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典型机型空调系统常见故障及维护工作
毕业设计（论文）
题目：
典型机型空调系统常见
故障及维护工作
姓名
专业
班级
指导教师
南京航空航天大学
2017年4月
典型机型空调系统常见故障及维护工作
XX
摘要：
空调系统作为飞机系统的重要组成部分，具有十分广阔的功能以及研究意义。
但是，空调系统多发性、复杂性、重复性的结构功能特点，使其年故障率占飞机系
统的三分之一。
本文将飞机空调系统作为研究对象，在对其充分了解的基础上，利用几种常见的工程分析方法，对空调系统中的常见故障进行分析，并对不同分析方法的结果进行对比。
关键词：
空调系统常见故障维修工程工程分析
Typicaltypesofairconditioningsystemcommonfaultandmaintenancework
XXXXX
Abstract:
Airconditioningsystemasanimportantpartoftheaircraftsystem,hasaverybroadfunctionandresearchsignificance.However,theairconditioningsystemmultiple,complex,repetitivestructuralfeatures,sothattheannualfailurerateofaircraftOnethirdofthesystem.Inthispaper,theaircraftairconditioningsystemasaresearchobject,onthebasisofitsfullunderstanding,theuseofseveralcommonengineeringanalysismethods,airconditioningsystemsinthecommonfaultanalysis,andtheresultsofdifferentanalyticalmethodstocompare.
Keywords:
AirConditioningSystemCommonmalfunctionsMaintenanceworksEngineeringanalysis
目录
目录IV
引言-1-
第1章飞机空调系统-2-
1.1B737NG飞机空调系统-2-
1.1.1空调的分配系统-2-
1.1.2空调的冷却系统-3-
1.1.2空调的加热系统-4-
1.1.3设备冷却系统-4-
1.1.4温度控制系统-4-
1.1.5温度控制系统-4-
1.2不同机型的空调系统-4-
1.2.1冷却系统-4-
1.2.2引气系统-5-
1.2.3温度控制系统-5-
1.3对比与分析-5-
第2章空调系统常见故障-7-
2.1空调系统常见的系统故障-7-
2.2B737机型常见的故障分析-7-
2.2.1故障现象1-7-
2.2.2故障现象2-8-
2.3结论-9-
第3章本文总结与展望-10-
致谢-11-
参考文献-12-
引言
空调系统属于环境控制系统的重要组成部分。
环境控制系统的定义是：
飞机在飞行过程中，能够将座舱内的空气参数，包括：
压力、温度、湿度、气流速度等保持在理想的范围内。
为了达到环境控制系统的要求，要求飞机空调系统一般都要具有以下功能：
能够不断循环飞机座舱内的空气；能够冷却高温引气，调节进入主分配管道的空气温度以及空气流量，进而可以控制座舱温度；能够对货舱区域、舱门区域以及应急出口区域进行加温保护；能够维持座舱压力；能够对电子设备进行冷却，带走仪器热量；能够对座舱温度以及管道内温度进行实时监控等。
本文的研究对象是飞机空调系统，首先对不同机型飞机空调系统的进行了解、对比，从而了解飞机空调系统的组成、结构、分布以及功能。
其次，为了能够对飞机空调系统进行故障分析，引入介绍一些比较常用、可靠地故障分析方法。
再者，结合实际案例，采用一种或多种故障分析方法对其进行故障分析，得出导致案例发生的原因，并对不同分析方法的结果进行对比。
第1章飞机空调系统
从民航业发展开始，直至1936年，空调系统才开始被装载在飞机上，从而将人们从极端的飞行条件中解放出来。
从那时起，人们就在一直努力完善空调系统，不断通过技术创新和系统优化，来提高空调系统的性能和工作效率。
