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1、上海交通职业技术学院毕业论文B737-300增压系统结构工作原理与故障分析姓 名： 张灵 专 业： 航空机电设备维修 班 级: 0951B 学 号： 48 完成日期： 2012.3 指导教师: 陈玮 摘 要随着航空工业技术的发展和民航客机的现代化、大型化，飞机环境控制系统的地位日趋重要，设备更加完善。一个良好的座舱环境，不仅关系到机上人员的生命安全，而且舒适的座舱条件还可以提高旅客的上座率，因而保持座舱环境控制系统的正常工作是机务维护的重要内容之一。本文主要讲述了飞机的增压系统。在讲述了增压系统的作用之后，还介绍了增压系统的组成和功用，以及增压系统的工作原理，并对B737- 300进行了简单的
2、介绍，最后还对增压系统的部分故障的现象和原因进行了分析。关键词：B737飞机 增压系统 工作原理 故障分析AbstractAlong with the aviation industry technology development and the modern, large-scale civil aviation passenger plane, the plane environment control system are becoming more and more important position, the equipment to be more perfect. A goo
3、d cockpit environment, is not only related to the life safety of the crew, and comfortable cockpit conditions can also improve the attendance of the passenger, and keep the cockpit environment control system the normal work of the locomotive maintenance is one of important content. This article main
4、ly illustrates the pressurization system of aircraft.After introduces the action of the pressurization system, it also introduce the principle of work, the component and the function of it.Finally, it short introduces B737-300, and describe the phenomenon and reason of the fault.Keywords: B737aircra
5、ft, Pressurization System, Principle of work, fault analysis目录摘要-IAbstract-II第1章 绪论-1第2章 增压系统的组成及工作原理-3 2.1 增压系统的组成3 2.2 电子式增压控制器4 2.3 排气活门5 2.4 增压控制系统压力调节的基本原理6第3章 增压系统的控制形式-73.1 正常增压控制73.2 应急增压控制10第4章 增压系统部件故障现象及原因分析-12 4.1 前后排气活门卡滞12 4.2 增压控制组件失效12 4.3 其他13第5章 结论-14致谢-15参考文献-16第1章 绪论波音737-300为标准型
6、，机身比200型加长2.64米（机翼前机身加长1.12米，机翼后机身加长1.52米，共加长2.64米），适合中短程航线，改用CFM-56高涵道比涡轮风扇发动机，噪音和经济性得到大大改善，而且推力比JT8D更高。该机型最大起飞重量为61234Kg，最大着陆重量为51709Kg，最大无油重量为48307Kg，经济布局载客149人，最大载重航程2993公里，最大燃油航程4175公里，最大巡航速度831公里/小时,正常巡航速度738公里/小时,发动机的推力为22000LB。该机型于1981年3月正式开始研制，1983年中开始总装，1984年1月第一架原型机出厂，同年2月24日首次试飞，11月28日首次
