空客A320飛機的油箱惰性氣體系統(tǒng)

摘要：本文介紹了空客A320系列飛機油箱惰性氣體系統(tǒng)（FTIS）的組成和工作原理，對A320飛機油箱惰性氣體系統(tǒng)常見維護工作的注意事項進行了說明，并對該系統(tǒng)的常見故障進行了分類和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：油箱惰性氣體系統(tǒng)；空調(diào)服務(wù)空氣系統(tǒng)；惰性氣體產(chǎn)生系統(tǒng)

Keywords：FTIS；CSAS；IGGS

0 引言

全球范圍內(nèi)曾經(jīng)發(fā)生過多起運輸機油箱爆炸事故，最為人熟知的是環(huán)球航空800號班機（TWA800）空難，1996年7月17日該班機從紐約肯尼迪機場起飛，起飛不久便在紐約長島上空附近爆炸，造成機上212名乘客和18名機組成員全部遇難。燃油箱爆炸嚴重影響了民用航空的安全，使用燃油箱惰性氣體系統(tǒng)（FTIS）可以分離空氣中的富氧空氣并排出機體，將剩下的富氮空氣送入飛機的燃油箱，從而降低飛機燃油箱起火爆炸的風(fēng)險。美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）和歐洲航空安全局（EASA）都要求其管轄內(nèi)的飛機必須安裝FTIS。早期的A320飛機沒有FTIS，只能通過改裝來加裝FTIS，新的A320飛機自帶FTIS。鑒于FTIS是一個比較新的系統(tǒng)，本文將從系統(tǒng)原理、維護工作中的注意事項、典型故障分析三方面對FTIS進行介紹和分析。

1 系統(tǒng)原理

空客A320系列飛機的FTIS將除去氧的空氣送入燃油箱中燃油液面上方空間，有效降低了燃油箱發(fā)生火災(zāi)和爆炸的風(fēng)險。FTIS有兩個子系統(tǒng)，分別是空調(diào)服務(wù)空氣系統(tǒng)（CSAS）和惰性氣體產(chǎn)生系統(tǒng)（IGGS） 。CSAS對發(fā)動機引氣進行溫度、壓力、流量的調(diào)節(jié)，使氣流滿足IGGS系統(tǒng)的工作要求，并將氣流供給IGGS。IGGS系統(tǒng)對CSAS供來的氣流進行過濾和除氧后獲得清潔的富氮空氣（NEA）。這些NEA通過管道網(wǎng)絡(luò)進入燃油箱，將燃油箱中原來氧氣含量較高的空氣通過管路推出油箱，使燃油箱充滿NEA氣體，這就是燃油箱氣體惰性化的簡要過程。

1.1 空調(diào)服務(wù)空氣系統(tǒng)（CSAS）

圖1為CSAS原理圖，圖中的數(shù)字1～7分別代表CSAS的主要部件：CSAS隔離閥門、臭氧轉(zhuǎn)換器、CSAS熱交換器、旁通閥門、溫度傳感器、壓力傳感器、CSAS控制組件。

CSAS僅在飛行狀態(tài)運行，飛機在地面時停止運行。CSAS隔離閥門是一個由電磁控制、氣動力驅(qū)動的蝶形閥門。在沒有引氣壓力或電源的情況下，隔離閥門自動關(guān)閉，系統(tǒng)停止運行。CSAS控制組件控制隔離閥門的開關(guān)。當CSAS隔離閥門打開時，來自引氣系統(tǒng)的熱空氣通過CSAS隔離閥門流入臭氧轉(zhuǎn)換器。臭氧轉(zhuǎn)換器催化降低熱空氣中的臭氧含量，有效保護下游IGGS系統(tǒng)中空氣分離模塊內(nèi)的纖維組織。從臭氧轉(zhuǎn)換器流出的熱空氣分成兩路，一路流向CSAS熱交換器，一路流向旁通閥門。CSAS熱交換器安裝在沖壓空氣的風(fēng)道中，來自飛機外部的沖壓冷空氣流過CSAS熱交換器，與CSAS系統(tǒng)管路內(nèi)的熱空氣進行熱交換，降低CSAS系統(tǒng)管路內(nèi)的空氣溫度。同時，CSAS控制器控制旁通閥門的開度，讓熱空氣與經(jīng)過熱交換器的冷空氣進行混合，將下游氣體溫度控制在60℃左右。調(diào)節(jié)后的氣體將流向下游的溫度傳感器和壓力傳感器，最后供向IGGS。溫度傳感器和壓力傳感器監(jiān)測氣流的溫度和壓力，將信號傳遞給CSAS的控制器，如果出現(xiàn)超溫或超壓狀態(tài)，CSAS的隔離閥門將被控制關(guān)閉，整個系統(tǒng)停止運行。

