航空工程与维修
AVIATION ENGINEERING & MAINTENANCE
1999年　第6期　No.6　1999



波音飞机可疑性故障分析
周雁　何裕昆
Analysis of Suspected Trouble of Boeing Passenger Plane
　　波音系列飞机通常是较安全的，但近几年也发生过几起空难事故。这些事故大多发生在飞机的起飞爬升或降落着陆阶段。在起飞或降落阶段，发动机的热负荷和飞机的气动负荷都处在最大状态，这时飞机最容易发生故障。下面是几个一等事故的例子：1992年11月24日，在中国桂林，一架波音737型飞机，距机场还有5分钟航程时，高度2100m，一切正常。然而2分钟后，突然高度掉到600m，飞机撞山粉碎性解体。1994年9月8日，美国匹兹堡郊外，一架波音737型飞机，在降落时，先爆炸，后坠毁。1996年7月17日晚，美国纽约肯尼迪国际机场，环球公司的一架波音747型飞机，起飞不久则爆炸燃烧。若排除恐怖分子放置炸弹的可能，且发动机工作正常，飞机操纵恰当，那么我们怀疑，波音飞机上的某一个元件，可能带有一个时有时无的隐性故障在工作飞行。且这个可疑故障元件，则是在飞机的空调系统中。
　　波音737和747型飞机，空调系统采用的是全密封的增压座舱。随着飞行高度的增加，飞机座舱内的压力逐渐增至相应的地面水平，并在排出废气的同时，保持这一压力，而随着高度下降，座舱内的空气，应逐渐和地面相一致。完成这个工作的主要元件是涡轮空气冷却器，及其敏感和执行机构，如超温指示和APU组件等。我们认为，问题可能出在空气涡轮冷却器上。
　　空气涡轮冷却器的功能，是把从发动机压气机引过来的高温高压空气，又称为P2空气，经过降温降压至适当数值，再充入座舱，供飞机内乘员使用。空气涡轮冷却器是一个高速旋转的元件，最高转速速可达每分钟十万转以上。在飞机的起飞和降落时，它始终处于变工况的状态。这样的工作转速和工况，涉及其支撑、轴承问题。所以实际上，涡轮冷却器的轴承寿命也就是涡轮冷却器的使用寿命。为了延长客机上涡轮冷却器的使用寿命，波音737和747型飞机的涡轮冷却器采用了带干扰片式的半气浮轴承，这确是利用工作介质进行支撑的一个很好的方案，同时大大地延长了涡轮冷却器的寿命。但是，由于气浮轴承的气膜厚度和刚度的精度要求极高，因此它的可靠性工作，受到严格的制约。
　　波音737和747型飞机，空气涡轮冷却器，采用的半气浮式轴承支撑，延长了轴承寿命。但还应有备份的应急滚动轴承支撑方案。涡轮冷却器支撑失效后的可能有以下几种情况：
　　(1)涡轮冷却器支撑失效，组件温度控制器感受温度信号，切断向热交换器的进气。空气充压集气室无气可供，使乘员在起飞和降落中，空气缺氧，暂时性昏过而导致操纵失误，发生空难。
　　(2)在区域温度控制器和增压控制系统作用下，P2空气从旁通活门直接进入集气室甚至座舱，高温高压的空气直接致机内乘员于死地，并引起座舱内火灾。
　　(3)涡轮冷却器支撑失效，高温高压的空气冲击下过热开关失灵，在高压空气经涡轮冷却器直接进入集气室，也可造成上述结果。另外，未经降温降压的P2空气，已接近燃油、滑油的燃点，易形成飞机系统中工作的热点，甚至于形成火炬。
　　总之，涡轮冷却器支撑在无备用轴承的情况下的失效，必然导致机内测试设备(即BITE)的工作混乱，且这种混乱时有时无，而且是无法恢复正常的。当然，BITE系统内即使有一个温度传感器发生故障，也会对涡轮冷却器的工作造成严重的危害。因此，涡轮冷却器可靠地工作，要求BITE百分之百的可靠性监测。
　　作为以上分析的一个论据，波音757和767型飞机，其BITE设计进行了较大的改进。同时增装了一台辅助动力装置。其驱动的离心式压气机，也能为座舱空调系统服务。在无地面冷气保障设备情况下，也可自行启动。这样就避免了涡轮冷却冷、热交替的工况。
　　因此，我们认为，波音飞机的空气涡轮冷却器，应当进行全寿命各工况下的长期试车,并应考虑飞行中陀螺力矩影响。在加工、装配的误差范围内，计算气膜刚度的支撑能力。应有备份滚动轴承，以接替失效的气浮轴承介入工作，为此，也应有一个可靠的检查维修方案。以保证波音飞机空调系统，万无一失可靠工作。□
作者单位：清华大学
