1、上海交通職業技術學院畢業論文b737-300增壓系統結構工作原理與故障分析姓 名： 張靈 專 業： 航空機電設備維修 班 級: 0951b 學 號： 48 完成日期： 2012.3 指導教師: 陳瑋 摘 要隨著航空工業技術的發展和民航客機的現代化、大型化，飛機環境控制系統的地位日趨重要，設備更加完善。一個良好的座艙環境，不僅關系到機上人員的生命安全，而且舒適的座艙條件還可以提高旅客的上座率，因而保持座艙環境控制系統的正常工作是機務維護的重要內容之一。本文主要講述了飛機的增壓系統。在講述了增壓系統的作用之后，還介紹了增壓系統的組成和功用，以及增壓系統的工作原理，并對b737- 300進行了簡單的

2、介紹，最后還對增壓系統的部分故障的現象和原因進行了分析。關鍵詞：b737飛機 增壓系統 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目錄摘要-iabstract-ii第1章 緒論-1第2章 增壓系統的組成及工作原理-3 2.1 增壓系統的組成3 2.2 電子式增壓控制器4 2.3 排氣活門5 2.4 增壓控制系統壓力調節的基本原理6第3章 增壓系統的控制形式-73.1 正常增壓控制73.2 應急增壓控制10第4章 增壓系統部件故障現象及原因分析-12 4.1 前后排氣活門卡滯12 4.2 增壓控制組件失效12 4.3 其他13第5章 結論-14致謝-15參考文獻-16第1章 緒論波音737-300為標準型

6、，機身比200型加長2.64米（機翼前機身加長1.12米，機翼后機身加長1.52米，共加長2.64米），適合中短程航線，改用cfm-56高涵道比渦輪風扇發動機，噪音和經濟性得到大大改善，而且推力比jt8d更高。該機型最大起飛重量為61234kg，最大著陸重量為51709kg，最大無油重量為48307kg，經濟布局載客149人，最大載重航程2993公里，最大燃油航程4175公里，最大巡航速度831公里/小時,正常巡航速度738公里/小時,發動機的推力為22000lb。該機型于1981年3月正式開始研制，1983年中開始總裝，1984年1月第一架原型機出廠，同年2月24日首次試飛，11月28日首次

7、交付使用。為給飛機提供一個舒適的座艙環境，除了對座艙空氣的溫度、濕度、流量進行調節外，還必須保證座艙空氣的壓力符合要求，這對于高空飛行的飛機尤為重要。從滿足機上人員的勝利需要來說，在任何飛行高度上，座艙壓力如能始終保持相當于海平面的大氣壓力則為最佳；從飛機結構來說，又于高空飛行時座艙內外的壓差很大，座艙結構必須十分牢固，因而會大大增加飛機的結構重量，此外，氣密座艙一旦在空中損壞，會形成爆炸減壓而危及人員的生命安全。因此，必須兼顧這兩方面的要求，合理選擇座艙壓力隨飛機飛行高度而變化的規律。增壓系統是設計用來在所有飛行條件下，在不超過飛機結構強度限制的條件下，向旅客提供受控制的環境。由發動機引氣進

8、行增壓，并由空調系統進行增壓空氣的分配，由空調系統的組件向增壓系統提供氣源。增壓系統通過機身上的排起活門調節空氣流量來控制座艙壓力。該系統盡可能地提供保持座艙氣壓接近海平面高度上氣壓，或者等同于目的機場海拔高度氣壓，因此，在飛行的所有的飛行條件下，為旅客提供安全舒適的座艙環境。 第2章 增壓系統的組成及工作原理2.1 增壓系統的組成現代飛機的座艙壓力調節都是與溫度調節系統一起由空調組件供氣，而后通過某些活門而實現壓力調節的。圖2-1為典型的雙發動機飛機座艙增壓系統的基本組成。圖2-1 飛機增壓系統的基本組成座艙的增壓部分是密封的，稱為增壓艙。增壓系統是通過控制從機身排出的空氣流量而達到控制空氣

