空客A320系列飞机APS3200型APU自动关车故障分析

作者：张绪勤

来源：《价值工程》2016年第27期

        摘要：本文通过对空客A320系列飞机APS3200型APU反复出现自动关车故障的排故过程进行分析，对飞机运行中供电切换时出现APU自动关车现象提出排故建议和维护提示。

        Abstract： In this paper， by analyzing the troubleshooting process of APS3200 Type APU Automatic Vehicle Shutdown of the Airbus A320 Series occurring repeatedly， it proposed troubleshooting and maintenance tips to the APU shutdown automatic vehicle shutdown appearing in the operation of the aircraft power supply switching.

        关键词：APU；冷却风扇；烧蚀；ECB；自动关车

        Key words： APU；cooling fan；ablation；ECB；automatic vehicle closing

        中图分类号：V263.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）27-0196-03

        0 引言

        APS 3200型APU（辅助动力组件）作为空客A320系列飞机的辅助动力装置，在空客机队中使用极其广泛，在国航机队中也有大量选型安装。其中出现APU（辅助动力组件）自动关车故障往往因故障的突发性，容易造成航班延误，并因此带来的后勤保障问题影响航班服务质量，反复的故障也会导致机组对飞机安全状态缺乏足够的信心。

        APU自动关车故障在日常维修故障类别中相对常见，但反复出现的电源切换工程中出现的自动关车现象极为罕见。由于故障为间歇性触发，地面反复测试得不到有效故障代码，参考空客厂家维护手册的排故程序并不能做到实时隔离故障，明确给出真实故障点，而根据日常维修经验因反复工作也不能快速的排除故障。本文通过对重复故障的排故过程的分析，以及得到的实时的故障反映，提出对于空客维护手册之外的排故建议，找到快速解决故障的方法。避免因传统按照维护手册的排故程序步骤，造成故障的反复出现带来的维护时间压力，也导致航材频繁损坏带来的维护成本上的压力。

        以下为故障初次出现后，参考维护手册给出的传统排故方法的排故过程的简介：

        国航某分公司同一架飞机曾在半个月时间内，间歇性的出现多次因飞机在电源转换过程中出现的APU（辅助动力组件）自动关车故障，造成长时间APU处于保留状态。具体事件介绍如下：

        事件A：2015-01-27，监控到B66XX飞机有“COOLING FAN PMG ASSY （8055KM）”故障信息，机组反映发动机启动后APU自动关车。地面APU启动正常，监控APU工作过程中各项参数正常。航后参考维护手册排故程序更换APU冷去风扇组件，试车测试正常，放行飞机。

        事件B：2015-01-28，机组反映故障再次出现，发动机启动后APU自动关车。航后参考维护手册排故程序更换FCU（燃油控制组件），试车测试故障未排除，发现发动机电源切换或者使用地面电源车电源切换，APU都会出现自动关车。因排故时间不足办理APU保留。

        事件C：2015-01-30，更换APU的ECB（电子控制盒）和GAPCU（地面电源及APU电源控制组件），故障依旧，与同机队中另一架飞机对串冷却风扇组件，发现故障转移。更换冷却风扇，测试正常，撤销保留。

        事件D：2015-02-05，自动关车故障再次出现，监控依旧有“COOLING FAN PMG ASSY （8055KM）”冷却风扇故障信息。航后通过参考维护手册线路图，通过对线束的分解并详细检查，发现冷却风扇与ECB（电子控制盒）之间的线束有烧蚀现象，后对线束进行修理，再次更换冷却风扇组件，测试正常，排除故障，撤销保留。

        通过初次对此次故障的排除过程我们可以看到，排故过程持续时间长，排故过程反复，并且多次试车验证，风险大。而实际的故障点因处于困扎好的线束内部，隐蔽难以发现，对于非故障件的反复拆装，以及地面试车等验证，造成了不必要的人力以及航材消耗，也导致飞机APU长时间处于保留状态无法使用。以下通过对APU的控制原理，结合排故过程，提出排故和维护建议。

        1 相关系统工作原理简介

        1.1 APU自动关车触发条件

        参考图1，ECB（电子控制盒）作为APU的控制中枢保证APU从启动到关车的整个运行过程。ECB属于全权限数字式发动机控制器（FADEC），ECB控制APU自动停车是一种重要的自我保护模式，可避免APU因各种原因导致进一步损伤。以下情况将触发自动停车：

