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关于737NG空调EFLOW构型失效的分析和处置建议 作者: 邓奎（东航技术南苑分公司）
各位业内同仁大家好！从2016年来，737NG飞机由于将空调系统升级为电子流量控制系统（EFCS）后，各航空公司都有不同程度的反馈空调系统自动关断并且没有驾驶舱效应的事件，尤其有的造成了两空调系统失效导致飞机座舱失压而被迫返航。针对这一问题，BOEING和Honeywell根据用户反馈的信息并提取了失效部件进行分析，初步结论是组件流量温度控制器（PFTC）和电子流量控制活门出现非指令性关闭导致空调失效，目前BOEING已SB对PFTC和EFCV进行软/硬升级来避免这一事件，但是对于737NG用户来说，有必要根据厂家的分析信息和故障现象，结合新空调构型（EFLOW）设计原理来分析空调系统失效的真实原因，以便防止在该构型的空调系统失效前和失效后的预防性维修和应急处置，确保飞行安全。下面就仅代表个人对该新构型空调系统的了解和设计原理进行分析，如有不当之处还请指点！ 一、 EFLOW构型失效的风险 从2016年2月至今，国内737NG机队EFLOW空调系统出现双PACK失效造成座舱高度警告而返航的事件频发，多半是单PACK非指令关闭，而这一失效没有任何驾驶舱效应！直到座舱高度警告后，机组才意识到座舱失压，这个潜在的风险给飞行安全带来非常大的隐患，说得严重点就给N多年前一起因客舱增压方式在人工位导致客舱失压造成空难事件类似。当EFCV自动关闭后，驾驶舱没有明显的指示和警告，导致飞行机组无法察觉到空调系统失效。当单空调失效后，另一侧工作的空调系统理论上完全可以保障客舱的增压；当双空调系统失效而且飞行机组在不知情的情况下，必然导致座舱失压和高度警告或氧气面罩自动释放的事件。哪么，在系统部件没有升级到最新之前，航空公司如何来预防或处置？要想更好的预防和出现失效后能正确处理，首要问题是了解失效的真正原因才能对症下药！ 二、 EFLOW构型原理： 为什么老构型的FCSOV从未出现过非指令关断？而新构型的EFCV频繁出现非指令性关断？在了解新的EFLOW构型之前，我们有必要先来了解一下老构型的流量控制关断活门（FCSOV），再与新构型的EFCV进行对比，大家就有了更进一步的认识。 1、 老构型FCSOV简介： 我们都知道，老构型的FCSOV是一个电控气动的流量控制判断活门（见示图），当空调组件电门放“AUTO”或“HIGH”位时，FCSOV的电磁阀通电吸合打开，活门上游引气进入FCSOV作动筒上腔使活门打开，活门打开后气流进入活门下游文式管内，活门的开度通过自动流量伺服调节器和APU/高流量伺服调节器感受活门后的静压、总压和客舱压力来自动调节空调供气量，从而实现自动控制使用流量。 流量模式转换： （1） 当空调组件电门放“AUTO”位时，FCSOV的“B”电磁线圈通电激励，打开电磁阀放气到自动流量伺服调节器，从而放掉活门作动筒上腔的一部分气压，使活门适当关小以保证有一个正常的流量向空调供气，这也是一个正常流量模式，这个正常的流量大约在75PPM。 （2） 当空调组件电门放“HIGH”位时，FCSOV的“B”电磁线圈不通电激励，电磁阀处于关闭状态，活门作动筒上腔的控制气流通过“B”电磁阀进入APU/高流量伺服调节器，由于APU/高流量伺服调节器比自动流量伺服调节器的调压能力高（弹簧作用下开度小），FCSOV的活门开度适当增加，使活门的下游供气流量大约在105PPM，这是一个高流量模式。 （3） 当使用APU供气时，FCSOV的“A”电磁阀激励打开，使活门上游的控制气流进行APU/高流量伺服调节器上腔，在气压作用动伺服调节器向下动，从而推动内部活塞下移以关闭调节器的放气量，使活门作动筒上腔的的控制压力增大，活门达到全开位置，下游供气流量大约在131PPM。 “C”电磁控制阀： 空调组件的电磁控制阀是控制空调系统是否的关开，这个电磁阀由两路电路控制，当空调组件电门放“AUTO”或“HIGH”位时，FCSOV的电磁阀通电吸合打开；如果此时断开这个打开电路（非电门断开），电磁阀也会保持在打开位，直到向关闭电路通电，该电磁阀才关闭并断开活门作动筒上腔供气。这一点非常重要，它有利于在接下来对EFCV失效的分析有决定性作用。 2、 新构型EFCV简介： 新构型的电子流量控制活门，主要是实现电子流量精确控制，其流量模式转换是由PFTC接收活门下游的流量传感器、压力传感器和空调组件的电门位置来计算出一个流量模式电流输出到EFCV的扭力马达来控制流量模式转换（见下示图）。 控制原理： 从上示图可以看出，新构型的EFCV主要是集合老构型FCSOV的流量控制模式，将老构型FCSOV中的两个流量控制电磁阀用一个扭力马达来替代，从而实现电子流量控制，原理如下： （1）当空调组件电门放“AUTO”位时，EFCV的电磁线圈通电激励打开电磁阀，活门上游经基准调节后的控制气路进行活门作动筒上腔，使活门打开；当活门打开后，下游的感压管将压力传到控制伺服调节器的反馈腔，反馈腔压力增大或减小来改变自动流量伺服调节器内部的活塞上下移动放气量，从而控制活门上腔的压力来自动调节活门的开度。EFCV活门的上腔控制压力最大在8.5PSI(58.6kpa)时活门全开。 （2）PFTC通过接收EFCV下游的流量传感器、压力传感器和空调控制板电位的位置信号来计算流量模式并输出一个控制电流到EFCV的扭力马达（见下示图）。 （3）当EFCV的扭力马达接收PFTC输入一个电流值时，扭力马达移动来改变内部挡板位置，从而控制伺服调节器上腔的压力来改变活门开度，以此来实现流量模式转换。 （4）根据厂家对EFCV校装的测试卡我们得知，当扭力马达的输入电流在139-141mA时，EFCV完全关闭（约5-8°）；当输入电流在81-101mA时，EFCV控制下游压力在约9-11PSI；当输入电流为0时，EFCV控制下游压力在约33-37PSI（见下示图）。 三、 EFLOW构型失效的原因分析： 根据BOEING和Honeywell对非指令关断的原因进行模拟失效分析，初步认定为EFCV的基准调节偏大或偏小导致活门关闭和PFTC接收到一个不正确的流量/压力信号或PFTC内部电压模块不稳定造成EFCV关闭或空调系统不可控。 我们就从该构型的控制和设计原理上进行分析，大家可能会找到失效的原因。 1、从上述新/老构型的部件对比，新构型主要改变了控制器为PFTC（老构型为PZTC）、EFCV（老构型为FCSOV）以及在流量控制活门后增加了流量传感器和压力传感器，实现了电子流量控制。但从数据上比较分析，新构型实际上也减少了空调组件的供气流量，EFCV厂家测试数据例表如下： 从上述数据上可以看出，新构型的高/低流量模式时的供气流量确实有所减少，FCSOV在自动模式为75PPM，APU/HIGH模式为131PPM；而EFCV在地面APU供气AUTO模式为61-73PPM，APU/HIGH模式也就约88PPM（机上实测），这足以说明新构型的供气流量比老构型减少了，这也可能是飞行机组感觉新构型比老构型空调噪声小的原因之一。 2、EFCV为什么在空调组件电门放在“AUTO”位会突然自动关闭？如果将PACK电门放在“HIGH”位会不会出现自动关断的现象？我们从下述控制原理上分析也许可以找到答案： （1）电磁阀自动关断：但这一推断实际是不成立的，因为当组件电门放“AUTO”或“HIGH”位后电磁阀将保持在开位，除非电磁阀关闭电路短路使其关闭，但这个关闭会有驾驶舱效应。 （2）BOEING和Honeywell认为EFCV的基准调节压力偏大或偏小导致活门关闭。当然，高温度环境也可能是非指令关闭的诱因。