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[36气源] A320引气工厂:左侧高温为何关闭右空调?

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请谨记于心:所有引气需求,都是热量需求。
——题记


近期一些公司的小伙伴向空客咨询关于A320一个ECAM告警(AIR ENG 1(2) BLEED HI TEMP)的程序,客服给出了技术层面上的回复。本文尝试进一步讲得通俗一些,重点讲历史背景和背后的系统知识。

1.png

01 奇怪的ECAM程序

来自A320飞行员的困惑,关于FCOM中的一段内容。

这是一个ECAM程序,告警信息是——AIR ENG 1(2) BLEED HI TEMP。这儿写着触发条件是“预冷器出口温度高于240℃”,这是HI TEMP(高温)的含义。由于左侧空调的引气直接来自左侧发动机,因此假设左侧发动机引气高温了,那么第一反应通常会是:关掉左侧空调。

但是,FCOM给出了相反的操作要求——PACK 2 (1) OFF。这就是“左侧引气高温、要求关闭右空调”的意思了。打个比方说,我家着火了,但是消防队跑去隔壁灭火……

2.png

如果进一步考虑到A320空调流量的控制逻辑,这个动作还有一个后果:未被关闭的左侧空调组件,流量被自动设置到120%了。这似乎就有点“不但不给我家救火,还给我家添了一把柴”的意思了。
02 奇怪程序的历史背景

来自飞行员的这个困惑穷尽了众人的智慧,而FCOM和AMM手册也未能出解释,最终还是伟大的搜索引擎帮上了忙。原来,我们的思维被局限在对大部分ECAM程序的“一般理解”里。那就是——在告警消息出现以前,飞机处于“正常构型”:系统正常、电门设置也正常。因此就隐含以下假设:双发正常、双引气ON、双组件ON、空调流量NORM、交输活门AUTO……

但是,这些假设并不适用于这个ECAM程序。因为它是以实施了其他ECAM程序为前提的,飞机实际上已经处于“单引气构型”。来看看是怎么回事。

3.png

这里的第二个搜索结果是著名的PPRUNE论坛里的一个讨论帖,我们看到国外也有飞行员提出一样的困惑,可惜那里暂时还没有答案(截止于2020/03/23)。答案还需要在第一个搜索结果里找,这是空客自己的杂志——著名的safety first。这篇《A320 Family / A330 Prevention and Handling of Dual Bleed Loss》(A320系列/A320对于双引气丢失问题的预防和处理)解释了这个ECAM程序的来历。

原来,在2008年之前,随着全球A320机队的快速增长,运行中发生的“双引气丢失”(DBL)事件显著增多,为此空客公司开始三方面的工作。一是重新设计了一系列部件以提高引气系统的可靠性,用于新飞机和改装飞机;二是推出一些新的维修程序;第三方面就和本文有关系了:引入新的飞行操作程序。

具体来说,起初是空客以OEB(Operational Engineering Bulletin,运行工程通告)的形式,建议飞行员在执行过失效单侧引气的相关程序以后,持续监控另一侧引气的温度,并在其达到240℃之后,通过关闭一个组件或者大翼防冰系统来减少引气需求。后来,在2012年,这个OEB借助于新版本的FWC软件而进一步变成ECAM程序,减少了飞行员的负担,这就是AIR ENG 1(2) BLEED HI TEMP告警和相应程序的由来。

由此也可以看出,这个程序并不是为了应对——而只是为了预防新的故障状况。空客推出这三方面的措施以后,全球A320机队继续增长,双引气丢失事件的数量反而明显减少了。

4.png
03 前置程序与3种构型


了解到以上背景以后,那个奇怪的程序就很好理解了。在H2F6以及以后版本的FWC中,以下两个告警和相应的程序,实际上也是触发条件,只不过是隐含的(FCOM未直接指出):

  • AIR ENG 1(2) BLEED ABNORM PR
  • AIR ENG 1(2) BLEED FAULT


我们把这些程序视为AIR ENG 1(2) BLEED HI TEMP程序的“前置程序”。在实施以上程序以后,飞机进入“单引气构型”,FWC为飞行员监控剩下的可用侧引气,并在这一侧也即将发生超温之前,及时提醒飞行员作出预防性的操作——减少引气需求。