        ——转速相关：超速、欠速、不加速、转速传感器故障；

        ——排气温度相关：EGT（排气温度）超温、EGT热电偶故障、未点火；

        ——滑油系统：低滑油压力、高滑油温度、低滑油压力电门故障、发电机滑油温度高；

        ——起动系统：起动超时、进气门未打开；

        ——控制系统：反流、直流电丢失、ECB 故障。

        由以上关车条件可基本分为两类：

        ①ECB监控到异常参数的自我保护关车；

        ②ECB自身故障自动关车。

        APU作为一台小型的涡轮喷气发动机，在整个运行过程中都需要精细的监控与控制，与飞机发动机的双通道监控控制不同，因对于飞行的安全性要求较低，APU只有一套控制系统，所以只要监控到有造成内部损伤的可能后，直接通过自动关车的方式停止运转，保护APU避免损伤。

        同时也是由于APU的核心控制由ECB来完成，所有的运转参数都由ECB监控处理，APU在整个运行过程中都是通过ECB来对其进行监控与控制，一旦ECB故障，失去对APU的逻辑控制，作为自我保护，也会触发APU自动关车。ECB失去电源，也同样会引起APU自动关车。

        1.2 飞机供电来源以及电源切换条件

        因为此次故障的表现为电源转换过程所引起的APU自动关车，所以关于飞机发动机启动后的电源转换，有必要做简单说明。A320型飞机的电源来源由以下几部分组成：

        ①左右发动机上安装的各一台IDG（整体驱动发电机）；

        ②APU上安装的发电机；

        ③地面电源；

        ④飞机电瓶；

        ⑤冲压涡轮驱动液压发电机。

        发动机的IDG作为飞机运行中的主要电源来源，在发动机启动后自动为整架飞机提供电源供给。APU发电机作为飞机的辅助电源，在发动机关车后，替代发动机的IDG为飞机提供电源。地面电源通过地面电源接口，为飞机接入地面电源，在关闭APU后，用以替代APU的电源供给。飞机电瓶以及冲压涡轮驱动的液压发电机作为应急电源，在飞机飞行中失去电源后为飞机提供操作必要的应急电源。

        飞机正常运营时，在地面因发动机处于关停状态，电源供给由APU发电机完成。当飞机准备出港，启动发动机后，发动机的IDG作为飞机主电源自动替代APU发电机向整机供电。因不同交流电源之间切换会造成极短时间内的电源中断现象，ECB作为飞机上的一部计算机，同样会受到供电转换影响。此时APU上的冷却风扇电动机（PMG）作为发电机短暂向ECB提供电源供给，确认ECB持续对APU控制。

        1.3 冷却风扇的作用以及供电条件

        APU滑油冷却风扇作为APU的重要附件安装在APU本体上，在APU运行时，APU滑油系统对各部件进行润滑冷却，产生的热滑油将流经滑油冷却器进行冷却，而滑油冷却器的冷却方式，是由冷却风扇通过将飞机外部的冷空气导入滑油冷却器循环降温，再将通过热交换的热空气导出，以降低滑油温度，防止滑油过热，保证APU能够长时间持续运转。

        冷却风扇主要由风扇叶片、电动机PMG、导气管路以及固定部件组成。其中内部的电动机PMG同时具有发电机功能，在无外部电源输入情况下可以短暂向外输出28V的直流电源。参考图2，我们可以看到ECB除了从汇流条301PP处获得28V的直流电源供应外，还从冷却风扇电动机PMG处获得28V的直流电源。从逻辑图以及空客维护的手册的说明可以得知，ECB正常的电源供给来源于汇流条301PP，但在301PP短暂失去电源的情况下，冷却风扇PMG会向ECB提供持续的电源供给，保证ECB持续工作。

        2 排故过程回顾

        关于APU自动关车故障，在航线运行维护中是APU出现的相对较为常见故障，通常根据自动关车报告，可以判断出故障部件，更换排除。同时通过监控的故障信息为“COOLING FAN PMG ASSY （8055KM）（APU冷却风扇组件）”，根据经验由冷却风扇组件故障导致APU自动关车的现象相对较常见。并且参考以前的故障处理经验，更换冷却风扇后故障排除，所以初步方案是更换冷却风扇。当日在更换完冷却风扇后，测试APU正常，试车测试也正常。

        在飞机后续运行中，故障现象再次出现。对于航空部件，有着非常高的可靠性以及严格的附件维修程序，出现同一个部件低在装机小时内出现故障的可能性很小。通过翻阅飞机维护排故手册，FCU（燃油控制组件）也是引起APU自动关车的重要部件，为隔离故障，决定更换FCU（燃油控制组件）。更换FCU后故障未排除。APU多次关车，故障现象为：

