关于A320飞机客舱升降率变化大的排故分析总结.docx

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关于A320飞机客舱升降率变化大的排故分析总结

A320客舱升降率大的排故分析

一、背景介绍

2018年2月9日，机组执行东营到航班，落地后反映空中客舱增压系统异常，主要有以下两个现象：

1.巡航过程中座舱高度不断降低，达到1100FT，机组人工超控外流活门升高座舱高度；

2.飞行过程客舱升降率出现波动，伴随外流活门摆动，乘机人员明显感觉耳朵不适。

客舱增压系统是飞机重要系统，出现故障轻则影响乘机人员舒适度，重则会造成客舱释压等不安全事件。

此前我公司曾经发生过类似故障，造成客舱释压，氧气面罩脱落，机组紧急下降高度。

因此TMC针对机组反映的现象高度重视，在春运运力紧缺的关键阶段，毅然决定停场排故，并成立排故专项小组分析查找故障原因。

二、原理分析

民航客机在运行过程中巡航阶段的巡航高度会达到30000FT以上，由于高空大气压力低，空气稀薄，氧气含量少，民航客机采用客舱增压的方式为乘机人员提供舒适的客舱压力及充足的氧气。

空客A320系列飞机使用发动机引气作为主要气源，经过空调系统进行温度调节后，通过管路输送到客舱各个区域，为客舱提供合适温度的新鲜空气。

1.引气系统工作原理：

发动机引气系统的引气来源主要来源有两个，分别是中压级引气（高压压气机7级）和高压级引气（高压压气机10级）。

发动机处于低功率状态时由于中压级引气压力不足，高压阀打开，由高压级提供引气；当发动机处于高功率状态时，高压阀关闭，由中压级提供引气，经过PRV的调压和预冷器的调温后产生合适温度压力的引气，便可以供给到空调系统。

空调系统经过温度调节以及水汽分离等步骤，将合适温度的空气通过管路输送到客舱。

所以引气系统是客舱增压的源头，引气系统的故障很大程度上会对客舱增压系统产生影响。

图一

2.客舱增压系统工作原理：

1）系统部件介绍：

客舱增压系统通过计算机控制外流活门开度达到调节客舱部压力的目的。

主要部件有：

两部CPC计算机，一个外流活门（部有三个马达，两个自动操作，一个人工操作），两个安全阀，一个余压控制组件以及驾驶舱控制面板等。

客舱增压系统有两套独立工作，自动控制系统，每一套系统都可以使用CPC计算机控制外流活门开度。

外流活门安装在机身后部右下方，后货舱区域。

在自动工作模式下，CPC计算机接收FMGC和ADIRU计算机信号，通过RS422总线控制外流活门。

只有一套系统主用，另一套系统处于备份状态。

每次飞行结束后，飞机接地后70秒，飞机的增压系统主用和备份系统通过一个延时继电器自动切换。

图二

2）系统工作原理：

客舱增压系统有四个基本功能：

1.地面功能：

在地面，完全打开外流活门；

2.预增压：

起飞时，增加客舱压力以避免在抬轮时客舱压力波动；

3.飞行中增压：

调节客舱高度及变化率以便向旅客提供舒适的飞行；

4.释压：

接地后，在地面功能完全打开放气活门前，逐渐释放剩余的客舱过压。

A320系列飞机的座舱增压系统通过对客舱压力的调节，保障旅客及机组成员的舒适度，同时也确保飞机结构不因外压差过大而造成损伤，在执行航班过程中，客舱增压系统增压自动控制客舱压力，调节过程如下图所示：