“单引气构型”包含了设置交输活门到OPEN位这个要求,因此新的场景就好比是——隔壁已经失火而且消防队也去灭过火了,隔离我们两家的实墙其实也已经打通,这时候假如我家将要出现火情,自然也是会蔓延到隔壁,消防队就先给隔壁进行冷却了(他们认为隔壁的问题更大)……

忘掉这些类比,说回飞机本身。假设先前左侧引气失效了,那么执行相应程序,就要关闭左侧的引气、减少引气总需求、打开交输活门,因此我们可能就得到了这样的“单引气构型”——

ENG BLEED 1 ………………… OFF
ENG BLEED 2 ………………… ON
PACK 1 …………………………… ON
PACK 2 …………………………… ON
PACK FLOW …………………… LO
WING ANTI-ICE …………… OFF
X BLEED ……………………… OPEN

如果我们把一个组件的正常流量视为1个单位,那么LO模式就是0.8个单位。因此在以上构型中,右侧引气的总需求是1.6个单位。关于空调流量控制的知识请参阅本文第4部分。

假设在接下来的运行过程中,剩余的右侧引气由于各种原因,温度上升到高风险的程度——空客将240℃视为标准,那么合乎逻辑的做法,当然是降低它的总需求。办法之一就是关闭一个组件。单组件情况下,空调无视电门的设置而自动按照HIGH流量运行,右侧引气总需求将会是1.2个空调单位。相对于先前的1.6个单位,这就是很显著地减少。

那么关掉哪一个组件呢?空客公司建议关闭左侧组件,因为左侧引气已经由于不佳状况而失效,左侧组件可能与此有关联。因此得到一个“减需求构型”——

ENG BLEED 1 ………………… OFF
ENG BLEED 2 ………………… ON
PACK 1 …………………………… OFF
PACK 2 …………………………… ON
PACK FLOW …………………… LO
WING ANTI-ICE …………… OFF
X BLEED ……………………… OPEN

请与以下最初的“正常构型”对比:

ENG BLEED 1 ………………… ON
ENG BLEED 2 ………………… ON
PACK 1 …………………………… ON
PACK 2 …………………………… ON
PACK FLOW …………… NORMAL
WING ANTI-ICE …………… OFF
X BLEED ……………………… AUTO

我们不难看到,在“单引气构型”中,右侧引气的引气需求从最初正常构型中的1个单位(仅有右组件)上升到单引气构型中的1.6个单位,足足增加了60%,的确是值得格外看护的。

假如此时在不恰当的高度使用大翼防冰,或者由于进一步调低了空调温度,或者仅仅是因为引气冷却能力降级(比如风扇控制活门FAV卡阻或者预冷器脏),右侧引气都可能由于不堪重负而发生高温甚至超温。关于需求增加导致温度增加的逻辑,也请参阅本文第4部分。

但是,即使是“减需求构型”也依然有超过正常1个单位的、1.2个单位的空调需求。所以,只要进入了单引气构型,那么接下来的整个运行中,包括对于任何进一步的程序指令的理解(例如这个HI TEMP程序),都应该谨记“控制引气需求”,尤其是在可能需要操作交输活门之前,应想清楚它是否带来新的引气需求。

起初,空客让飞行员来监控剩下的可用侧引气。后来,按照空客的一贯风格,监控的任务就毫无悬念就交给了机器,飞行员只负责在必要的时候执行机器所提示的动作就可以了。结果呢,空客在FCOM上没有讲清楚这段历史,年轻一些的飞行员也就感到迷茫了。

需要指出:这里列出的正常构型、单引气构型以及减需求构型,都不是唯一的。比如说,如果单引气构型可以是双组件,也可以是在关掉一个组件的情况下使用大翼热防冰;又比如减需求构型允许通过关掉单个组件或者大翼防冰来实现,飞行员可以根据对当前形势的理解来作出决定。

5.png
04 引气工厂:一些系统知识

首先,PACK 2(1) OFF如何影响到空调的流量?