7、交付使用。为给飞机提供一个舒适的座舱环境，除了对座舱空气的温度、湿度、流量进行调节外，还必须保证座舱空气的压力符合要求，这对于高空飞行的飞机尤为重要。从满足机上人员的胜利需要来说，在任何飞行高度上，座舱压力如能始终保持相当于海平面的大气压力则为最佳；从飞机结构来说，又于高空飞行时座舱内外的压差很大，座舱结构必须十分牢固，因而会大大增加飞机的结构重量，此外，气密座舱一旦在空中损坏，会形成爆炸减压而危及人员的生命安全。因此，必须兼顾这两方面的要求，合理选择座舱压力随飞机飞行高度而变化的规律。增压系统是设计用来在所有飞行条件下，在不超过飞机结构强度限制的条件下，向旅客提供受控制的环境。由发动机引气进
8、行增压，并由空调系统进行增压空气的分配，由空调系统的组件向增压系统提供气源。增压系统通过机身上的排起活门调节空气流量来控制座舱压力。该系统尽可能地提供保持座舱气压接近海平面高度上气压，或者等同于目的机场海拔高度气压，因此，在飞行的所有的飞行条件下，为旅客提供安全舒适的座舱环境。 第2章 增压系统的组成及工作原理2.1 增压系统的组成现代飞机的座舱压力调节都是与温度调节系统一起由空调组件供气，而后通过某些活门而实现压力调节的。图2-1为典型的双发动机飞机座舱增压系统的基本组成。图2-1 飞机增压系统的基本组成座舱的增压部分是密封的，称为增压舱。增压系统是通过控制从机身排出的空气流量而达到控制空气
9、压力的目的。它的主要控制和指挥部件是压力控制器，执行部件是排气活门。另外，控制系统包括：控制面板（用于增压系统各种方式和参数的选择）、控制器（接收面板输入信号结合环境参数设定增压程序并通过对排气活门的控制实现增压程序）、排气活门（由控制器控制座舱外排空气流量实现增压）。应急系统包括：两个安全释压活门（防止座舱压差超过8.65PSI）、一个负压释压活门（防止压差超过-1PSI）、座舱警告系统（座舱高度超过10000FT时提供音响警告）。排气活门包括前外流活门和后外流活门。前外流活门受再循环风扇和后外流活门控制。再循环风扇工作时前外流活门关闭不受后外流活门控制。再循环风扇不工作时受后外流活门控制，
10、当后外流活门关闭至0.50.5度时前外流活门关闭，当后外流活门开至40.5度时前外流活门打开。整个增压系统的工作，一般可分为正常增压控制和应急增压控制两种情况。正常增压控制通常有自动、备用和手动三种状态；应急增压控制一般有三种可能，一是当座舱与外界环境空气的压差超过规定值时，由安全释压活门释压，二是当外界气压大于座舱时，由负压释压活门释压，三是当座舱压力减小，即飞机座舱高度超过规定值时，有座舱高度警告系统向驾驶员发出警告信号。如图2-2所示为增压控制系统图图2-2 增压控制系统图2.2 电子式增压控制器自动增压系统的工作由增压控制器控制。在电子式增压控制器内有三个主要的控制电路，即座舱高度控制
11、电路、速率控制电路和压差控制电路。2.2.1 座舱高度控制电路用于控制座舱内的压力即座舱高度，使其等于预定值。当座舱高度与预定的座舱高度不同时，控制器会输出控制信号到排气活门。如果当前的座舱高度低于预定的座舱高度，则高度电路会输出一个使排气活门开大的信号；如果当前的座舱高度高于预定的座舱高度，则高度电路输出一个使排气活门关小的信号。2.2.2 速率控制电路用于控制座舱高度的变化速率，使其不超过预定的最大值。如果座舱高度变化速率超过预定值时，速率控制电路输出控制信号到排气活门，开大（或关小）排起活门，调节座舱高度变化率在预定范围内。2.2.3 压差控制电路用于限制座舱内外的压力差，使其不超过规定
12、的最大值。如果座舱内、外压差超过规定的最大值时，压差电路输出一个控制信号到排气活门，使其开大，防止座舱压差超过最大值。2.3 排气活门排气活门用于正常增压控制，调节座舱空气的排气量。现代大中型民航客机的排气活门一般是由电机驱动，通常由交流和直流电机驱动。排气活门接受增压控制器的指令信号工作。波音737型飞机前后各装有一个排气活门，两活门构造相同。前排气活门辅助后排气活门工作，它接收后排气活门的控制信号来进行作动。后排气活门（如图2-3位于机身尾部右侧）作为主要的排气活门，在工作过程中，它经常处于调节状态，用于调节座舱内的空气压力。当它在全开位置时，可以回收一部分推力；但当飞机处于巡航状态时，活
