飞机APU外部件故障的诊断分析
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摘 要：飞机APU外部件指的是辅助动力装置，英文名称为Asist Power Unit，主要由离心涡轮发动机及发电机装置构成。飞机APU部件起到独立提供电源及压缩空气的作用，即便飞机发动机遭遇空中停车，APU凭借其功能，可以确保飞机起飞安全性。引起APU故障的因素较多，需要维护人员提高维护技巧，保障飞机安全平稳飞行，提高飞机客舱舒适度。飞机运行过程中，APU外部件极易在启动环节及运行环节出现一些故障，影响飞行安全。本文对飞机APU功用及工作原理进行分析，对部件常见故障现象进行说明，就电负载、气负载、自动关车及相关异常情况进行诊断，提出飞机APU外部件故障维护要点，以提高飞机APU性能稳定性。
关键词：APU 发动机 故障 要点
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）12（a）-0006-02
1 飞机APU概述
飞机APU除了独立提供飞机起飞及飞行中的电力及压缩空气外，还具备一定的附加推力供给作用。飞机地面起飞之前，主发动机的启动主要借助APU装置来供电，省却了地面电或气源车，飞行效率更高。在飞机客舱及飞机驾驶舱内，APU可提供照明功能及空调使用，在飞机处于地面加速阶段及高空爬升时，APU辅助飞机发电机释放全部功率，改善飞机起飞性能。
飞机APU主要是采用燃气涡轮发动机为主构成，具有恒定的工作转速，也可视为恒速发动机。在外部件组成上，除了发电机外，还有气动负载压气机及减速齿轮箱。飞机APU的核心部件是ECU及FCU，在APU功能上主要由ECU控制，在功能监测上，经由内置自检系统实现。APU在启动阶段、加速阶段及恒速运转阶段所需的燃油流量，由FCU进行分配，借助流量分配器及电磁活门完成。
2 飞机APU外部件故障分类
不管是波音737系列还是空客A320系列，较为常见的机型在APU使用中，外部件发生故障的概率总体属于较高状态。APU外部件故障分布在APU启动及运行过程中，如出现引气压力过低或引气失稳不可用，难以对发动机及空调实施启动，故障原因常见于APU引气系统。如出现无法供电、电压频率失稳或自动掉电，故障原因集中于APU供电系统环节。简言之，飞机APU外部件故障多发于APU启动及运行过程中。
3 飞机APU外部件故障诊断分析要点
各系列飞机在实际维护时，APU故障的发生概率依然较高，在故障现象表现上，一般较为明显，在诊断、维护及排除时较简单，但一些故障产生的原因较多样，需要在诊断时考虑更多方面。简要分析APU外部件故障诊断要点：
3.1 飞机APU启动环节故障及诊断
飞机APU启动的步骤流程如下：将飞机APU电门旋至START位置，释放操作，APU开关归于ON位，APU燃油关断活门及APU进气道门由ECU打开。待APU进气道门打开完毕，闭合门上电门，将道门打开信号发于ECU，ECU再传输信号给SCU，SCU给SPU下发270V直流电供电指令。最后，通过SCU，实现270V直流电向270V交流电的转换，完成飞机发动机供电。
在飞机APU启动环节，最常见到的故障时APU启动失败，或APU启动时提示P5，P8信息，即ECU、SPU、SCU、FCU、点火系统、火警探测器等部件存在故障[2]。如APU需要多次启动方能成功，而无提示信息出现，但通过ECU自检系统能够发现故障信息，则多为ECU内部出现间歇性故障。在对此进行诊断维护时，应对APU滑油冷却进气道进行检查，清理杂物，查看是否气路出现阻塞。如进气道无异常，考虑故障所在为FCU、起动发电机或点火系统，根据检修手册对上述部件做检查。通常而言，如FCU部件在供油上出现故障，会连带发动机失去转速，引起APU无法启动。此外，在启动APU时，如“FAULT”指示灯亮，考虑启动发动机存在故障、点火激励器、点火电嘴或SCU出现故障。在故障分布上，如APU关位卡死或进气门动作筒无法开启，也会导致APU启动失败。最后，APU启动并正常运行，但出现可供气无法供电的问题，此时考虑原因为起动发电机故障。
