A320系列飞机大气数据系统常见故障分析与处理-深圳

1A320系列飞机大气数据系统常见故障分析与处理FaultAnalysisaboutA320SeriesAircraftsAirDataSystem南航深圳分公司飞机维修厂万晓云【摘要】针对A320系列飞机大气数据系统常见的故障情况，本文结合系统工作原理、工程技术资料、机组操作要求和自身维护经验，对故障原因、故障可能造成的后果和维修措施进行深入、细致地分析。【正文】A320系列飞机的大气数据系统主要由三个ADIRU(大气数据惯性基准组件)、八个ADM（大气数据组件）、安装在飞机外部的传感器以及连接这些部件的气管路组成，飞机外部的传感器包括三个皮托管、六个静压孔、三个AOA（迎角）传感器和两个TAT（总温）探头，这些传感器感受并探测飞机外部的大气情况，最终由ADIRU计算并获得飞机的大气数据，供机组和飞机其它系统使用。常见故障情况及分析1、气压高度误差大气压高度数据的准确性取决于测量静压、ADM、ADR、飞机的迎角值、马赫数和襟缝翼位置数据。当某一侧气压高度误差太大时，机组通常会有左右高度不一致的故障反映，如果此时没有明确的故障信息，维护人员可以首先查阅FCOM（机组操作手册）中高度容差的允许范围，如果容差在允许范围之内，则可以不用排故。在需要排故时，通常以ADR3的气压高度为参考来判断哪一侧的数据误差大，但当ADR3的气压高度介于ADR1、2中间时，有时难以判断，这时可以通过机组与地面管制员联系由地面测高雷达来确认飞机此时的精确高度。在排故时，对相关部位进行详细目视检查必不可少，如检查静压孔周围飞机蒙皮的气动光洁度、AOA传感器有无外部损伤、静压孔有无堵塞、连接静压孔或ADM的气管快卸接头有无松动和漏气等。静压管路漏气会使机内增压空气进入管路，导致测量静压增大，气压高度变小，这在地面上通过渗漏测试可以检测出来。如果以上检查均正常，可以考虑与其它飞机对串怀疑的ADM并飞行观察，以及在空中对迎角传感器的数值进行采样检查来确认是否是ADM或AOA的问题。需要指出的是，当飞机进入气动不对称飞行如侧滑时，会有左右高度指示不一致的现象，这是正常的。另外，ADR3计算的气压高度误差通常要比ADR1、2的要大，一方面这与备用静压孔的安装位置有关，另一方面是AOA3传感器容易受到外界气流干扰。如早期的A320飞机由于机长位皮托管的安装位置偏高，当飞机以某个迎角姿态飞行时，流经机长位皮托管的尾流会对AOA3传感器的风刀造成扰动，从而降低AOA3传感器的测量精度，影响静压源误差修正（SSEC）的效果，造成ADR3计算的气压高度误差增大，为此空客公司针对这些飞机ADR3要满足RVSM（减小垂直高度间隔）运行要求提出了具体的改装方案，其中有一项内容就是将机长位皮托管的安装位置往下进行调整，以消除尾流对AOA3传感器的影响。2、空速误差大或空速波动2空速数据的准确性不仅取决于测量静压、ADM、ADR、迎角值和襟缝翼位置数据，还取决于测量总压。不准确的迎角值和襟缝翼位置数据对气压高度计算造成的误差会远大于空速。对于左右空速不一致的故障反映，如果没有明确的故障信息，并且容差在FCOM的允许范围之内，同样可以不用排故。在湍流中飞行，飞机往往会有左右空速不一致的现象，这也是正常的。尽管从皮托管来的测量总压不需要修正，但皮托管的工作状况会直接影响总压测量的准确性。以A320飞机最常见的Thales公司件号C16195AA的皮托管为例，该皮托管中段设有两个排水孔，在序号4760以下的皮托管中，约有30％的皮托管厂家在对排水孔钻孔后管腔内壁残留毛刺，这些毛刺将会导致管内排水孔周围容易堆积异物，时间长后极易堵塞排水孔，雨季时管内排水不畅将直接影响空速测量的准确性。为此Thales公司在2002年专门发布了清除管腔内壁毛刺的服务信函SIL34-086，空客公司在2006年的MPD（维修计划文件）中也增加了对皮托管排水孔每6000飞行小时定期清洁的工作。