        ①面电源接通转换时APU自动关车；

        ②动机试车，双发启动成功后APU自动关车。

        FCU作为APU的燃油供给以及引气作动部件的伺服控制器，在APU的运行过程中通过调节燃油供给量，保证APU在负载变化情况下APU能够平稳运转。FCU的故障也有可能导致在APU负载变化时，不能及时调整燃油供给量，从而导致APU自动关车状况。但此次故障更换完FCU并未排除，排除FCU故障可能。

        在排除FCU故障可能后，排故思路回到电源供给方面，GAPCU（地面电源及APU电源控制组件）作为APU以及地面电源的控制组件，监控和管理APU和地面电源的工作情况，以确保向飞机提供的电源符合要求。GAPCU的故障也有可能会导致飞机电源在转换时出现故障情况。通过更换GAPCU隔离故障，故障依旧未排除。到此，不得不考虑换上的冷却风扇组件再次出现故障可能。在与其他飞机对串冷却风扇组件后，试车测试，故障转移，说明冷却风扇已完全损坏，部件低装机小时再次出现故障的情况虽也时常出现，再次更换冷却风扇组件，故障暂时得以排除。但此时冷却风扇故障原因并未引起重视，真实的故障原因并未排除。

        再次更换冷却风扇组件后不到一周时间，同样的故障再次出现，监控依旧有“COOLING FAN PMG ASSY （8055KM）”冷却风扇组件故障信息。到此意识到故障不仅仅指示冷却风扇组件单方面部件故障，必定有其他原因导致了冷却风扇重复性损坏。航后通过参考维护手册线路图，通过对线束的分解并详细检查，发现冷却风扇与ECB（电子控制盒）之间的线束有烧蚀现象。图3即为导线烧蚀图，我们可以看到，由于导线的拼接头绝缘层的老化，以及长时间处在振动恶劣条件下工作，导线间已经出现了烧蚀状况，导致出现电源短路情况。

        回看图2ECB供电图分析，因为导线出现烧蚀，冷却风扇组件内的PMG与ECB的连接线路出现偶发性的短路状况，在电源转换时，ECB因得不到PMG的电源导致供电中断，从而出现APU自动关车。同时PMG因输出电路短路导致PMG过载，在经历多次过载后，PMG烧毁，冷却风扇故障，这也是故障重复出现的真实原因。

        3 排故与维护建议

        在日常维修排故工作中，出现重复性故障一般都能引起维修人员的注意，但有些故障现象并不是一直存在，也就是故障往往是间断性故障，飞机在运行中偶尔出现，而当对飞机检修测试时，测试结果都是正常的，无法准确的做出正确的判断。对于此类故障，通常的排故做法是采用排除法，依次更换可能触发故障的部件来排除。即按导致故障可能性由大到小，梯次更换，再通过飞机运行观察来确认故障是否排除。本次故障同样采取的此类方法，依次更换了冷却风扇、ECB、FCU等部件，通过飞机运行观察后故障没有排除。后来在反复更换冷却风扇过程中，发现冷却风扇重复损坏后才找到故障的真实原因。

        对于故障现象，APU是在电源转换时出现，而无论是APU启动、关停还是负载的增减在其他状态下APU均使用正常，结合原理图应能判定APU本体正常无故障。触发故障原因应处在APU的控制方面，也就是ECB对APU的控制方面出现问题。而ECB内部故障或者失去电源都会导致APU的关车，ECB故障的可能性可以通过更换或者与其他飞机串件排除。如果没有排除或转移，可以考虑故障应为ECB非正常失去电源情况。查看故障信息，如果有COOLING FAN PMG ASSY （8055KM），结合ECB供电线路图，可以看到故障应该出现在ECB与冷却风扇PMG之间。关于冷却风扇本体的故障会直接导致APU不可用，而本次故障是间歇性故障，那么故障触发的原因极有可能是ECB与冷却风扇PMG之间的线路故障。通过对线束的分解详细检查，定能找到触发故障真实原因。

        4 结论

        该故障以及读取的故障信息通过查找空客维护手册，并不能得到快速有效的排故方法。根据经验采用排除法依次更换可能触发故障部件的方法不仅造成多个航材的误拆，还会导致保留长时间无法撤销，影响飞机的正常运行，非最优选择。本文通过对此故障系统的排故过程分析，对曲折的排故过程的原理解读，为类似故障排除提供了有益参考。建议出现类似故障，可以通过对故障现象的详细分析，并结合原理图的解读，对相关线束分解、梳理，能避免与故障无关部件的更换，避免因线路故障导致重复性故障，影响排故的准确性。

        参考文献：

        [1]AIRCRAFT MAINTENANCE MANUAL.

        [2]AIRBUS Single Aisle TECHNICAL TRAINING MANUAL.

        [3]王国志.浅谈A319/320/321飞机APU自动关车故障排除[J].科技视界，2014（25）.