13、门开度很小，以满足发动机经济性的要求。图2-3 后排气活门排气活门作为压力控制系统的主要执行部件，其工作的正常与否关系到整个座舱压力的稳定，要将所有可能的故障原因都考虑在内，力求将其可靠性恢复到设计时的水平。（图2-4为后外流活门的三种工作状态）图2-4 后外流活门的三种状态2.4 增压控制系统压力调节的基本原理 大气通风式座舱是利用发动机压气机引气向座舱供气，然后通过增压系统的控制，去改变座舱的排气量而调节座舱压力的。如图2-3所示，若对座舱的供气量Gg等于排气量Gp与漏气量G1之和，则座舱压力Pc稳定不变；若不相等，则座舱压力会升高或降低。因此当供气量不变时，将排气活门关小，座舱压力便会升
14、高；反之，将排气活门开大，座舱压力便会降低。然而，当座舱供气量或排气量变化时，座舱压力变化速度也会剧烈变化。其变化关系可由座舱气态方程式得出PcV=GcRTc式中R为气体常数；V为座舱空气容积；Tc座舱空气温度；Gc为座舱空气重量。由于R、V不变，当假定座舱温度Tc未变时，则dpc/dt=RTc/V dGc/dt即座舱压力变化率与座舱空气量的变化率成正比。所以，在调节座舱压力时，必须同时满足压力变化率的要求，这些任务都是通过改变排气活门的流通面积调节排气量而实现的。第3章 飞机增压系统的控制形式3.1 正常增压控制正常增压控制系统是通过控制排起活门的开度控制座舱压力。现代飞机上一般有三种增压控
15、制方式：自动方式、备用方式和人工方式；自动控制方式是在起飞前输入飞机巡航高度和着陆机场高度信号后，飞机的增压控制系统完全自动工作。在自动工作方式下，增压系统的工作由增压控制器控制。增压控制器接受座舱高度、座舱高度变化率、座舱压力、外界大气压力、空地感应机构的空地信号及控制方式等信号，综合处理后，向排起活门发出指令，控制排起活门的运动以及增压控制。现代民航客机的排起活门大多由电机作动，采用直流电机和交流电机。为了保证增压控制系统的可靠工作，现代飞机一般采用两套自动增压系统，如果一套增压系统出现故障，可自动转换到另外一套系统工作。如两套自动增压控制系统都出现故障，则可通过人工控制电门，直接控制排起
16、活门运动，此时通过排起活门位置指示器监控活门的运动情况3.1.1 自动方式自动增压控制方式中输入增压控制器的信号主要来自增压控制面板、座舱压力感传感器，环境压力传感器, 气压修正机构和空地感觉机构。正常飞行有5种座舱压力程序:地面不增压程序,地面预增压程序,爬升程序,巡航程序,下降程序。座舱压力程序信号通过控制器的一个速率限制器,将高度变化率最大限制在:爬升程序时不超过500英尺/分等压或下降程序时不超过350英尺/分地面不增压程序：这是飞机在地面不增压条件下使用的才程序。此时，起落架“空/地”感应电门在“地”位，驾驶员操作的“飞行电门”在“地”位，压力控制器将输出一个使座舱高度超过停机高度大
17、约1000ft偏压信号，从而使座舱排气活门能处于全开位，飞机处于自由通风阶段，座舱高度等于机场跑道高度。地面预增压程序：这个程序用于飞机起飞前或着陆接地前进行预增压。这时，“飞行电门”处于“飞行”位，但起落架“空/地”感应电门仍在“地”位，控制器输出一个使座舱高度低于机场高度189ft的偏压信号，迫使排气活门部分关闭，座舱建立0.1psi的余压。飞机起飞后，自动接通爬升程序。 起飞爬升程序：在爬升过程中，该程序用于控制飞机从起飞到巡航高度这一阶段的座舱压力。飞机起飞离地后，起落架“空/地”感应电门切换到“空”位，控制器将根据选定的飞行高度编制出爬升程序，它使爬升过程中的每一个外界环境压力都有一
18、个要求的座舱压力与之相呼应。当环境压力变化时，这个要求的座舱压力信号通过最大余压限制器和速率限控制器送出，并与实际的座舱压力信号比较，然后不断地输出偏差信号，用以调节排气活门开度，从而实现要求的座舱压力。巡航程序：在爬升的最后阶段，当飞机所在高度的大气压力与选定飞行高度标准大气压之差等于或小于0.25psi时，开始巡航程序。在巡航状态下,若飞机设定飞行高度等于或低于28,000英尺,飞机的座舱压差稳定在7.45psi;若飞机设定飞行高度高于28,000英尺,飞机的座舱压差稳定在7.8psi, 从压差组件出来的信号进入最大压差限制器电路,此电路的作用是当内外最大压差在7.9psi以内时,飞机座舱