皮托管使用时间长后，氧化导致管腔内壁凹凸不平，一旦遭受大雨，管内残留的雨水极易堵塞气路，造成测量总压减小，空速指示波动或急剧下降，甚至触发假失速警告，这在日常维护中已经多次遇到，在吹通管路后系统即恢复正常。对于使用时间长、氧化严重的皮托管则必须更换。针对件号C16195AA的皮托管在恶劣气候条件下容易出现空速异常的情况，Thales公司在2005年对该皮托管的外表保护涂层和内部结构进行了设计改进，改进后的皮托管件号为C16195BA，其外表的防腐能力和内部结构对雨水的排除将显著增强（见图1）。图1、皮托管改进前、后的内部结构同样，管路漏气也会对空速造成影响，静压管路漏气将导致测量静压增大，由于总压不变，动压必将减小，空速减小。总压管路漏气将导致测量总压增大，空速必然增大。在遇到有空速误差的故障反映时，要针对误差的不同情况对相应的管路进行渗漏检查。3、AOA传感器精度下降或故障AOA传感器的测量精度相当重要，AOA数据的不准确将导致气压高度、空速、性能速度（如绿点速度、最小可选择速度、迎角保护速度、最大迎角速度等）、FAC（飞行增稳计算机）计算的总重、迎角平台与迎角保护门限值等数据产生误差，误差严重的话还将导致失速警告、自动驾驶和自动油门断开、飞行控制系统进入备用法则等。飞机的迎角值（AOAref）应当是飞机的俯仰角（PITCH）与飞行航路角（FPA）的差值，即AOAref＝PITCH－FPA。三个AOA传感器由于安装位置和各自精度的不同，测量得到的AOA值也可能各不相同，一般要求每个AOA测量值与AOAref的误差都不能超过±0.5度，如果误差超过允许范围，目前ADIRU的BITE（机内自测试）部分都能探测到并给出相应的维护信息，需要强调的是，如果AOA传感器本身的故障将导致ADR也故障，此时ADIRSCDU上ADR电门的故障灯将点亮。AOA传感器安装在飞机外部，容易遭受雷击，此外由于长期暴露在高速气流中，传感器的风刀等部位容易出现风蚀、脱胶现象，从而导致风刀的动平衡性能变差，传感器测量精度下降。06年我机队一架A320飞机机组多次反映PFD（主飞行显示器）上FAC计算的性能速度误差大，通过AIDS（飞机综合数据系统）3ALPHACALLUP功能在空中对三个AOA传感器的数值采样检查，发现AOA3的误差最大达到0.8度，在更换了AOA3传感器后故障彻底排除。在飞机的日常维护中，人为擦碰也经常造成AOA传感器的损伤和非定期拆换。4、TAT探头故障飞机的TAT探头虽然只有两个，但都是双单元体传感器，左TAT探头分别提供信号给ADR1和3,右TAT探头只提供其中一路信号给ADR2。TAT探头提供的信号主要用于静温（SAT）和真空速（TAS）的计算，以及发动机的减推力起飞及发动机控制。TAT1探头内部一个单元体传感器故障后通常对飞行没有太大影响，但如果内部两个单元体传感器都出现故障，将导致空中双套自动驾驶和飞行指引仪断开、第一套方向舵行程限制功能失效，此故障在06年本公司A320/A319机队中已出现2次，由于目前我公司机队ELAC（升降舵副翼计算机）均为StandardL81型，所以故障时没有导致飞行控制系统进入备用法则。5、维护信息或状态信息在飞机的起飞加速阶段（100节到200节之间），三部ADR交叉比较各自传感器的输入数据，当数据相差超过门限时（静压相差2Hpa（ADR1/2）或5Hpa（ADR3），总压相差5Hpa，指示AOA相差4度，TAT相差3度），ADR产生相应的维护信息。当飞行中遭遇恶劣天气时，这种输入交叉比较经常会超出门限而导致维护信息的产生。ADRs的输出数据供AFS（自动飞行系统）使用，AFS对ADRs的输出数据进行交叉比较，当相差超过门限时，AFS将触发“ADIRU1/2/3DISAGREE（ADIRU1/2/3不一致）”的维护信息或“CAT3DUALINOP（3类双通道着陆不工作）”的状态信息。