■ 呂麗/中國南方航空股份有限公司工程技術分公司

0 引言

目前，大部分民航客機安裝了飛機輔助動力裝置（APU）。APU 的具體作用如下：

1）為飛機在地面廊橋停機服務時提供空調，減少機載設備的使用，特別適用于缺少設備的小型機場；

2）為飛機發(fā)動機地面起動提供高壓氣源，減少對高壓氣源車的依賴；

3）為飛機在地面時的燈光照明等用電設備提供電源；

4）為飛機在空中遇到緊急情況時提供電源和氣源，保障飛機客艙乘客和設備的安全，為飛機的安全著陸爭取時間。

因此，APU 的主要作用就是在地面和空中向飛機各系統(tǒng)提供電源和氣源[1，2]。

A320 系列飛機可選裝3 種型號的APU，分別為APS 3200、GTCP 36-300和131-9（A），這3 種 APU 的構型和工作原理基本相同[2]。本文以APS 3200型APU 為研究對象，重點分析其進氣系統(tǒng)工作部件及原理，并對典型故障進行分析與排除。

1 APU 的組成

APU 是一個基于模塊化設計的單軸燃氣發(fā)動機，包含一個由單級離心壓氣機、環(huán)形回流式燃燒室和兩級軸流式渦輪組成的動力部分，單級離心負載壓氣機和一個附件齒輪箱，如圖1 所示。為了保證APU 的正常工作，一般還包括APU 的進氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、起動和點火系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、引氣系統(tǒng)以及指示系統(tǒng)等重要的、復雜的機電液系統(tǒng)，以確保APU 工作在一個恒定的轉速下，為飛機提供穩(wěn)定的電源和氣源。

圖1 APS 3200型APU的組成

2 APU 的進氣系統(tǒng)分析

2.1 進氣系統(tǒng)的功能分析

進氣系統(tǒng)是保證APU 提供氣源的一個重要系統(tǒng)，如圖2 所示，其主要作用為：

圖2 APU的進氣系統(tǒng)作用示意圖

1）提供足夠的冷空氣，對APU 艙進行冷卻；

2）提供冷空氣，對APU 滑油散熱；

3）提供空氣，保證負載壓氣機為飛機增壓；

4）提供空氣，使動力部分的燃燒室燃燒，產生能量；

5）提供增壓空氣，對APU 前后軸承腔增壓；

6）減少壓力損失和流動變形損失，減少進氣噪聲和外來物的吸入。

2.2 進氣系統(tǒng)部件組成

APU 進氣系統(tǒng)主要由固定分流器、空氣進口和空氣管道組成，同時有溫度和壓力傳感器感受氣體狀態(tài)參數。其中，空氣進口包括空氣進口結構件、進氣口、進口前端、進口殼體、進口門作動筒；空氣管道包括擴散器、空氣導管、空氣導管支架、彎管、導向葉片等部件，如圖3 所示。

圖3 APU進氣系統(tǒng)部件組成

2.2.1 固定分流器

固定分流器安裝在尾部整流錐（尾錐）的正前方，在后面機身的底部。它有兩種用途：

1）提高APU 在飛行期間運轉時沖壓空氣的恢復能力。此裝置距離進口大約50mm 處，能阻止空氣動力附面層的最低能量部分進入空氣進口。

2）分離出在飛行期間可能向機身后移動的液體（如滑油、液壓或防冰液體、燃油或水），防止其進入空氣進口。

2.2.2 空氣進口

空氣進口組件安裝在APU 隔艙的尾部整流錐正前方的底部切塊內，由4個螺栓固定?？諝夤艿澜佑|面安裝在APU 隔艙前方的防火隔板上。進口氣流區(qū)域前部有最高可達150mm（6in）的接合面，以便APU 隔艙上的不銹鋼面板覆蓋充當APU 隔艙耐火區(qū)域的延伸。耐火的密封墊用于接合空氣進口組件和APU 艙防火墻。

空氣進口組件包括以下主要部件。

1）空氣進口結構件：為U 形部件，形成兩個側壁和上壁的后面部分，由玻璃纖維織物和鋁核心夾層構造而成。上方壁板用金屬氈做消聲處理。伸出到氣流內的鋼軌沿著側壁合并，以防止流動的液體沿著尾部整流錐的外表面進入空氣進口。

2）空氣進口風門：為玻璃纖維織物和高熔點夾層構造設計，沒有吸音處理功能。風門鉸鏈接在空氣進口殼體的前部，并由電驅動的作動筒驅動，APU不工作時負責關閉空氣進口，APU 工作時形成上壁的前部。

3）空氣進口前端：形成空氣通風口的下部壁板，且永久安裝在空氣進口殼體中。由一個不銹鋼的外殼和鋁核心夾層組成，并在進口氣流的唇邊區(qū)域后安裝金屬氈以進行消聲處理。