图三

客舱增压系统通常使用来自FMGC的着陆标高和QNH，以及来自ADIRS的压力高度，全程自动调节客舱压力，整个过程分为以下六个阶段：

1.地面（GN）

在起飞前，以及在着陆后55秒，外流活门完全打开以保证没有任何剩余的客舱压力。

在接地时，以500英尺/分钟的客舱垂直速度释放任何剩余的客舱压力。

2.起飞（TO）

为了避免抬轮时压力突变，控制器以400英尺/分钟的速率给飞机预增压直到ΔP达到0.1PSI。

离地时，控制器开始启用爬升阶段。

3.爬升（CL）

在爬升过程中，客舱高度根据预先编程的固定法则进行变化，该法则考虑了飞机的实际爬升率。

4.巡航（CR）

在巡航过程中，控制器将客舱高度保持在平飞高度或着陆机场标高，以较高值为准。

5.下降（DE）

在下降过程中，控制器保持一个客舱下降率，这让客舱压力正好在着陆前等于着陆机场压力+0.1PSI。

最大下降率为750英尺/分钟。

6.中断（AB）

若飞机在起飞后没有爬升，中断方式防止客舱高度上升。

客舱压力设置回到起飞高度+0.1PSI。

座舱增压系统会控制座舱高度一直低于飞机的气压高度，同时还要确保外压差不超出飞机设计的限制，因此座舱增压系统是综合了目的地机场的海拔高度，飞机的实际飞行高度以及飞机结构能够承受的压差等多个因素，在压差不超限的前提下，尽可能降低客舱高度（提高客舱压力），以确保乘机人员的舒适性。

根据不同的飞行高度层，大致客舱高度如下：

图四

飞机实际运行过程中，飞机因管制指挥，航路天气等因素会可能出现飞行高度变化，一旦满足下表的条件，上述的六个增压模式会进行切换。

图五

增压系统部件数量不多，但系统控制逻辑及其工作模式复杂，尤其是针对高高原机场运行，与普通平原机场有明显差异，实际运行过程中，无论是机务维修人员还是飞行机组，都应该对该系统的工作原理非常熟悉。

三、排故过程

当日B-6455飞机机组判断飞机增压系统异常，主要有两个问题，下面将针对机组反映的异常现象逐一分析：

1.巡航过程中座舱高度不断降低，达到1100FT，机组人工超控外流活门升高座舱高度，机组认为巡航过程中座舱高度不应该下降如此之多

查阅该航段AGS译码数据，该机于2月9日执行3U8320东营到航班，相关译码数据如下：

18：

56从东营起飞

19：

12进入巡航阶段，飞机高度为21300FT，客舱高度为2800FT，ΔP为6.97

19：

20机组调节目标高度23552FT，飞机继续爬升，客舱高度为3200FT，ΔP为7.26

19：

39机组调节目标高度21696FT，下降率1000FT/MIN，飞机飞行阶段由巡航阶段转为下降阶段，客舱高度由3200FT逐步下降到1100FT，ΔP有小幅上升，后又随飞机高度下降而下降

19：

41飞机完成下降，飞行阶段由下降转为巡航，下降过程大约持续2分钟

20：

13机组人工控制增压系统，试图升高客舱高度，客舱高度上升到2200FT

20：

14机组转为自动控制增压系统，客舱高度继续下降到1100FT，直至飞机落地。

整个飞行过程，客舱增压系统无任何警告信息，ECAM显示增压系统各参数均显示绿色正常工作状态，增压系统控制逻辑未见明显异常。

但机组认为巡航过程中客舱高度不应该下降如此之多，上文系统原理中介绍过增压系统在满足特定条件时会进行增压模式切换。

图六

如上图所示，飞行过程中，当飞机以250FT/MIN的升降率改变高度，持续超过30秒，将会触发客舱增压系统增压模式由巡航模式转换为下降模式，而手册中也提到，一旦进入下降模式，增压系统控制器保持一个客舱下降率，持续下降到目的地机场机场标高附近的高度。

译码数据显示当时机组以1000FT/MIN的下降率下降超过30秒，从逻辑的角度已触发客舱增压系统增压模式由巡航模式转换为下降模式，客舱高度持续下降，根据图四中对于不同高度层大致的客舱高度，以及机场海拔高度1500FT，该机客舱增压系统自动调节到1100FT属正常现象。