19、压差保持在7.8psi,若飞机上升在设定飞行高度之上并超过最大压差时,座舱高度随之上升以维持在最大压差.若座舱压差超过最大允许压差,说明后外流活门没有按照规定的程序进行开关。排气活门开度保持最小状态，以保持余压为预定值，并且不超过最大余压限制值。下降程序：当环境压力大于设定所达飞行高度的标准空气压力0.25psi。而此时飞机处于下降高度状态，控制器根据环境压力和设定着陆机场高度产生下降程序并执行下降程序直至座舱高度高于着陆高度300FT止。飞机接地后，起落架“空/地”感应电门给出飞机在地面信号，自动转化为地面预增压以控制排气活门，保持座舱高底低于着陆场地标高189ft。当停机时，将“飞行电门”
20、板到“地”位，系统自动转换为地面不增压程序，使排气活门“全开”，飞机再次处于自由通风状态，此时可打开舱门。 下图3-1为自动增压方式曲线图3-1 自动增压方式曲线图3.1.2 备用方式当自动模式控制出现异常，座舱压力控制有自动模式转换为备用模式。当座舱压力超过1.0psi，或座舱高度过高，(大于13895ft）时，座舱压力控制自动由自动模式转为备用模式。另外，如果自动系统电源故障，而备用系统电源完好时，压力控制也自动转为备用模式。在备用控制中，直流马达控制排气活门开度。备用模式也可以人为选择。设置座舱高度与压力变化速率后，将模式选择器置“备用”位，即使用备用系统控制座舱压力。飞行员在飞行中需要
21、随时根据高度与座舱高度的转换表输入与飞行高度对应的座舱高度，并根据座舱压差情况、座舱高度随时调整座舱升降速率。下图3-2为备用增压方式原理图及曲线图3-2 备用增压方式曲线图3.1.3 人工方式 人工方式包括人工交流和人工直流两种。当增压控制面板方式选择设定在人工位时，增压控面板上“MANUAL”灯亮。人工增压控制系统主要是根据客舱的实际压力和高度需求，通过人工调节作动后外流活门的开度，实现对增压系统的人工控制，并根据飞行高度与座舱高度对照表及座舱压差来达到增压的目的即使座舱高度得到一个与飞行高度相对应的值。3.2 应急增压控制当正常增压控制失效的情况下，有可能导致座舱内外的压差过大。在飞机急
22、速下降时，有可能会使座舱内的压力跟不上外界空气压力的变化，导致座舱外的压力高于座舱内的压力，产生负压。我们常把座舱内的压力高于座舱内的压力称为正压力，把座舱外的压力高于座舱内的压力称为负压。座舱内外的压力差过大会影响飞机的结构安全；座长内压力过高有可能使飞机上的乘员出现高空反应，甚至危及生命；如果飞机产生负压，有可能导致飞机结构的损伤，因为飞机座舱结构属于薄壁结构，它只能承受拉应力而机务不能承受压应力。应急增压控制包括：正压释压活门、负压活门、座舱高度警告系统和压力均衡活门。正压释压活门是在飞机座舱内外压力差超过一定值时打开，以释放多余的座舱压力，防止座舱内外压力差过大而影响飞机结构安全。负压
23、活门的主要作用是防止座舱外的压力高于座舱内的压力。座舱高度警告形同是在座舱高度高于10000ft时发出警告。压力均衡活门是安装在货舱隔板上的单向活门，允许空气快速流进或流出货舱，来保持货舱压力与客舱压力保持一致。有的飞机上正释压活门和负压活门合为一体，即一个安全释压活门可用于正压释压和负压释压。释压活门是独立于正常增压控制系统的。释压活门一般是气控气动式的，图3-3为安全警告系统部件位置。3-3 安全警告系统部件位置第4章 增压系统部件故障现象及原因分析4.1 前后排气活门卡滞 因为前排气活门油后排气活门控制，当后排气活门关闭至0.50.5度时前外流活门关闭，当后外流活门开至40.5度时前外流
24、活门打开，如果后排气活门上的开关限制电门失效，就会使前排气活门处于常关或常开位，使得前排气活门关闭指示灯常亮，不久前，多架飞机同时出现过前排气活门不工作，结果是由于后排气活门上的开关限制电门的感受弹片断造成的；如果前排气活门卡滞在开位或中间位，可能会导致客舱压差不能正常建立，使压差不能到达预定值。前排气活门的工作状态可以在地面将增压控制方式选择到人工位，人工操作后主排气活门，通过查看前排气活门的位置指示器判断其工作正常与否，综合来看，前排气活门的失效可能是由于前、后排气活门或空调继电器盒的故障引起的，要全面分析不能简单认为前排气活门工作状态不好就直接判断为其故障。后排气活门在不同的方式下接收从