从EFCV的原理图上分析，除扭力马达或控制伺服调节器失效外，供压基准压力调节偏大或偏小只会使活门开度更大或偏小，但不至于导致活门完全关闭；因为供压基准压力调节器上腔的大弹簧力足以刻服下腔小弹簧力使活塞保持在开位，除非这个基准调节螺钉预调不正确或是设计缺陷。 （3）控制伺服调节器调节压力偏小导致活门关闭？这个推断也不成立！首先，根据控制伺服调节器的设计原理分析，这个调节器是全机械式，靠内部大小弹簧和压力隔膜使控制活塞保持在关闭位，当反馈腔压力大于下腔大小弹簧的合力时活塞下移放气，使活门动作筒上腔的控制压力减小以关小活门开度，当活门开度减小后，下游压力随之减小，控制伺服调节器反馈腔压力减小，活塞靠弹簧力上移关小放气量，从而使活门作动筒上腔控制压力增大以打开活门开度，这个往复的调节过程使活门自动控制下游的供气流量（见下示图）。所以EFCV的控制伺服调节器调节压力偏小导致活门关闭的可能性很小，就算是调节器内的弹簧疲劳造成复位弹力不足或调节压力偏小，也只能是导致活门下游的供气压力偏小，这也是有的航空公司反映地面高流量模式流量不足60PPM的原因，但这不至于造成活门完全关闭，除非控制伺服调节器上腔给了一个外加的下向移动活塞的力，这个外力的唯一来源就是扭力马达挡板移动到打开供压控制压力管路的喷嘴或完全关闭放气喷嘴位置。 （4）扭力马达如何控制流量模式转换？前面我们分析了EFCV的控制原理，扭力马达是通过PFTC输出的电流大小来改变马达转动拉动内部挡板位置改变，当PFTC输出电流为0mA时，内部挡板左移挡住控制压力管路的喷嘴，使全部的控制压力提供给活门动作筒上腔去打开活门，这也是一个HIGH模式；当PACK电门放“AUTO”位时，PFTC根据活门下游的流量传感器、压力传感器和PACK电门位置来计算出一个电流输出值，这个电流值应该是与活门下游的流量和压力成正比关系，由于PFTC内部如何计算或逻辑控制厂家不会对外公开，目前只是个人从原理上推测是正比关系。 因此，当PACK电门放“AUTO”位时，PFTC根据活门下游的流量和压力输出一个电流值使扭力马达转动右移打开SPRING喷嘴，控制气流一部分进入控制伺服调节器上腔使活塞下移放气，从而控制活门去关小开度；而另一部分控制气流通过扭力马达内部的放气喷嘴排出。扭力马达拉动内部挡板的开度大小取决于PFTC输出的电流大小，当电流输出在81-101mA时，EFCV控制下游压力在约9-11PSI，当输入电流为0时，EFCV控制下游压力在约33-37PSI，当电流在139-141mA时，EFCV完全关闭。 综上所述，也就是说当PACK电门放“AUTO”位时，如果PFTC接收到一个不正确的压力/流量数据或PFTC本身内部故障导致输出一个高电流给扭力马达，再加上高湿度环境下的气体膨胀和基准调压不精确情况下，就会造成EFCV关闭，而这个关闭指令对于PFTC来说是一个正常的调节，并且由于PACK电门一直在“AUTO”位和发动机引气电门在接通位，因此空调附件控制组件（AACU）内部继电器始终保持在正常位，所以驾驶舱没有效应。但是这个理论据兄弟航空公司稍息，BOEING认为活门非指令关闭与扭力马达及其电流无关！那么究竟是什么原因导致EFCV非指令关闭？不管是否与扭力马达及其电流有关，但事实证明EFCV确实是不正常关闭造成了单或双空调组件失效和座舱失压。 四、 EFLOW构型存在的缺陷和改进建议： 从系统工作原理上分析，目前该EFLOW构型的设计可靠性还存在一些疑问，针对目前的故障发生频率，给大家几点个人的建议供参考！ 1、从新旧构型的控制流量对比可以看出，EFCV在地面高流量的最大控制流量在60-80PPM（实际可能大于80PPM，这取决于下游用户和PFTC计算输出量），而FCSOV的最小控制流量在75PPM，APU/HIGH模式为131PPM；哪么EFCS是否会出现单空调失效后造成座舱增压流量不足的可能性？ 2、EFCV的供气调节管路中安装有一个气滤，由于运行环境不同，有的地区空气质量不佳，经过使用一段时间后可能会出现气滤堵塞导致供压调节不足造成活门不能正常打开到需要开度的可能性？