1.2惰性氣體產(chǎn)生系統(tǒng)（IGGS）

圖2為IGGS原理圖，圖中的數(shù)字8～16分別代表IGGS系統(tǒng)的主要部件： IGGS隔離閥門、雙層超低顆粒物空氣濾芯、溫度傳感器、壓力傳感器、空氣分離模塊、IGGS控制組件、氧濃度和壓力傳感器、雙流量關(guān)斷閥門、雙瓣單向閥門。

IGGS的隔離閥門受IGGS控制組件的控制。系統(tǒng)正常工作時，IGGS控制組件對IGGS隔離閥門通電，控制閥門打開，來自CSAS的氣流流入IGGS；系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，IGGS控制組件使IGGS隔離閥門斷電，閥門在內(nèi)部彈簧的作用下關(guān)閉，來自CSAS的氣流被隔離在IGGS外。系統(tǒng)正常工作時，來自CSAS的氣流通過隔離閥門后先流入雙層超低顆粒物空氣濾芯。濾芯過濾掉氣流中的碳氫化合物和灰塵，保證氣流的清潔。從濾芯出來的氣流將流過溫度傳感器和壓力傳感器，這兩個傳感器分別采集氣流的溫度信號和壓力信號，并將信號傳遞給IGGS的控制組件。當溫度傳感器監(jiān)測到氣流溫度超過85℃或壓力傳感器監(jiān)測到氣流壓力低于15psi時，IGGS控制組件將控制IGGS隔離閥門關(guān)閉。流過壓力傳感器的氣流被送入空氣分離模塊。空氣分離模塊內(nèi)部有幾十萬根直徑很小的中空纖維，由于不同氣體通過纖維高分子膜的滲透速率不同，氣流將被分為富氮空氣（NEA）和富氧空氣（OEA）[1]。OEA將從飛機腹部的整流罩排放到機體外部，NEA繼續(xù)流向氧氣濃度和壓力傳感器。該傳感器包含一個氧敏傳感器和一個壓力傳感器，監(jiān)控NEA的壓力和氧氣濃度，并將數(shù)據(jù)傳遞給IGGS控制組件。IGGS控制組件利用獲得的數(shù)據(jù)來監(jiān)測空氣分離模塊和油箱惰性氣體系統(tǒng)的性能。NEA繼續(xù)流向下游的雙流量關(guān)斷閥門。雙流量控制閥門受控于IGGS控制組件，當系統(tǒng)不工作或溫度、壓力、氧氣濃度等參數(shù)異常時，雙流量控制閥門關(guān)閉，將IGGS和燃油箱隔離。當系統(tǒng)正常工作雙流量控制閥門打開時，NEA繼續(xù)流向下游的雙瓣單向閥門，IGGS控制器控制雙流量關(guān)斷閥門的開度，使系統(tǒng)在低/中/高NEA流量之間切換。雙瓣單向閥門有兩個彈簧式止回閥，允許NEA單向流入燃油箱并防止燃油從油箱進入IGGS。NEA氣體通過雙瓣單向閥門進入燃油箱，將燃油箱中原來帶氧氣的空氣通過管路推出油箱，從而完成燃油箱氣體的惰性化[2]。