9、壓力的目的。它的主要控制和指揮部件是壓力控制器，執行部件是排氣活門。另外，控制系統包括：控制面板（用于增壓系統各種方式和參數的選擇）、控制器（接收面板輸入信號結合環境參數設定增壓程序并通過對排氣活門的控制實現增壓程序）、排氣活門（由控制器控制座艙外排空氣流量實現增壓）。應急系統包括：兩個安全釋壓活門（防止座艙壓差超過8.65psi）、一個負壓釋壓活門（防止壓差超過-1psi）、座艙警告系統（座艙高度超過10000ft時提供音響警告）。排氣活門包括前外流活門和后外流活門。前外流活門受再循環風扇和后外流活門控制。再循環風扇工作時前外流活門關閉不受后外流活門控制。再循環風扇不工作時受后外流活門控制，

10、當后外流活門關閉至0.50.5度時前外流活門關閉，當后外流活門開至40.5度時前外流活門打開。整個增壓系統的工作，一般可分為正常增壓控制和應急增壓控制兩種情況。正常增壓控制通常有自動、備用和手動三種狀態；應急增壓控制一般有三種可能，一是當座艙與外界環境空氣的壓差超過規定值時，由安全釋壓活門釋壓，二是當外界氣壓大于座艙時，由負壓釋壓活門釋壓，三是當座艙壓力減小，即飛機座艙高度超過規定值時，有座艙高度警告系統向駕駛員發出警告信號。如圖2-2所示為增壓控制系統圖圖2-2 增壓控制系統圖2.2 電子式增壓控制器自動增壓系統的工作由增壓控制器控制。在電子式增壓控制器內有三個主要的控制電路，即座艙高度控制

11、電路、速率控制電路和壓差控制電路。2.2.1 座艙高度控制電路用于控制座艙內的壓力即座艙高度，使其等于預定值。當座艙高度與預定的座艙高度不同時，控制器會輸出控制信號到排氣活門。如果當前的座艙高度低于預定的座艙高度，則高度電路會輸出一個使排氣活門開大的信號；如果當前的座艙高度高于預定的座艙高度，則高度電路輸出一個使排氣活門關小的信號。2.2.2 速率控制電路用于控制座艙高度的變化速率，使其不超過預定的最大值。如果座艙高度變化速率超過預定值時，速率控制電路輸出控制信號到排氣活門，開大（或關小）排起活門，調節座艙高度變化率在預定范圍內。2.2.3 壓差控制電路用于限制座艙內外的壓力差，使其不超過規定

12、的最大值。如果座艙內、外壓差超過規定的最大值時，壓差電路輸出一個控制信號到排氣活門，使其開大，防止座艙壓差超過最大值。2.3 排氣活門排氣活門用于正常增壓控制，調節座艙空氣的排氣量。現代大中型民航客機的排氣活門一般是由電機驅動，通常由交流和直流電機驅動。排氣活門接受增壓控制器的指令信號工作。波音737型飛機前后各裝有一個排氣活門，兩活門構造相同。前排氣活門輔助后排氣活門工作，它接收后排氣活門的控制信號來進行作動。后排氣活門（如圖2-3位于機身尾部右側）作為主要的排氣活門，在工作過程中，它經常處于調節狀態，用于調節座艙內的空氣壓力。當它在全開位置時，可以回收一部分推力；但當飛機處于巡航狀態時，活

13、門開度很小，以滿足發動機經濟性的要求。圖2-3 后排氣活門排氣活門作為壓力控制系統的主要執行部件，其工作的正常與否關系到整個座艙壓力的穩定，要將所有可能的故障原因都考慮在內，力求將其可靠性恢復到設計時的水平。（圖2-4為后外流活門的三種工作狀態）圖2-4 后外流活門的三種狀態2.4 增壓控制系統壓力調節的基本原理 大氣通風式座艙是利用發動機壓氣機引氣向座艙供氣，然后通過增壓系統的控制，去改變座艙的排氣量而調節座艙壓力的。如圖2-3所示，若對座艙的供氣量gg等于排氣量gp與漏氣量g1之和，則座艙壓力pc穩定不變；若不相等，則座艙壓力會升高或降低。因此當供氣量不變時，將排氣活門關小，座艙壓力便會升