25、增压控制器来的信号，通过作动交流或直流马达调节其自身的开度以保持合适的压差或座舱高度变化率，使客舱有一个舒适的环境，乘客没有压耳等不好的感受。后排气活门上不同部件的失效会导致不同的故障现象，如压差过大或压差不足、座舱高度保持不住，座舱高度变化率不正常等现象，总之会引起增压不能按预定的程序正常进行。通过地面人工操作后排气活门观察其工作状态可以确定故障。后排气活门上有交流、直流马达，在排除故障时要结合故障现象进行隔离以确认。如上所说，后排气活门的故障可能表现为前排气活门不能正常工作等现象。4.2 增压控制组件失效 增压控制器接受来自增压控制面板,座舱压力感受点,环境压力感受点,压差组件,空地感觉机
26、构的信号,这些信号在增压控制器内进行比较、放大、逻辑处理后，输出控制后外流活门交直流马达的电压信号，控制后外流活门的开度进而控制座舱压差、升降速率。如果增压控制器不能正确的对各种输入信号与实际环境压力进行比较处理，将输出错误的电压信号到交直流马达，控制后外流活门作动到不正确的开度，从而造成座舱压力与外界环境压力差值过大或过小。故增压控制器故障的可能性最大，且增压控制器的接近、更换并不复杂,故建议发现此类故障时首先与其它飞机互串增压控制器,测试后确定故障是否转移。增压控制器的故障还会导致自动方式不能正常工作而备用方式工作正常，这种现象也有很大的可能是由于后排气活门的交流马达故障而直流马达工作正常
27、引起的，可以通过把增压控制方式选择到人工交流位判断交流马达工作的正常性。组件失效的判断还可以通过串件或对其自身进行一个自检测试来进行。当然增压控制组件的故障还会引起非程序下降灯亮等故障现象。4.3 其他 B737-300飞机在2003年出现爬升、下降率大的故障现象，最后是因为右空调的ACM叶片与本体卡滞，导致右空调供气量小而引起的，期间做了大量的工作，最后在更换右空调ACM后故障得以排除。在2002年，B737-300多架飞机出现了座舱爬升率指示摆动的故障现象，最后发现是施加在爬升率指示器上的螺钉力矩不符合标准（71-2LBINCH），或是由于后外排活门的交流马达扭矩转速达不到标准，或是交流马
28、达和交流反馈同步器有故障而导致后外流活门非指令性震动也能导致座舱升降率摆动以及飞机在高空中结冰等原因造成的。供给自动方式电路的交流电故障超过14.9秒，交流电源电压低也会引起自动失效灯亮，增压控制器的自动方式工作电路故障或交流马达的故障均会引起此故障现象的产生。座舱压力变化率过大，变化率超过1PSI/分（1800英尺/分）；座舱高度超过13875英尺都将引起“自动失效”灯亮。此外，自动流量控制活门的故障也会对增压系统的正常工作造成影响。第五章 结论座舱增压控制系统得基本任务是保证在给定的飞行高度范围内，座舱的压力及其变化速率满足乘员较舒适生存的需求，而且还要保证飞机结构的安全。本文对B737-
29、300飞机增压系统进行介绍。对飞机增压系统的组成及工作原理进行了讲述，还分析了增压系统的两种控制形式。在对B737-300增压系统的维护上应着重排气活门的卡滞现象，尤其在对后排气活门排故时应注意交流马达和直流马达两种故障现象的隔离。而对于增压控制器的维护时，可通过串件或对其自身进行一个自检测试来确定故障。通过对B737-300飞机增压系统的介绍后希望大家对其有一定的认知，并对增压系统的重要性充分的认识。致谢时光飞逝，转眼三年的学习生活即将接近尾声，论文的撰写也将结束。回首在上海交通职业技术学院度过的日日夜夜，特别是撰写论文的近一年的日子，自己为有机会摆脱工作的烦恼与浮躁，静心钻研，潜心研究，并
30、取得初步研究成果而感到欣慰。欣慰之余，我要向关心和支持我学习的所有老师、同学和朋友们表示真挚的谢意！感谢他们对我的关心、关注和支持！在即将毕业离校之际，我要感谢辅导员给予我的关心和帮助以及学业上的指点,感谢陈玮导师给予我论文上的指导和帮助，感谢2009级0951B班同学的帮助和勉励。同窗之谊和手足之情，我将终生难忘！ 路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。我愿在未来的学习和研究过程中，以更加丰厚的成果来答谢曾经关心、帮助和支持过我的所有领导、老师、同学、同事和朋友。参考文献1 宋静波,飞机构造基础,航空工业出版社2 李凤娥 飞机电气系统校本教材3 BOEING 737300维修手册4 Compiled by :Sun XuanSpecial English Course For Aircraft Maintenance and Service5 6波音737-200/300型飞机座舱增压系统故障的分析与排除