3.2 飞机APU运行环节故障及诊断
飞机APU及外部件在成功启动并运行后，也会伴随有一定的故障概率，故障类型主要涉及到电负载和气负载[3]。
首先，电负载。APU供电故障最常见的表现是自动掉电，APU启动后即有电源马上失效的状况出现。APU电负载能够显示故障信息，诊断维护较为简单，但如没有故障信息提示，要对故障现象做好周密分析。一是考虑起动发动机故障，如继电器间歇性故障及非开关等。一般情况看，起动发电机存在故障，会同步伴随MAINT指示灯亮。二是如起动发电机无问题，电源仍然失效，应考虑故障部位是否存在GCB部件。另外，本着全面诊断的原则，还应对FCU故障连带引起的掉电概率进行评估。
其次，气负载。引气压力低会导致APU出现气负载或引气无法使用，引气压力失稳等。APU引气系统中的BAV、IGV、SCV、压力传感器、负载压气机等部件在运行中存在一定的故障幾率。对BAV、SCV、压力传感器及IGVA的检测诊断可记住BITE及ECU实现。IGV及负载压气机属于非航线可更换件。飞机APU组件出现引气压力故障，检查进气门，如正常，考虑引气活门性能故障。如增压不足或引气量不足，对发动机压气机进行检查，查看是否存在烧蚀及掉块问题。如出现引气缺失或引气不可用，要通过CDU对故障信息进行读取，查看BAV是否关断或卡死，对部件故障记录进行查阅，同步检查压力传感器的清洁度。如APU启动成功，引气在接通后出现电压频率下降并掉电，此时主要诊断FCU，查看其性能表现，是否存在供油不顺畅而引发转速丢失或掉电问题。如引气压力失稳，一是检查进气道的洁净度，二是检查引气管路是否存在泄漏脱开，三是诊断SCV。
3.3 飞机APU自动关车及其他故障诊断
飞机APU外部件自动关车现象并不罕见，引发此问题的原因也较多，通常出现自动关车故障会同步伴随故障灯、EGT超限、火警、超速灯亮等提示信息，通过CDU也能够获取到故障信息。从历史故障看，因ECU故障引发、滑油冷却器洁净度差、滑油滤阻塞或超温、APU磨损或堵塞而导致APU自动关车的案例都广泛存在。在诊断时可主要围绕以上几方面进行专项维护。
除此之外，飞机APU外部件还可能会出现燃油增压泵开关跳出、MAINT灯亮、APU关断失败、APU关车异响等其他故障现象[4]。如MAINT灯亮，可采用CDU套取故障代码进行测验，对滑油量进行检查等方法诊断。也可重启APU或进行ECU测试。最后，考虑飞机APU起动发电机及滑油量传感器部位出现故障。
4 结语
飞机APU外部件作为飞机设备重要构件，对保障飞行安全作用显著。在APU维护时，应熟练掌握维护手册，规范维修操作行为，严格参照相关规范流程对故障进行识别及排除，保障APU性能不受损失。针对不同类型的APU故障，应结合故障特点寻找维修方法，总结维护经验，根据飞机型号及实际运行，建立APU维护制度机制，提高日常维护精度及效率，从而优化飞机检修运营成本。
参考文献
[1] 巢青，傅鑫，程卫国，等.微型燃气轮机发电机与APU发展现状及关键部件研究进展[J].燃气涡轮试验与研究，2015（2）：53-56.
[2] 刘耀武.737NG飞机APU常见故障分析[J].军民两用技术与产品，2014（19）：6，27.
[3] 汪凌飞.民用飞机地面APU防火控制板设计研究[J].科技视界，2019（16）：30-31.
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