因是蝶形阀门板上胀环失效造成的，对故障期间进行测试，结果显示 ：首先，在没有压力的情况下，活门无法自动回到关闭位 ；其次，活门打开最小压力测试不合格。卡子在固定条件下，活门密封胀环与基准环可相对运动，且保持在阀板中间凹槽内。在活门关闭或打开情况下，密封胀环与基准环在卡子的作用下可自由的收缩与膨胀。而如果阀门处先磨损以后，密封胀环与基准环间的间隙就会改变，导致两环出现挤压，且无法相互运动，无法自由收缩与膨胀，最终导致活门蝶阀无法正常打开与关闭。

在对故障修理中，还发现阀门作动连杆轴承与内部膜片有损坏的情况。根据活门工作原理，作动器腔室内的气压受到隔膜损伤影响，无法正确的感应压力，造成隔膜两侧压力对比异常，从而引起活门开启异常情况。而轴承径向间隙受阀门作动连杆轴承的磨损影响而发生改变，作动连杆无法自动操作。

起动活门无法自动打开的故障主要发生在冬季，对活门进行检查中看见活门有结冰现象。尤其是在3290064系列活门中，结冰现象比较严重，严重的时候采用人工超控方法也无法将活门打开。在对结冰问题进行分析中，可能引起的原因是阀芯磨损或弹簧预紧力不足引起，导致水汽进入膜盒腔内，但是无法对水汽的来源进行判断。也有怀疑对发动机进行水洗时导致活门进水，但最终分析水洗原因不成立。实验表明，克服结冰影响的最小转矩是100in.lbs，而3290064系列通用的单作动筒转矩仅有59in.lbs。因此，厂家之后推出了双作动筒系列的3291556活门，该活门的作动连杆将前者的中轴设计改为了阀门两端推拉，可获得更大转矩。实际使用证明，后者在冬季使用的确不容易卡阻。经常发生的3290064-20活门人工超控仍无法打开的情况，应为阀门结冰卡阻及活门内部气动结构磨损性能下降所造成的极限现象。来自部件修理厂家反馈的信息表明，部分活门虽然在冬季未曾发生结冰卡阻，但实际少量水分已经在阀门板与流体腔结合处冻结并进入活门密封胀环，对其进行挤压，造成了胀环的变形，在后续的使用中仍可能发生开合异常的情况。

四、建议

对 A320起动活门冬季易因结冰引起活门卡阻问题，在进行维护的时候考虑以下几点 ：第一，将3290064系列活门进行更换为不易出现此类问题的活门，但考虑成本因素，批量更换难度较大，因此在后续航空材料订购中，尽可能选择3291556系列活门。第二，在冬季加大维护力度，APU 起动以后，尽快与引气接通，如果环境和时间允许进行 FADEC 动态测试，可对活门结冰情况进行检测，一旦发现要马上进行处理，防止对正常航班产生影响 ；第三，在秋冬与冬春换季时，孔探起动活门容腔，对腔体内部是否有积水、腐蚀等现象进行检查，如果有，要尽早解决，避免对活门机械结构造成损伤。

结束语：总之，导致A320飞机起动活门故障失败的种类较多，在实际进行故障分析时，还要根据故障显示代码、故障现象维护信息进行故障的区分和判断，从而尽快实现故障的排除。因此，相信本文对故障展开的分析，可以为相关工作的开展提供指导。通过理论指导，应用到实际操作中，通过不同的实际操作测试，观察不同的故障现象， 再透过现象找到故障本源。

参考文献：

[1]张旭，吴勇.波音737NG飞机APU起动失败故障分析[J].航空维修与工程，2022，（02）：62-64.

[2]谢福.航空发动机启动慢故障分析 [J]. 山东工业技术,2022,20:32-33.