A320空调流量控制的逻辑,是理解许多程序的关键。请记住以下要点:
  • 在双组件运行时,电门设置NORM位,将使两个组件都运行在100%的流量,而LO表示80%,HI表示120%
  • 电门LO位时,如果舱内温度需求未被满足,实际流量也被计算机调节80%-100%之间
  • 在单组件或者使用APU时,无论电门如何设置,将使组件运行在120%的流量


电门的位置和来自其他部件的信号构成计算机(区域控制器,ZONE CONTROLLER)的输入,而空调流量控制活门(FCV)的开度是最终的输出。这就是系统的逻辑。

6.jpg

其次,使用空调如何影响引气系统的状态?

FCV位于空调组件的入口,因此它的开度就代表了对于发动机引气的需求。开度越大,流量越大,需求越大——这三者是一致的。这是从用户这一侧看到的情况。那么引气供应侧的情况如何呢?当用户改变了需求,那边发生了什么?

顺着FCV逆流而上,来到预冷器,你会先遇到一个温度传感器。这个传感器是至关重要的“质检环节”,200℃是他坚持的标准。而那个奇怪的程序里的240℃,同样是由它报告给相当于“总控室”的计算机(引气监控计算机,BMC);另一个重要的数值是257℃,你在AIR ENG 1(2) BLEED FAULT程序里会见到这个数值。

7.png

BMC将这个温度数值输出给很多飞机系统,包括显示器。下图是BLEED状态页面,右侧方框中的205℃即是这个温度数值。方框上面的活门是打开了的FCV,下方的活门是打开了的PRV(压力调制活门)。

8.jpg

请注意,FCV和PRV的开度都并未体现状态页面,但是很容易想见,这两者一定是“正相关”的,因为“需求越大、供应越大”。PRV的发动机引气流量的总出口,而引气是由高压压气机“泵”出来的高温气体,因此尽管PRV顾名思义是“调节压力”的,但实际上也借助压力来改变流量和热量。打个比方,PRV是“调压车间”,但也可以兼职温控的任务。

在大多数情况下,风扇空气以交叉换热(exchange)而又不混入引气的方式,90度路过,从预冷器中带走引气的热量,就能够帮助引气把温度降低到符合“质检要求”的程度(200℃)。打个比方,预冷器是“温控车间”,但是它只能控制温度。

“温控车间”(预冷器)位于“调压车间”(PRV)和用户(FCV)之间,因此可以大体上把BLEED状态页面中的那个方框理解成预冷器——FCOM没有这么说。只是需要注意一下,方框中的压力值(28 PSI)来自于PRV和预冷器之间,因而是“预冷器入口压力”,而温度正如前面所说——来自位于FCV上游遇到的第一个部件(温度传感器这个“质检环节”),因而是“预冷器出口温度”。

9.png

对于以上知识,我们概括如下:为了满足更大的用户需求(FCV开度增加),就需要提供更多的热引气(PRV开度增加);而为了满足温度要求,预冷器也得努力运转。

在上面的图片中,我们用红、黄、蓝色箭头表示出逐步降温的引气,而用绿色箭头表示与它完全不会相互混合的风扇空气。很容易想得出来:如果引气需求相对过大、而冷却能力相对不足,那么温度品质就不能得到保障,这是我们作为飞行操作者理解引气“高温”和“超温”的基本切入点。(请回顾“题记”:所有引气需求,都是热量需求。)至于说硬件上具体是什么部件故障或者缺陷导致的,就需要专业排故才能知晓了。

再通俗讲:空调流量增加了,就需要相应地给对引气增加冷却;使用大翼防冰,也一样。

最后,我们来说一下如何理解程序里的触发条件“240℃”。

前面提到200℃是一个温度品质标准,而257℃就是“温度极限标准”了。“总控室”BMC允许预冷器下游温度达到257℃,但是不能持续超过1分钟,否则将强制关断整个引气。指令以电信号形式传达给称为TLT(温度极限恒温器)的部件,TLT用气控信号来超控PRV,完成强制性的关断。

事实上,当预冷器正常工作,FAV总是处于半开半闭的状态,而称为TCT(温度控制恒温器)的部件则保证了FAV处于正好合适的开度。这个正常的状态,根据译码数据以及飞行员的观察,有时也略低于或略高于200℃;TCT的温度感应功能足够精密,因而不使用质检环节的温度传感器来修正自己的工作。