尽管飞机空调系统，可能随着技术的发展，在一些子系统或者核心技术上发生突破，但是它们整体具备的功能应该是大同小异的。
1.1B737NG飞机空调系统
发展早期，由于飞行高度低，飞机座舱都是开放式的。
但随着技术的进步，飞机的性能以及结构都在不断加强，飞行高度也在不断增加，因此为了面对高空中的低温、低压及缺氧环境，气密座舱取代了开放式座舱。
在1938年，B307客机第一次使用了空调增压系统，成为第一种投入使用的加压客舱的客运飞机。
此外，关于解决座舱温度的问题，最初采用了座舱增压器来作为加温装置，来提供座舱热空气。
随着飞机系统的不断完善，飞机上的热载荷也在不断增加，使得冷却系统的重要性与日俱增。
因此在1948年，氟利昂制冷系统首次在波音377上得到应用，这使波音377成为了第一架具备完整环境控制系统的飞机，也成为了当时最奢华的民用客机。
最开始的空气制冷只有升压式的制冷方式，而且用途并不广泛。
直至20世纪中旬，以美国为首的欧洲国家，前后研制出了具有简单式和升压式两种特点的三轮升压式低压除水的空气制冷系统。
发展到80年代，出现了三轮升压式高压除水的冷却系统。
随着B777的出现，将涡轮数量增加到两个，用二级膨胀取代了一级膨胀，并采用了四轮升压式的制冷技术。
B737NG飞机空调系统，囊括了分配系统、设备冷却系统、加温系统、冷却系统、温度控制系统以及增压六大子系统，因此具有非常广阔的功能以及研究意义。
1.1.1空调的分配系统
飞机分配系统可以分成以下子系统：
主空气分配系统、驾驶舱调节空气分配系统、舱调节空气分配系统、再循环系统以及通风系统。
图1-1B737-NG空调系统结构示意图
图1-2B737-NG分配系统安装示意图
1.1.2空调的冷却系统
空调冷却系统的作用包括：
控制进入空调组件的空气流量；降低进入空调组件的空气温度以及控制组件的输出温度。
冷却系统主要使用以下的部件或系统来冷却引气，其中包括：
空调/引气控制面板；流量控制和关断活门；主热交换器；空气循环机；次级热交换器；冲压空气系统；低温限制系统（35℉），水分离器。
控制面板用来对冷却系统进行控制和发出指令，热交换器，是用来实现高温引气与冲压空气交叉流动，从而进行热交换。
两股相互隔离的气流流过薄壁通道，从而实现两股气流热量的交换过程。
可以通过增加气流流动的热交换表面积，从而提高热交换效率。
1.1.2空调的加热系统
加温系统是基于飞机飞行安全、保护乘客、提高乘客舒适度而采取的一种保护措施系统。
空调加温系统包括：
前货舱加温系统、后货舱加温系统以及补充加温系统。
其中，补充加温系统主要是针对前后舱门以及应急出口附近的温度控制。
1.1.3设备冷却系统
设备冷却系统，顾名思义，其主要就是为了带走驾驶舱和电子设备舱内的热量。
通过风扇的运转，来实现客舱空气的流动，从而实现带走仪器热量的目的。
供气系统利用供气风扇来推入空气，并且通过管道将气流输送到电子仪器附近的护板；排气系统则利用排气风扇来抽出空气，并且通过一个低流量探测器，来监测管道内部的气流情况，包括气流的温度以及流量。
1.1.4温度控制系统
温度控制系统是用来对客舱、驾驶舱以及管道内部的温度进行监控，主要包括了：
温度控制器、客舱温度控制系统、水分离器系统、管道温度控制系统、压气机出口过热电门以及涡轮出口过热电门。
客舱温度控制系统主要针对对客舱温度的控制，它的基本工作流程是：
利用温度传感器风扇来引入客舱空气，气流分别经过格栅和空气滤，随后到达温度传感器。
最后，空气温度数据被传给客舱温度控制器CTC。
1.1.5温度控制系统
当飞机飞行达到一定的高度的时候，氧气密度无法满足旅客的生理需求水平，致使旅客出现头晕、恶心的现象。
因此需要增压系统，来让座舱压力保持在让人舒适的范围。
1.2不同机型的空调系统
1.2.1冷却系统
冷却系统的重要性不言而喻，其制冷方式主要包括：
蒸发循环制冷和空气循环制冷。
由于后者的优越性，几乎所有的民航飞机都采取的空气循环制冷的方式。
空气循环制冷有四种主要的模式：
（1）简单式低压除水系统，采用的涡轮及风扇的工作模式；
（2）两轮升压式低压除水或高压除水系统，采用了涡轮、压气机的工作模式；
（3）三轮升压式低压除水或高压除水系统，采用了涡轮、压气机以及风扇的工作模式；（4）四轮升压式高压除水，也就是冷凝循环制冷系统。
采用涡轮、压气机、涡轮、风扇的工作模式。
1.2.2引气系统