04年我机队一架A320飞机出现“CAT3DUALINOP”的信息，信息时有时无，先后对串了十几部计算机都无效，最后地面检查发现ADR3的气压高度误差太大，判断为ADM（19FP8）性能下降，在更换了ADM后故障最终排除（见图2）。图2、安装在前电子设备舱中的ADM（19FP8）6、机长或副驾驶位的ADR和IR同时故障A320系列飞机共有3个ADIRU，每个ADIRU都有ADR和IR两部分组成，它们之间数据相互连接的情况为：每个IR都接收3个ADR的输出，但在正常情况下，IR优先使用本边ADR的输出；每个ADR都接收另外2个ADR的输出数据以相互比较（见图3）。当机长位或副驾驶位的IR或ADR故障时，机组可以通过ADIRS的转换旋纽（ATTHDG开关和AIRDATA开关）来恢复失效边的数据。4图3、三个ADIRU之间数据总线的相互连接机长或副驾驶位的ADR和IR同时故障时，机组转换ATTHDG和AIRDATA开关的不同顺序却会导致不同的后果。2005年底，我机队一架A320飞机空中出现ADR1+IR1故障，机组先后将ATTHDG电门和AIRDATA电门置于CAPT3位，结果造成A/P、A/THR自动断开，近地警告系统和第一套偏航阻尼系统故障，左座失去飞机姿态及飞行数据，航图失效，右座航图不刷新，飞机失去自动导航功能，机组人工操纵飞机在空管部门的雷达引导下使用VOR、NDB等原始数据飞行并着陆。分析其原因，如Vzbi(来自IR的惯性垂直速度)是由Vacc(来自IR的垂直加速度)、Hi(来自IR的惯性高度)和Hb(来自ADR的气压高度)来进行计算的，当ADR1＋IR1故障时，如果人工先将ATTHDG开关置CAPT3位，则ADR1→IR3，IR3使用ADR1的输出计算Vzbi，由于ADR1故障，所以IR3的Vzbi为NCD（无计算数据），结果是ADR1＋IR1＋IR3都有问题，导致了AFS和其它系统的故障。而如果人工先将AIRDATA开关置CAPT3位，则ADR3→IR1，由于此时ADR3→IR3，IR3仍可使用ADR3的输出来计算Vzbi，则最终结果仍只是ADR1＋IR1故障，AFS等系统不受影响。在FCOM中明确要求：当同一个ADIRU的ADR和IR同时故障时，必须首先执行ADR故障后的程序，即首先转换AIRDATA开关，然后再转换ATTHDG开关。知晓并理解这一点，对于维护人员判断、分析和排除故障十分重要。7、两个ADR输出错误以及极端情况当一个ADR输出错误而其它两个ADR正确时，ELAC、FAC和FMGC（飞行管理制导计算机）会忽略故障数据，除了失去3级着陆能力外，不会有其它驾驶舱效应。当至少两个ADR输出错误但不相同时，自动驾驶和自动油门会断开，ELAC触发产生“ADRDISAGREE”的信息，飞行控制系统进入备用法则，在两个PFD上显示“SPDLIMIT（速度限制）”的故障旗，性能速度数据消失。特别需要强调的是，当至少两个ADR的输出错误但相同时，机组或者系统都会采取“表决法则”放弃另一个ADR的输出而使用两个错误ADR的输出，这将对飞行安全构成极大威胁，这种极端情况通常在两个皮托管同时堵塞时就会发生，如穿越火山灰飞行等。所以对于这一点，机组必须引起足够重视，理解并掌握对应的处理方法，在无法判断时必须断开自动驾驶、飞行指引仪和自动油门，按目标俯仰姿态和推力进行飞行操作。结束语5大气数据系统是A320系列飞机上重要的机载系统，在日常维护中，维修人员要提高认识，加强检查，采取正确的防护措施。在遇到故障反映时，要加强与机组之间的交流与沟通，结合飞机外部的气候条件与飞行状况，对故障现象进行全面、深入的分析，通过采取各种有效措施，迅速、准确地判别并排除故障。