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[36气源] B737NG引气跳开的处置及原理

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发表于 2020-2-26 08:56:34 | 显示全部楼层 |阅读模式
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  • 01 引气跳开的驾驶舱效应

  • 02 超温和超压的触发机制

  • 03 大翼防冰触发引气跳开的原理

  • 04 引气跳开复位的原理

  • 05 地面阶段的特殊情况

  • 作业题


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▲ QRH程序:引气跳开

此前的文章《不畏真空、高处胜寒:发动机引气调压与温控的原理》(点击跳转,下文称为《原理》)介绍了B737NG引气的压力和温度是如何控制的。“三级温控”是《原理》中的重要概念。本文将要运用它来理解这份QRH程序。

01 引气跳开的驾驶舱效应

我们首先来回顾一下引气跳开的“驾驶舱效应”(同样在《原理》一文中写过):头顶板上空调引气控制面板的琥珀色“引气跳开灯”(BLEED TRIP OFF)点亮;遮光板上的主警告灯MASTER CAUTION)与空调(AIR COND)通告灯也点亮。

但是这些驾驶舱效应并不提示引气跳开的具体原因,但正如QRH程序指出的:可能是超温、也可能是超压。无论何者,驾驶舱效应都是一样的。

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▲ 头顶板上的相关指示和电门。依次是BLEED TRIP OFF指示灯、大翼防冰电门、引气跳开复位电门、飞行高度指示

02 超温和超压的触发机制

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▲ 引气跳开信号图

在《原理》中介绍过“三级温控”。其中的第三级“红色熔断”是“超温跳开”时的保护性关断机制,当由预冷器控制活门(PCCV)负责的第一级“绿色控制”和由压力调定关断活门(PRSOV)负责的第二级“黄色警戒”相继被突破了,490℉超温开关给出电子信号,该信号通过空调附件组件(ACCU)到达引气调定器(BAR),由其中的锁定线圈(Latching Solenoid,LS)转换成气控信号。气控信号使压力调定关断活门(PRSOV)完全关闭。

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▲ “温控三剑客”与引气气路。红色气路用于本侧大翼前缘的热防冰;蓝色气路用于起动发动机(来自APU、对侧发动机或地面气源)

BAR中的另一个传感器“超压开关”(overpressure switch)负责“超压跳开”。当它感受到220 psi的压力,产生一个电子信号,同样先到达ACCU,然后返回到BAR并由其中的LS转换成使PRSOV完全关闭的气控信号。在各种工况中压气机5级最高只能产生大约168 psi的压力,而9级可以达到约384 psi。由于发动机发生超转而导致5级超压的可能性很小,负责9级关断的高级活门不正常打开(在应当关闭时)比较可能是发生超压的原因。如果超压跳开以后高级活门无法关闭,超压跳开将是不可逆,无法被复位成功。

03 大翼防冰触发引气跳开的原理

当飞机员遇到了引气跳开,QRH要求的第一个动作是关掉“大翼防冰电门”。这相当于是一个记忆项目。记忆项目意味着要不经过任何判断而直接执行。这个动作是为了应对超温跳开而设置的,对于应对超压跳开没有意义但也没有害处。但是,统一的动作要求简化了程序的复杂度,也避免了飞行员由于迟疑而耽误操作的时机。

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▲ 预冷器是一只信奉平等主义的热交换器。两股空气只是擦肩而过,预冷器“劫富济贫”,剥夺土豪热引气的一部分能量、交给苦寒的风扇空气。尽管风扇空气并不利用这些热量,但这是不得已的浪费。

超温跳开是预冷器出口的热引气未能被充分冷却而触发的。既可能是热引气太多了,也可能是风扇空气太少了。这份QRH最下方的CAUTION实际上就提供了热引气太多、而风扇太少的一个例子:

Caution! Use of wing anti-ice above approximately FL350 may cause bleed trip off and possible loss of cabin pressure.
注意!在大约35,000英尺以上使用大翼防冰,可能造成引气跳开和客舱释压。

它暗示了这样一种可能性:飞行员在35,000英尺以上遭遇结冰条件,使用大翼防冰而导致了引气跳开。但是,在本文稍后将会提到:如果一级温控发生故障或者性能不佳,那么在地面使用大翼防冰也可能导致引气超温,触发引气跳开。在空中低于35,000英尺时亦然。飞行员回到地面以后,应当报告发生引气跳开时飞机和系统所处的环境、阶段、高度和当时的操作,这些信息有助于帮助维修人员更快地作出准确的判断。

本文稍后的原理分析,还能帮助飞行员理解到:在空中使用大翼防冰导致引气跳开,通常是系统的一种保护性关断,可以在稍后复位成功。因此如果遭遇了“防止大翼结冰”还是“避免引气跳开”的两难,可以先选择给大翼防冰。但是无论如何操作,理论功底都是基础。基于情境分析的决策与记忆项目完全不同。

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▲ 防冰活门位于大翼前缘、发动机外侧的引气管道上

在温控功能正常的情况下,超温跳开是三道防线被逐一突破的结果。因此我们通过对比,找到造成结果的那个关键因素,可以帮助追溯到根本的原因:是热引气太多了?还是冷却空气太少?显然,在35,000英尺以上高度进行大翼防冰,相比于与在较低的高度下进行,最明显地不同是:大气更加稀薄了。因而风扇空气的冷却能力大为下降。