引气系统虽然不属于飞机空调系统，但确是环境控制系统的重要组成部分，与空调系统息息相关。
目前，民航客机大都采用的是发动机引气的方式。
然而B787飞机在设计的时候，取消了发动机引起系统，而采用电驱动的空气压缩机对冲压空气增压来产生气源。
由于采用独立的电动空气压缩机，整个空调系统不需要发动机引气，从而使发动机的效率大大提高。
1.2.3温度控制系统
温度控制系统的核心是温度调节控制器，分别经历了磁性放大控制、模拟控制、数字控制以及集成容错数字控制。
目前，诸如A320、MD-95等飞机采用的是数字式控制，而B737-700采用的是模拟式控制。
1.3对比与分析
随着技术的进步，飞机空调系统也在不断完善自己的功能。
通过对比不同机型的不同点，发现空调系统的一个基本的发展趋势：
通过技术的提高，来提高各个系统的工作效率；通过技术的创新，来保证信号传输的可靠性。
在这里，结合B737-700、B777以及A320，对这三种型号的飞机进行对比，罗列出它们在空调系统上的差异，并且通过对比分析，加深自己对空调系统的了解以及对空调发展前景的认识。
表1-1系统差异表
机型
B737-700
A320
B777
冷却系统
三轮升压式、低压除水
三轮升压式、高压除水
四轮升压式、高压除水
引气系统
电子气动式控制
电子气动式控制
数字电子控制
温度控制系统
模拟式控制系统
数字控制系统
集成电子控制
座舱压力调节系统
数字电子式控制
电子气动式控制
集中控制式
尽管，不同机型之间，存在着技术上的差别，但是不同机型飞机的空调系统都是为了共同的目的。
这一方面代表着飞机空调系统在不断的进行变革，以满足人们日益增长的需求；另一方面也诠释了空调系统的重要性，只有不断改进各个系统，才能在竞争中保持优势。
第2章空调系统常见故障
2.1空调系统常见的系统故障
故障一：
关于进气量不足的问题。
例如驾驶员在驾驶舱中感觉脚部出气不足，那么它涉及到了驾驶舱调节空气分配系统。
那么，除了人为操纵错误外，此故障还可能涉及到的关键词包括：
出气口阀门、输气管道、电缆等。
因此，我们在排故的时候，可以着重对这些部件的检查。
故障二：
关于在客舱内出现烟雾的问题。
当然，飞机出现烟雾现象的原因有很多：
可能由于线路老化短路导致；可能由于再循环风扇过热导致；可能由于管道内部的污染物导致；或者由于液压油或燃油的泄漏，导致这些污染物因为高温气化，从而进入了空气分配系统所致。
因此，该故障可能涉及的关键词有：
分配管道、线路、再循环风扇、液压油和燃油等。
故障三：
关于空调系统冷却效果差。
这是一个比较复杂的问题，因为它可能涉及到的元件比较多，同时元件的运转状况以及相互之间的共同作用，都会对冷却效果带来影响。
故障四：
关于舱门或应急出口处过冷的问题。
这类问题涉及到了飞机加温系统，排除人为因素，该类故障涉及到的关键词有：
电热元件、温度控制器、电子电路、外接电源等。
故障五：
关于电子设备过热的问题。
那么就隶属于设备冷却系统的研究范畴，可能涉及到的关键词有：
排气风扇、供气风扇、低流量探测器、管道状况等。
故障六：
关于在座舱内听到不寻常噪声的情况。
这种故障产生的原因是源于管道内部发生堵塞、泄漏或是结冰的情况。
若是结冰，那么就涉及到了管道温度控制系统的相关元件，因此就包括：
管道感温元件、电缆、插头等。
以上列举了部分关于空调系统的故障，对故障的正确认识以及准确把握是基于对空调系统的了解程度上的。
2.2B737机型常见的故障分析
2.2.1故障现象1
云南航空公司波音B737一300型B2518号机,机组反映客舱温度高,无法调低,但驾驶舱温度可以调低至巧℃,此时空调组件未跳开。
用隔离法进行分析，右空调散热能力下降,引起空调散热效果下降,所涉及的方面有:
初级和次级（l级和2级）散热器脏,造成散热效果下降;混合活门故障,如卡阻无法调节,造成冷热空气的混合比例失调;涡轮冷却器故障不工作,无法带动压气机进行空气的热功转换;冲压门和排气叶栅卡阻故障,引起冲压空气流量低或排气量小,造成散热媒介冷空气量小,无法达到热交换的目的。
在地面对以上部件进行测试发现:
初级和次级散热器较干净,滤网正常,混合活门在驾驶舱进行人工冷热转换测试时,冷热活门工作同步正常,涡轮冷却器滑油量正常,壳体温度正常.冲压门及排气叶栅开关正常,各机械连杆正常（可以通过拔出空/地电门进行开度调节测试）.
