防冰供气典型故障分析

邓世军,高一凡

摘要:针对热气防冰系统供气故障，深度分析系统工作原理，综合考虑发动机气源系统对故障的影响，采用故障树分析法确定故障原因，并通过多次针对性的试验，得到影响系统功能的关键参数，分析得出最后的故障原因，并最终排除了故障。该典型的故障排除对系统设计和类似问题定位具有借鉴和参考价值。

关键词：供气压力；余压调节器；故障树

0引言

为防止飞机在空中飞行时遇到降雨或者其他极端天气，机翼和发动机进气道结冰，影响飞行安全，因此在机翼和发动机进气道唇口采用一定的防除冰措施。飞机的防除冰措施主要以下三类：一是使用发动机气源系统的高温高压热气流对容易结冰的部位进行加温，该类措施适合于离发动机较近的部位及金属蒙皮部位，例如发动机进气道前缘和机翼前缘。二是使用电加温部件来对容易结冰的部位进行加热，从而使防止飞机部件结冰或者使飞机上的冰层融化。这种方法消耗的电功率较大但适用于各种材质部位。三是使用气囊除冰的方案，通过迎风面结构膨胀和收缩使冰层破裂脱离飞机，方案适用于飞行速度较低的飞机。某型飞机发动机进气道前缘采用热气防冰方式，前缘采用铝合金波纹板通道结构。热气来自于发动机压气机的6级或11级，对进气道前缘和发动机自身进气导流叶片加温，在发动机压气机转速较低时热气引自11级，当压气机转速较高时引气来自6级，引气的转换由装在发动机上的转换活门自动完成。在某次对进气道前缘防冰系统进行检查时，发现在发动机工作状态在0.7额定状态以下时，前缘防冰压力无法达到设计指标。按设计文件要求，前缘防冰压力发动机在任何工作状态应能满足设计指标，故判断防冰系统出现故障。

1工作原理

图1进气道唇口防冰原理图

1.1防冰系统工作原理

进气道防冰系统不工作时，左/右发动机结冰信号器处于监控状态，当飞机进入结冰区域时发动机结冰信号器发出结冰信号，同时信号灯燃亮。

发动机进气道前缘结冰的信号是由发动机结冰信号器发出的，当出现结冰条件时，发动机结冰信号器发出发动机结冰信号（信号灯燃亮），在整个结冰区域里信号灯一直燃亮，飞出结冰区域后，信号灯熄灭。

进气道唇口前缘防冰系统从发动机压气机6级或11级引气，当发动机压气机转速高于一定转速时，从发动机压气机6级引气，转速下降一定时，从发动机压气机11级引气，引气的转换由装在发动机上的转换活门自动完成。引出的空气通过转换活门和防冰活门后，一部分空气供给发动机整流锥和发动机进气导流叶片，其余空气经过波纹补偿器、余压调节器和文氏管进入进气道前缘环形防冰腔，通过防冰腔内部波纹板上的射流孔对进气道前缘进行加热防冰，废气经过前缘下部的椭圆形孔排入大气。

1.2系统组成及作用

进气道唇口前缘系统主要压力传感器、发动机文氏管、余压调节器和波纹补偿器等组成。余压调节器主要将来自发动机压气机的高压气源压力调节至需求压力，是进气道唇口前缘系统重要组成部件。发动机文士管在防冰系统工作时，限制防冰的最大引气流量，保证发动机及飞机的安全。压力传感器安装在进气道防冰引气管路中，用来感受进气道唇口前缘防冰的供气压力。波纹补偿器用来补偿发动机振动及管路热胀冷缩产生的位移和破坏性应力。

2典型故障分析

2.1故障现象

在某次对进气道前缘防冰系统进行检查时，发现在发动机工作状态在0.7额定状态以下时，前缘防冰供气压力低于设计要求指标。按设计文件要求，前缘防冰压力发动机在任何工作状态应能满足设计指标，故判断防冰系统出现故障。

2.2故障原因

对防冰供气压力低于设计要求指标进行故障树分析。

                               图2  故障树

2.3底事件排查

2.3.1 气源压力低

当发动机气源压力过低，到余压调节器入口处压力低于设计压力会导致防冰供气压力低于设计要求指标故障现象。通过在发动机引气出口和余压调节器入口处加装测量压力表，再次试车进行进气道前缘防冰系统进行检查，测量得出两处压力不同，发动机引气出口压力约为余压调节器入口处压力两倍，而发动机引气出口压力符合余压调节器入口压力设计指标，通过分析认为，此原因为未能考虑到发动机本体防冰引气分流，导致余压调节器入口压力过低，最后导致进气道前缘防冰压力低于设计指标值。

2.3.2压力传感器故障

如果温度传感器故障，可能造成供气压力过低的故障模式。在防冰供气压力正常情况下，传感器感受供气压力过低，向飞参发出虚假压力信号值，造成防冰供气压力低于设计要求指标故障现象。将机上温度传感器拆卸送至实验室进行校验，检查传感器阻值在正常范围内，可以排除温度传感器故障可能。

2.3.3余压调节器故障

防冰供气压力在余压调节器入口处符合设计指标的情况下，如果余压调节器故障，供气调压机构故障，出口处压力过低，会出现供气过低故障。更换其他功能正常余压调节器后，重新进行进气道前缘防冰系统检查，发现供气过低故障现象依然存在，故可以排除

余压调节器故障可能。

2.3.4发动机文氏管故障

发动机文氏管在管路中只有限流作用，并不能进行压力调节，故排除发动机文氏管故障可能。

2.3.5 管路故障

如果进气道前缘防冰系统管路存在堵塞或者漏气现象，可能导致防冰供气过低故障。对气道前缘防冰系统管路进行检查，并没有存在上述现象，故排除管路故障可能。

2.3.6 发参故障

   如果发参故障，显示错误防冰供气压力信号，可能出现防冰供气过低故障。更换一台其他功能正常发参处理机后重新进行进气道前缘防冰系统检查，结果显示防冰供气依然过低，说明故障不是由发参处理机导致，发参故障可以排除。

3结论

通过故障树分析，前缘防冰供气压力低于设计要求指标直接原因为余压调节器入口压力低于设计指标，深层次原因为前缘防冰系统未考虑到引气管路分流会导致引气压力下降的现象，导致成品余压调节器入口压力设置过高，当气源压力过低时，未能起到调节压力的作用，导致出现发动机低转速运行时，前缘防冰供气压力低于设计要求指标。

后期通过对余压调节器进行更改，使其在发动机低转速气源压力低时位于全开位置，仅产生流阻损失，使其在发动机全转速阶段皆可满足前缘防冰供气压力需求。本次故障的研究具有一定的通用性，对类似故障的处理有一定的指导意义。