4）空氣進口殼體：具有傳統(tǒng)的鋁結構，連接到空氣進口殼體上，具備兩種功能，為進口襟翼作動筒提供一個連接件，以及作為維護APU 隔艙內前部、尾部整流錐的工作平臺。

5）空氣進口作動筒：為電動線性作動筒，受控于電子控制器（ECB），用于驅動空氣進口風門的打開與關閉。主要部件是帶剎車控制器的28V 直流馬達、安裝在每個端頭位置的限位電門和風門位置電門、熱過載保護裝置。

2.2.3 空氣管道

空氣管道是進氣口系統(tǒng)的核心部分，用于連接APU 增壓室，完全位于APU 隔艙內，并安裝在口蓋316AR 上。打開APU 艙門時，空氣管道可從其正常位置上脫離，便于接近APU 進行維護?？諝夤艿缹饬鬏斔偷紸PU 內部，減少空氣動力噪聲，同時在APU 隔艙起火時可保持其外形，由擴散器和彎管兩個主要部件組成，并用緊固件固定在支架上。

1）擴散器

擴散器的作用是通過膨脹增加氣體壓力，降低空速并減少氣流紊亂，具有共鳴器類型消聲器的功能。緊固件連接的壁板是一個雙層夾層設計的不銹鋼表面片和鋁核心。擴散器內表面用金屬氈進行消聲處理。耐火的柔性封嚴使空氣在接合處的損失最小并提供柔性接觸面。

2）彎管

彎管的作用是改變氣流方向，引導氣流更好地進入APU通風容腔中。其中，2 個導流葉片引導氣流方向，從而減少空氣流動損失，并起到消聲器的作用。側壁的設計和安裝與擴散器相同。尾部有柔性的接觸面，用于彎管與APU 接口的柔性耐火封嚴，并使空氣損失最小。

3 APU 進氣系統(tǒng)典型故障分析

根據航線人員的反饋，APU 進氣系統(tǒng)的常見故障有“進氣風門打不開”或“溫度或壓力傳感器故障”，嚴重時導致APU 停止工作，影響航班的安全性與正點率。

3.1 “進氣風門打不開”故障

進氣風門能否正常打開決定APU能否正常工作。進氣風門位于APU前端，其作用是確保外界空氣進入APU，如果進氣口打不開，APU 將無法正常工作。進氣口打不開的主要原因如下：

1）進氣口作動器本身故障，導致作動器無法驅動進氣風門打開，無空氣進入；

2）控制作動器工作的電子控制盒（ECB）發(fā)生故障，無法正?？刂谱鲃悠鞴ぷ鳎?/p>

3）ECB 與作動器之間的線路斷開，導致信號傳遞不正常，無法控制作動器。

如果測試到故障信息，應對進氣作動裝置或電子控制盒進行檢查。若APU停止工作，則說明進氣作動裝置打不開，一般應更換作動器；如果故障仍存在，則對ECB 與作動器上電插頭之間的電線進行檢查；如果故障仍存在，則需要更換ECB。排故流程如圖4 所示。

圖4 “進氣風門打不開”故障排除流程圖

3.2 進氣口壓力或溫度傳感器故障

進氣口的壓力或溫度（T/P）傳感器用于探測進入進氣口的氣體溫度或壓力，并將信號送至ECB 中，用于控制負載壓氣機及動力部分的工作。如果傳感器發(fā)生故障，則會導致氣體信息不全，控制失誤，工作效果不理想。此傳感器故障的常見原因包括：

1）傳感器本身故障，導致溫度或壓力測量不準確；

2）控制作動器工作的ECB 發(fā)生故障，導致無法正常處理傳感器的信息；

3）ECB 與傳感器之間的線路斷開，導致信號傳遞不正常，無法準確得到溫度或壓力信號。

如果在飛機上測試到故障信息，并出現特定的故障代碼，則說明是傳感器故障，一般先對傳感器進行更換；如果更換傳感器后故障仍存在，則對ECB與作動器電插頭之間的電線進行檢查與修復；如果故障仍存在，則需要更換ECB。排故流程如圖5 所示。

圖5 進氣口壓力或溫度傳感器故障排除流程圖

4 結論

APU 進氣系統(tǒng)是向APU 及其附件提供空氣的裝置，是保證APU 正常工作的必要系統(tǒng)。進氣系統(tǒng)主要包括分離器、空氣進口和空氣管道三部分，保證提供足夠、流動損失小的空氣?！斑M氣風門打不開”和“溫度或壓力傳感器故障”是APU 常見故障，故障的排除思路主要遵循部件本體故障排除—部件與電子控制器線路故障排除—電子控制器故障排除的思路。