但如果温度由于需求或者故障的原因而明显高于200℃,那就表明很可能FAV已经完全打开或者卡阻了,导致冷却能力相对不足。这时候TLT开始干预“调压车间”PRV,使它的开度变小,以牺牲压力的代价来满足温度要求。如果温度继续上升,持续高于257℃,那么总控室就要求强制关断引气了。这个过程和B737NG的“三级温控”很相似,读者可以移步这里阅读:《[color=var(--weui-LINK)]不畏真空、高处胜寒:发动机引气调压与温控的原理》。

240℃介于正常温控的指标(200℃)和干预调压的上限指标(257℃)之间,它实际上已经表明引气成品的温度品质大大下降、“引气工厂”濒临超载,因此“总控室”BMC希望处于“上帝视角”的飞行员来“超控”一下,“请求函”以ECAM程序给出。

既然说到“上帝视角”,那么提一句,只有全知全能才可以成为上帝,我们只能接近这个状态,但如果非常不理解系统,就只能唯唯诺诺了,“请求函”就变成了命令……


05 作业题

  • AIR ENG 1(2) BLEED HI TEMP告警在哪一年引入ECAM?
  • AIR ENG 1(2) BLEED HI TEMP的触发条件,请完整说出。
  • 引气失效、引气超温、引气高温三者的异同。
  • 预冷器的功能是什么?
  • PRV的功能是什么?
  • 257℃是什么温度值?


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发表于 3 天前 来自手机 | 显示全部楼层
这不是,还是左侧引气超温关闭左引气和左组件吗
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 楼主| 发表于 3 天前 来自手机 | 显示全部楼层
shenjingyi 发表于 2020-03-26 17:51
这不是,还是左侧引气超温关闭左引气和左组件吗

超温和高温,需要区分一下。
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发表于 前天 02:46 来自手机 | 显示全部楼层
可不可以这么理解,在执行了失效了一侧引气的程序之后另一侧的引气才有可能会跳HI TEMP的caution
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 楼主| 发表于 前天 05:23 来自手机 | 显示全部楼层
2640161698 发表于 2020-03-27 02:46
可不可以这么理解,在执行了失效了一侧引气的程序之后另一侧的引气才有可能会跳HI TEMP的caution

是的,FAULT是失效,HI TEMP可以理解为降级,但单引气降级在双引气可用时,被认为是可以接受的。
因此,如果当前双发引气可用,就没有这个HI  TEMP信息。

它仅仅在由执行了特定的2种程序以后才会有,执行完之后,飞机是单引气构型并且交输活门也已经打开了。



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发表于 前天 07:22 来自手机 | 显示全部楼层
HelloSky 发表于 2020-03-27 05:23
是的,FAULT是失效,HI TEMP可以理解为降级,但单引气降级在双引气可用时,被认为是可以接受的。
因此,如果当前双发引气可用,就没有这个HI  TEMP信息。

它仅仅在由执行了特定的2种程序以后才会有,执行完之后,飞机是单引气构型并且交输活门也已经打开了。

好滴,谢谢啦
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发表于 前天 09:51 | 显示全部楼层
还是没理解 PACK1或2 OFF 的区别。
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 楼主| 发表于 前天 10:38 来自手机 | 显示全部楼层
搞锤子 发表于 2020-03-27 09:51
还是没理解 PACK1或2 OFF 的区别。

正常情况下,它们是用交输活门分开的。但如果这个活门打开了,那么这时候要先关掉的就是有过“故障接触史”的那个。

因为我们举例子的时候说的是左边的引气有故障然后关掉了,所以后边在监控右边引气的时候要先关掉的也是左边的空调。
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发表于 前天 17:39 | 显示全部楼层
双发引气可用,就没有这个HI  TEMP信息,温度高温只有fault信息了?不太理解
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 楼主| 发表于 前天 22:47 | 显示全部楼层
我能感觉到 发表于 2020-3-27 17:39
双发引气可用,就没有这个HI  TEMP信息,温度高温只有fault信息了?不太理解 ...

就是这个逻辑。
好比737NG直接就在490℉就引气跳开了,390℉和450℉在驾驶舱里啥现象都没有,A320起初也是按照这个逻辑来提供告警的。。。
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