一只115V交流马达负责大翼防冰关断活门(WTAI shutoff valve)的开关,一旦打开就完全打开,因此大翼热防冰系统是引气的一个大用户。引气需求使得经过预冷器的热量大大增加了,三级温控依次被触发。

第一级温控中,PCCV已经开到最大,预冷器得到了最大流量的风扇空气,但是,在35,000英尺以上高度,空气太稀薄了,冷却能力不足,因此第二级温控也被触发了。在只调定压力时,PRSOV作动筒的打开腔获得由BAR中基准压力调制器所调制的一个固定压力,但现在这个压力有一部分被450℉恒温器旁通掉了,因而PRSOV实际上是靠牺牲压力来帮助降温。“旁通”是指将控制管的空气释放到外界环境中。当450℉恒温器实现了最大的旁通量时PRSOV的开度最小,它以小于标准值8 psi的34 psi获得短暂的平衡。但风扇空气始终不足,因此引气温度继续上升,并在达到490℉时触发了第三级温控——引气超温跳开。

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▲ 450℉恒温器中的油液受热膨胀,顶开球阀,旁通了控制气路。390℉传感器的工作原理与此相同

概念解析
  • 旁通

    bypass。在主要路线旁边通过次要路线,主要和次要是在特定语境下相对而言的。旁通通路(bypass path)通常有开关。也作为动词使用。例如390℉传感器旁通了PCCV的控制气路、450℉旁通了PRSOV的控制气路。



04 引气跳开复位的原理

QRH程序的第二步是按压复位电门。该步骤附带了一个解释:

The BLEED TRIP OFF light extinguishes if the bleed air temperature has cooled below limits.
(按压复位电门以后,)如果引气温度冷却到限度以下,BLEED TRIP OFF灯熄灭。

事实上,我们借助系统原理图可以理解到,对于超压跳开,情况是相似的:BAR内部的超压开关持续感受级间引气压力,当压力恢复到220 psi以下,按压复位电门可以使BLEED TRIP OFF灯熄灭。QRH在这里确实有缺漏。

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在这张原理图中可以看到,当K9超温继电器被故障条件(超温或超压)激活以后,复位电门也通电了,这产生了一个锁定指示灯状态的效果。在继电器内部线圈的下游,有3个并联电路,只有它们同时恢复到断开状态,才能使继电器复位从而解除BLEED TRIP OFF指示。超温、超压电路是由系统恢复正常而自动断开,复位电路需要由飞行员手动按压电门来断开。

05 地面阶段的特殊情况

本文在前面的全部内容,都适用于空中运行阶段。而地面阶段有一些特殊情况。

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▲ 负责一级温控的390℉传感器

在地面使用大翼防冰时,由于飞机运动速度较低,冷却空气也不足,这是与35,000英尺以上相似的窘境。此时通过2个机制来确保飞机系统的安全。但这主要不是保护引气系统,而是保护大翼前缘。

第一个机制、超控PCCV为热引气提供最大冷却能力。由于空地信号的作用,一个专属的WTAI(wing thermal anti-ice,大翼热防冰)电磁阀被激活,起到了与390℉传感器中的球阀被完全顶开时一样的效果——将PCCV作动筒关闭腔的控制空气完全释放掉,因而PCCV完全打开,预冷器得到最大流量的风扇冷空气。在滑跑以前,发动机转速较低,使用9级引气,经过PRSOV调压以后温度也比较低,明显低于正常工况下触发第一级温控的390℉(199℃),因此PCCV是被“超控”到最大开度的。这是强行冷却,从而确保大翼前缘不超温。

第二个机制、大翼前缘超温保护。同样由于空地信号的作用,大翼防冰关断活门下游的一个超温开关被激活,在感受到257℉(127℃)时关掉热防冰引气。在空中,由于大翼前缘有充分的对流冷空气,这个超温开关不工作。

如果在地面阶段使用大翼防冰,触发了大翼防冰的超温保护(超过127℃),那么有理由怀疑PCCV没有发挥作用,滑回或者中断起飞是可以考虑的(并非建议如此做,决定权仍然在机长)。PCCV没有发挥作用,意味着在后续运行中第一级温控可能会发生故障或者表现不佳,从而导致引气超温跳开。使用大翼防冰时PCCV没有发挥作用,并不意味着一定是PCCV本身故障了(例如无法打开或者开度不够),只用于地面的WTAI电磁阀失效也是可能的原因,这种情况下第一级温控不会失效,引气在空中仍可以正常使用。

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▲ 绿色:WTAI电磁阀进在地面工作;红色:地面未超温时K1继电器工作;蓝色/黄色:WTAI关断活门工作逻辑

最后依然是——
作业题
  • 引气跳开有哪些驾驶舱效应?
  • 超温跳开被触发之前,哪些传感器和活门参与了温度控制?
  • 为何在35,000英尺以上使用大翼防冰容易发生引气跳开?
  • 面临“防止大翼结冰”和“避免引气跳开”的两难时,如何决策?
  • 在地面阶段使用大翼防冰是否也可能导致引气跳开?

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发表于 2020-2-26 12:28:06 来自手机 | 显示全部楼层
这才是我们需要的
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发表于 2020-2-27 10:31:51 来自手机 | 显示全部楼层
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发表于 2020-3-2 09:14:00 来自手机 | 显示全部楼层
分析的深入浅出,真的很棒
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