另外，译码数据显示该机下降高度后未再爬升，因此也不满足触发客舱增压模式由下降模式转为巡航模式的条件（条件为：

21FT/MIN的爬升率持续60秒）

上文从系统工作原理的角度分析了客舱增压模式的转变，机组反映的第一个现象是由于飞机下降高度触发了客舱增压模式转变，造成座舱高度降低，经查阅其他飞机多个航段的译码数据，该现象时有发生，属正常现象。

2.飞行过程中客舱升降率出现波动，伴随外流活门摆动，乘机人员明显感觉耳朵不适

该故障难点在于飞机没有相关故障警告和信息，空客TSM排故手册中也无对应排故程序作参考，历史上也没有类似故障的排故记录参考。

TMC对此故障高度重视，成立专项排故小组会同机身系统室工程师共同研究排故方案。

同时，工程师采用形式求援空客AOG工程师，但空客工程师要求提供DFDR译码数据。

我公司没有DFDR数据下载专用工具，向其他公司求援借工具，下载DFDR数据花费大量时间。

结合飞行中采集的ECAM页面视频，以及AGS译码数据分析发现外流活门会出现小幅摆动，客舱升降率随之变化，这就是造成乘机人员耳朵不适原因。

但增压系统各部件无相关故障信息，工作时均为绿色可用状态，并且此前已更换过外流活门及CPC计算机，可疑部件已被排除。

经过长时间分析讨论，初步推断增压系统压力变化不是本身系统故障，而是受引气系统影响，引气系统提供的气源不稳定，造成外流活门不断调节开度以保持客舱压力。

通过查阅AGS译码数据，外流活门在飞机过程中正常状态下开度稳定在8%左右，故障时外流活门瞬间关闭到3%，又迅速打开到10%，随后渐渐稳定到8%，客舱升降率大约为750FT/MIN波动，波动间隔大约为每2分钟一次，如下图所示。

图七

外流活门摆动的同时，二发引气压力由40PSI下降到7PSI，又迅速恢复，二发PRV短时关闭5秒钟。

由此可见，二发引气活门PRV的短时异常关闭是导致客舱压力变化的根源。

此外，译码数据显示，整个飞行过程中，外流活门的摆动和PRV的异常关闭仅在17000FT以上的高空才会出现，低高度情况下系统工作正常，由此推断引气系统部件存在不明显的漏气现象，外压差大时才会出现故障。

更换二发引气系统相关部件后，故障得以彻底排除，后续执行航班随机监控正常，AGS译码数据显示各项参数均正常。

四、总结与建议

1.排故时要打开思路

针对重复性疑难故障，要参考排故程序，分析系统原理，以及各系统之间的铰联，从系统原理出发，抓住故障现象，判断系统工作状态是否正常，利用发散的思路，敢于想象和推断，才能查找到故障根源。

2.熟悉系统原理的重要性

无论是飞行机组还是机务维护人员，都应该熟悉了解客舱增压系统的工作原理及工作模式，以便于在飞行中合理处置异常情况，地面排故时能够更加快速、准确判断故障。

后续MCC将把客舱增压系统工作原理及常见异常现象加入空地交流会，机长预训班及放行人员培训课件。

3.借助译码数据协助排故

在该故障现象确认及排故整个过程，AGS译码数据起到重要作用。

通过查询飞行阶段，飞机下降率，下降时间以及客舱高度等参数确认飞机巡航阶段客舱高度降低属于正常现象；通过查看外流活门开度，发动机引气压力，引气活门开关状态等参数确认客舱压力变化是由引气压力波动引起。

没有AGS译码数据，整个排故工作将更加难以实施。

4.DFDR下载工具的必要性

事发当日，空客要求发送DFDR原始数据，但我公司目前没有DFDR下载工具，后续还需评估购买DFDR下载工具的必要性。