14、高；反之，將排氣活門開大，座艙壓力便會降低。然而，當座艙供氣量或排氣量變化時，座艙壓力變化速度也會劇烈變化。其變化關系可由座艙氣態方程式得出pcv=gcrtc式中r為氣體常數；v為座艙空氣容積；tc座艙空氣溫度；gc為座艙空氣重量。由于r、v不變，當假定座艙溫度tc未變時，則dpc/dt=rtc/v dgc/dt即座艙壓力變化率與座艙空氣量的變化率成正比。所以，在調節座艙壓力時，必須同時滿足壓力變化率的要求，這些任務都是通過改變排氣活門的流通面積調節排氣量而實現的。第3章 飛機增壓系統的控制形式3.1 正常增壓控制正常增壓控制系統是通過控制排起活門的開度控制座艙壓力。現代飛機上一般有三種增壓控

15、制方式：自動方式、備用方式和人工方式；自動控制方式是在起飛前輸入飛機巡航高度和著陸機場高度信號后，飛機的增壓控制系統完全自動工作。在自動工作方式下，增壓系統的工作由增壓控制器控制。增壓控制器接受座艙高度、座艙高度變化率、座艙壓力、外界大氣壓力、空地感應機構的空地信號及控制方式等信號，綜合處理后，向排起活門發出指令，控制排起活門的運動以及增壓控制。現代民航客機的排起活門大多由電機作動，采用直流電機和交流電機。為了保證增壓控制系統的可靠工作，現代飛機一般采用兩套自動增壓系統，如果一套增壓系統出現故障，可自動轉換到另外一套系統工作。如兩套自動增壓控制系統都出現故障，則可通過人工控制電門，直接控制排起

16、活門運動，此時通過排起活門位置指示器監控活門的運動情況3.1.1 自動方式自動增壓控制方式中輸入增壓控制器的信號主要來自增壓控制面板、座艙壓力感傳感器，環境壓力傳感器, 氣壓修正機構和空地感覺機構。正常飛行有5種座艙壓力程序:地面不增壓程序,地面預增壓程序,爬升程序,巡航程序,下降程序。座艙壓力程序信號通過控制器的一個速率限制器,將高度變化率最大限制在:爬升程序時不超過500英尺/分等壓或下降程序時不超過350英尺/分地面不增壓程序：這是飛機在地面不增壓條件下使用的才程序。此時，起落架“空/地”感應電門在“地”位，駕駛員操作的“飛行電門”在“地”位，壓力控制器將輸出一個使座艙高度超過停機高度大

17、約1000ft偏壓信號，從而使座艙排氣活門能處于全開位，飛機處于自由通風階段，座艙高度等于機場跑道高度。地面預增壓程序：這個程序用于飛機起飛前或著陸接地前進行預增壓。這時，“飛行電門”處于“飛行”位，但起落架“空/地”感應電門仍在“地”位，控制器輸出一個使座艙高度低于機場高度189ft的偏壓信號，迫使排氣活門部分關閉，座艙建立0.1psi的余壓。飛機起飛后，自動接通爬升程序。 起飛爬升程序：在爬升過程中，該程序用于控制飛機從起飛到巡航高度這一階段的座艙壓力。飛機起飛離地后，起落架“空/地”感應電門切換到“空”位，控制器將根據選定的飛行高度編制出爬升程序，它使爬升過程中的每一個外界環境壓力都有一

18、個要求的座艙壓力與之相呼應。當環境壓力變化時，這個要求的座艙壓力信號通過最大余壓限制器和速率限控制器送出，并與實際的座艙壓力信號比較，然后不斷地輸出偏差信號，用以調節排氣活門開度，從而實現要求的座艙壓力。巡航程序：在爬升的最后階段，當飛機所在高度的大氣壓力與選定飛行高度標準大氣壓之差等于或小于0.25psi時，開始巡航程序。在巡航狀態下,若飛機設定飛行高度等于或低于28,000英尺,飛機的座艙壓差穩定在7.45psi;若飛機設定飛行高度高于28,000英尺,飛機的座艙壓差穩定在7.8psi, 從壓差組件出來的信號進入最大壓差限制器電路,此電路的作用是當內外最大壓差在7.9psi以內時,飛機座艙