是否有必要在升级的部件中取消气滤的安装？如果说很有必要安装，哪么检查气滤维护间隙如何定义？ 3、EFCV中的力矩马达设计为电流在139-141mA时EFCV完全关闭是否会成为一个潜在的活门非指令关闭风险？因为活门的开关是由PACK电门和电磁阀决定，所以这个完全关闭的功能是否有意义？如果是为了保护下游管道过压，哪么这个功能没有实际作用，反而成了潜在风险，设计者是否应该更多的考虑当空调组件在低流量模式时保证有足够的流量来满足座舱增压？要实现这一目的，最好、最简便的方法是将力矩马达中的排气喷嘴改为波纹型（非平面型）。 4、根据厂家最新信息将EFCV升级为-2，但据说可以防止EFCV非指令关闭时活门在开位！但是这一改变可能会引起更大的潜在风险，因为要使活门非指令关闭在开位，就可能会将EFCV的活门用弹簧加载在开位，这样就会造成空调不受控的风险。由于个人还没有-2的EFCV原理信息，所以这只是个人推测，我们拭目以待！ 5、对于PFTC频繁通断电和可能输出非正常电流值的缺陷，这个问题对于厂家来说不难解决，升级内部部件和软件，并且在软件逻辑判断条件中增加纠错逻辑就可以解决。 6、根据2016年12月至2017年5月收到的非指令关闭报警邮件统计分析，87条报警信息中有23条为右侧空调，左侧空调非指令关闭的机率占73.6%；根据发生时机分析，非指令关闭多数出现在起飞到爬升改平阶段；因此，介于目前机队无法立即全部升级部件，为了防止出现双PACK失效造成座舱失压返航事件，BOEING是否可以考虑将左侧空调在起飞到爬升改平之前设定在HIGH模式，强制PFTC不输出电流（或小电流）来保证EFCV在开度最大，以权威性的建议指导用户有效避免座舱失压风险！ 7、EFCV非指令关闭的最大风险在于驾驶没有效应，机组不能及时察觉到空调失效而做应对操作。因此BOEING给出让机组主动监控座舱压差和在ACMS中证实是否非指令关闭，但对于飞行机组来说，在起飞到爬升改平阶段根本没有更多的经历来调阅ACMS以证实是否处于非指令关闭！所以个人认为，目前最有效的手段是严格执行起飞前/起飞后的检查单和上述第6条，并重点关注空调出风量改变或座舱压差变化，如有异常直接观察双发的目标推力值是否一致来判断空调是否处于非指令关闭（见下示图）。如果能确认单空调非指令关闭，建议尝试将相应侧的PACK电门放“HIGH”位或重新接通空调组件，如果依旧，立即执行QAH。 8、对于维护单位如何更好地实施远程监控和预防性维护？从目前的情况来看，在没有全部升级至新的部件前，远程监控预警是一种手段，但需要提升及时性，强力建议BOEING将这一监控纳入AHM，以便能及时发现并提醒机组关注座舱高度、压差变化和相应空调的工作情况。另外，维护单位也可对EFLOW构型的飞机在航后工作中实施参数检查附加工作，参照下示图记录EFCV马达电流、流量和压力值；在地面APU供气并且空调在AUTO模式时，如果FCVTM电流大于40MA、流量小于60PPM或HIGH模式FCV TM电流大于0MA、流量小于70PPM要特别关注或作出预防性决策；PACK供气压力可作为工程师分析判断的参考要素，如果这一附加工作在航前执行，势必会给维修一线带来负担，同时也不无法赢得有效的维修时机。 以上是个人对EFLOW构型的系统分析及建议，不代表任何行政执行部门，也无意诋毁相关单位，目的也是帮助大家找到非指令关闭的症结以对症下药，使药到病除方能确保飞行安全。如上述分析和建议有可取之处，各位尽情享用，如有不妥之处还请大家谅解！学艺不精还望指教！
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发表于 2017-5-11 20:11:34
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