2 維護工作中的注意事項

A320系列飛機在A檢時要求更換圖3中所示標號為4的雙層超低顆粒物空氣濾芯，該過濾器可去除空氣中的細小顆粒（煙霧、灰塵、棉絮、纖維、花粉）和感染性物質(zhì)（細菌、病毒、霉菌、真菌）。目前正處于新冠疫情防控階段，在完成此項工作時應(yīng)做好防護工作，如穿上防護服，戴上口罩、手套、眼鏡等。

燃油箱的維修蓋板上經(jīng)常能看見警告標識（見圖4）。來自燃油箱惰性氣體系統(tǒng)的NEA將導(dǎo)致人員受傷甚至死亡，工作前一定要做好通風(fēng)和呼吸保護。

3 典型故障分析

日常維護中FTIS最常出現(xiàn)的故障信息是“FUEL INERTING SYS FAULT”，該故障可以分為虛假故障、部件故障和隱藏故障。

3.1 虛假故障

虛假故障不是真正的故障，是指由某種特定狀態(tài)觸發(fā)的短暫的虛假的故障。對于虛假故障無需急于排故，一般只需要做一次帶引氣的系統(tǒng)測試就會消失。例如，某飛機航前突然跳出“FUEL INERTING SYS FAULT”故障，可以先做一次帶引氣的系統(tǒng)測試來嘗試消除故障，如果故障不能消除，再按照MEL進行故障保留放行。這類虛假故障也常出現(xiàn)在FTIS系統(tǒng)部件更換之后，如更換雙層超低顆粒物空氣濾芯后。

3.2 部件故障

部件故障可以通過做一次不帶引氣的系統(tǒng)測試來確認故障部件，然后根據(jù)測試結(jié)果給出的故障信息更換相應(yīng)部件。例如，測試結(jié)果為“IGGS CTL UNIT （1YA）”，則更換IGGS控制組件以排除故障。

3.3 隱藏故障

隱藏故障的排除較為麻煩，通常在更換了系統(tǒng)測試給出的故障部件后仍無法排除故障。例如，當跳出“FUEL INERTING SYS FAULT”伴有“ASM PERFORMANCE DEGRADED”信息時，故障原因是ASM（空氣分離模塊）的NEA供應(yīng)不足導(dǎo)致性能降級。而NEA供應(yīng)不足可能由兩種原因造成：ASM本身故障，導(dǎo)致分離不出足夠的NEA；管路滲漏，導(dǎo)致氣體壓力不足或空氣混入使氧濃度增加。這種情況即屬于隱藏故障。對于第一種原因，一般在更換ASM后就能解決；對于第二種原因，需要使用試漏劑對整個系統(tǒng)進行滲漏檢查。由于FTIS在地面時不工作，滲漏檢查需要在帶引氣的操作測試過程中進行。檢查范圍需包括CSAS管路和IGGS管路，重點檢查管路和管路連接的卡箍位置以及管路和部件連接的卡箍位置，這些卡箍位置可能因為封圈老化或者卡箍安裝不正確而產(chǎn)生漏氣，解決滲漏問題即可排除系統(tǒng)降級故障[1]。

4 結(jié)束語

空客A320系列飛機的FTIS是較新的系統(tǒng)，它使燃油箱內(nèi)充滿富氮空氣，能降低飛機燃油箱起火和爆炸的風(fēng)險，提高飛機的安全性。本文主要介紹了FTIS的系統(tǒng)原理、維護工作中的注意事項、典型故障分析，為維護人員提供有益的參考。

參考文獻

[1]王翔.空客A320燃油箱惰性氣體系統(tǒng)介紹及故障分析[J].價值工程，2019，38（10）：115-117.

[2]王國法.飛機燃油油箱氮氣發(fā)生系統(tǒng)研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2013（11）：13-14.

作者簡介

趙光義，放行工程師，主要負責(zé)A320系類飛機發(fā)動機、空調(diào)、起落架等系統(tǒng)的維修和放行工作。