19、壓差保持在7.8psi,若飛機上升在設定飛行高度之上并超過最大壓差時,座艙高度隨之上升以維持在最大壓差.若座艙壓差超過最大允許壓差,說明后外流活門沒有按照規定的程序進行開關。排氣活門開度保持最小狀態，以保持余壓為預定值，并且不超過最大余壓限制值。下降程序：當環境壓力大于設定所達飛行高度的標準空氣壓力0.25psi。而此時飛機處于下降高度狀態，控制器根據環境壓力和設定著陸機場高度產生下降程序并執行下降程序直至座艙高度高于著陸高度300ft止。飛機接地后，起落架“空/地”感應電門給出飛機在地面信號，自動轉化為地面預增壓以控制排氣活門，保持座艙高底低于著陸場地標高189ft。當停機時，將“飛行電門”

20、板到“地”位，系統自動轉換為地面不增壓程序，使排氣活門“全開”，飛機再次處于自由通風狀態，此時可打開艙門。 下圖3-1為自動增壓方式曲線圖3-1 自動增壓方式曲線圖3.1.2 備用方式當自動模式控制出現異常，座艙壓力控制有自動模式轉換為備用模式。當座艙壓力超過1.0psi，或座艙高度過高，(大于13895ft）時，座艙壓力控制自動由自動模式轉為備用模式。另外，如果自動系統電源故障，而備用系統電源完好時，壓力控制也自動轉為備用模式。在備用控制中，直流馬達控制排氣活門開度。備用模式也可以人為選擇。設置座艙高度與壓力變化速率后，將模式選擇器置“備用”位，即使用備用系統控制座艙壓力。飛行員在飛行中需要

21、隨時根據高度與座艙高度的轉換表輸入與飛行高度對應的座艙高度，并根據座艙壓差情況、座艙高度隨時調整座艙升降速率。下圖3-2為備用增壓方式原理圖及曲線圖3-2 備用增壓方式曲線圖3.1.3 人工方式 人工方式包括人工交流和人工直流兩種。當增壓控制面板方式選擇設定在人工位時，增壓控面板上“manual”燈亮。人工增壓控制系統主要是根據客艙的實際壓力和高度需求，通過人工調節作動后外流活門的開度，實現對增壓系統的人工控制，并根據飛行高度與座艙高度對照表及座艙壓差來達到增壓的目的即使座艙高度得到一個與飛行高度相對應的值。3.2 應急增壓控制當正常增壓控制失效的情況下，有可能導致座艙內外的壓差過大。在飛機急

22、速下降時，有可能會使座艙內的壓力跟不上外界空氣壓力的變化，導致座艙外的壓力高于座艙內的壓力，產生負壓。我們常把座艙內的壓力高于座艙內的壓力稱為正壓力，把座艙外的壓力高于座艙內的壓力稱為負壓。座艙內外的壓力差過大會影響飛機的結構安全；座長內壓力過高有可能使飛機上的乘員出現高空反應，甚至危及生命；如果飛機產生負壓，有可能導致飛機結構的損傷，因為飛機座艙結構屬于薄壁結構，它只能承受拉應力而機務不能承受壓應力。應急增壓控制包括：正壓釋壓活門、負壓活門、座艙高度警告系統和壓力均衡活門。正壓釋壓活門是在飛機座艙內外壓力差超過一定值時打開，以釋放多余的座艙壓力，防止座艙內外壓力差過大而影響飛機結構安全。負壓