通过上述测试及分析得出结论,可以通过对机舱温度调节器和35oF控制器进行地面人工测试来判断故障件,并拟定排故方案:
1）对机舱温度控制器进行测试位置:
在电子设备舱（E压舱）E卜1架上;测试方法:
根据控制器上厂家“试验说明”进行。
2）对3o5F水分离器控制进行测试位置:
在右空调舱内;测试方法:
根据控制器上厂家“试验说明”进行。
3）拟定排故方案通过测试发现为3o5F控制活门故障,更换35oF控制活门,地面测试客舱温度调至16℃,故障排除。
2.2.2故障现象2
云南航空公司B2983号机,机组反映重庆回昆明航段,左“冲压门全开”灯常亮。
冲压门驱动机构受到以下4个因素控制:
空/地感觉继电器;襟翼位置电门;涡轮冷却器压气机出口温度230oF传感器;涡轮风扇控制活门位置。
在地面时,冲压门驱动机构受空/地继电器超控（不论襟翼是收上或放下）,涡轮风扇活门打开足够的冷却空气。
在空中,空地电门继电器转换分为3种模式:
l）飞机起飞爬升时襟翼位置在放下位,涡轮风扇控制活门位置在打开位,冲压门驱动机构移至52,“冲压门全开”灯仍然亮。
2）飞机进入巡航状态时襟翼位置在收上,涡轮风扇控制活门关闭,经活门的位置电门提供电源给冲压门控制器形成闭合环路,这时,冲压门移向53（关位）和54（全关位）,这时,冲压控制器受空调散热情况控制,如果散热差,把冲压门位置从54移向53。
它的调节在53,54之间运动,“冲压门全开”灯也不会亮,如果需要加强散热,驱动装置把冲压门移向53到S:
之间,这时,冲压门会开灯亮。
3）飞机下降进场时襟翼位置在放下位,涡轮风扇控制活门打开,涡轮风扇工作,冲压门位置移向53,接地后移到51,冲压门全开灯亮。
通过上述分析:
可以采用隔离法进行排除。
首先飞机在整个航程只出现“左冲压门全开”灯亮,而未出现其他系统故障,证明空/地感受继电器工作正常,襟翼位置电门工作正常。
拔出涡轮冷却器230下温度传感器,故障依然存在,证明不是散热不好造成温度达230下,驱动冲压门全开,传感器230下及主、次散热器工作正常。
地面检查,冲压门折流板、钢索和排气窗及驱动装置各连接件正常,马达工作正常无异响。
综合上述分析,造成故障的原因只剩下空调继电器组件和涡轮风扇及控制活门故障。
根据以上分析能造成低流量和座舱压力变化率过大的原因有:
增压系统故障,使得增压系统自动失效;机舱失密、漏气.无法保持正常的座舱压力;空调系统故障,通过组件活门的气量减小;引气系统故障,供气量小,使得流量减少。
2.3结论
由此可见,在大多数情况下,飞机系统的故障原因并无单一性,同一部件失效引起的故障现象也不尽相同,同时还有许多看似相同、实质不同的故障。
因此,在判断故障时,一定要了解故障现象的每一细节,特别要抓住故障发生的时机。
另外,还要掌握好各种故障的隔离方法,有效的隔离方法能快速准确地从诸多的可能中找出真正的故障原因,避免走弯路。
第3章本文总结与展望
空调系统作为飞机系统重要的构成部分，一直都受到国内外研究人员的关注。
在工程领域，随着计算机技术、建模仿真、编程、可行性分析等技术的日益完善，从而开创了许多高效的故障分析方法。
于飞机空调系统的重要性以及工程故障分析方法的优越性，本文利用故障分析的手段，来加深自己对飞机空调系统的理解和认识。
本论文的撰写也给我带来了许多收益：
（1）通过飞机空调系统的发展史，了解到了空调系统在技术上的创新；通过对比不同机型空调系统的不同，了解到空调系统在各个国家的发展现状。
（2）通过对B737NG飞机空调系统的认识，更加全面、准确、系统的了解到了空调系统的功能、分布以及相互作用。
（3）详细了解工程领域常见的几种故障分析的方法，对各个方法的优缺点、适用性以及理论基础等都有了较深的理解。
（4）基于对空调系统的了解，以及对故障分析法的理解，主要采用FTA和ETA的方法对空调系统不同子系统中的常见故障进行了分析，并且对各自得到的结果进行定性分析。
致谢
本论文是在导师XX教授悉心指导下完成的。
导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。
不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。
本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。
在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！
在研究过程中，特别感谢XX师兄在实验的过程中给予我的支持和教导，从师兄这学会了很多思考方法和知识，对我的毕业论文起到了重要的作用！
由于本人水平有限，在论文中难免存在不足，欢迎论文评审专家批评指正。
在此，我谨向导师、论文评审专家、所有帮助过我的老师、同学和朋友们表示最诚挚的感谢。
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