23、活門的主要作用是防止座艙外的壓力高于座艙內的壓力。座艙高度警告形同是在座艙高度高于10000ft時發出警告。壓力均衡活門是安裝在貨艙隔板上的單向活門，允許空氣快速流進或流出貨艙，來保持貨艙壓力與客艙壓力保持一致。有的飛機上正釋壓活門和負壓活門合為一體，即一個安全釋壓活門可用于正壓釋壓和負壓釋壓。釋壓活門是獨立于正常增壓控制系統的。釋壓活門一般是氣控氣動式的，圖3-3為安全警告系統部件位置。3-3 安全警告系統部件位置第4章 增壓系統部件故障現象及原因分析4.1 前后排氣活門卡滯 因為前排氣活門油后排氣活門控制，當后排氣活門關閉至0.50.5度時前外流活門關閉，當后外流活門開至40.5度時前外流

24、活門打開，如果后排氣活門上的開關限制電門失效，就會使前排氣活門處于常關或常開位，使得前排氣活門關閉指示燈常亮，不久前，多架飛機同時出現過前排氣活門不工作，結果是由于后排氣活門上的開關限制電門的感受彈片斷造成的；如果前排氣活門卡滯在開位或中間位，可能會導致客艙壓差不能正常建立，使壓差不能到達預定值。前排氣活門的工作狀態可以在地面將增壓控制方式選擇到人工位，人工操作后主排氣活門，通過查看前排氣活門的位置指示器判斷其工作正常與否，綜合來看，前排氣活門的失效可能是由于前、后排氣活門或空調繼電器盒的故障引起的，要全面分析不能簡單認為前排氣活門工作狀態不好就直接判斷為其故障。后排氣活門在不同的方式下接收從

25、增壓控制器來的信號，通過作動交流或直流馬達調節其自身的開度以保持合適的壓差或座艙高度變化率，使客艙有一個舒適的環境，乘客沒有壓耳等不好的感受。后排氣活門上不同部件的失效會導致不同的故障現象，如壓差過大或壓差不足、座艙高度保持不住，座艙高度變化率不正常等現象，總之會引起增壓不能按預定的程序正常進行。通過地面人工操作后排氣活門觀察其工作狀態可以確定故障。后排氣活門上有交流、直流馬達，在排除故障時要結合故障現象進行隔離以確認。如上所說，后排氣活門的故障可能表現為前排氣活門不能正常工作等現象。4.2 增壓控制組件失效 增壓控制器接受來自增壓控制面板,座艙壓力感受點,環境壓力感受點,壓差組件,空地感覺機

26、構的信號,這些信號在增壓控制器內進行比較、放大、邏輯處理后，輸出控制后外流活門交直流馬達的電壓信號，控制后外流活門的開度進而控制座艙壓差、升降速率。如果增壓控制器不能正確的對各種輸入信號與實際環境壓力進行比較處理，將輸出錯誤的電壓信號到交直流馬達，控制后外流活門作動到不正確的開度，從而造成座艙壓力與外界環境壓力差值過大或過小。故增壓控制器故障的可能性最大，且增壓控制器的接近、更換并不復雜,故建議發現此類故障時首先與其它飛機互串增壓控制器,測試后確定故障是否轉移。增壓控制器的故障還會導致自動方式不能正常工作而備用方式工作正常，這種現象也有很大的可能是由于后排氣活門的交流馬達故障而直流馬達工作正常

27、引起的，可以通過把增壓控制方式選擇到人工交流位判斷交流馬達工作的正常性。組件失效的判斷還可以通過串件或對其自身進行一個自檢測試來進行。當然增壓控制組件的故障還會引起非程序下降燈亮等故障現象。4.3 其他 b737-300飛機在2003年出現爬升、下降率大的故障現象，最后是因為右空調的acm葉片與本體卡滯，導致右空調供氣量小而引起的，期間做了大量的工作，最后在更換右空調acm后故障得以排除。在2002年，b737-300多架飛機出現了座艙爬升率指示擺動的故障現象，最后發現是施加在爬升率指示器上的螺釘力矩不符合標準（71-2lbinch），或是由于后外排活門的交流馬達扭矩轉速達不到標準，或是交流馬達和交流反饋同步器有故障而導致后外流活門非指令性震動也能導致座艙升降率擺動以及飛機在高空中結冰等原因造成的。供給自動方式電路的交流電故障超過14.9秒，交流電源電壓低也會引起自動失效燈亮，增壓