浅谈波音737NG飞机APU滑油系统一项监控指标在故障监控中的应用

作者：马兴坤 邢凯铭 赵树杰 马超 来源：《航空维修与工程》2021年第03期

摘要：波音737NG飞机APU故障影响航班运行，而APU滑油系统是其安全运行的重要保障，大多数APU的故障都能够从滑油系统的监控指标中找到故障征兆。本文基于737NG飞机APU滑油系统工作原理，提出了一项APU滑油系统的监控指标——温升速率，并利用该指标总结排故方法进行重点故障的监控，有效地提高了排故效率。 关键词：APU；监控指标；滑油系统；滑油温度

Keywords：APU；monitoring index；lubrication system；lubricating oil temperature 根据南航河南公司近三年飞机运行故障统计，波音737NG飞机由于辅助动力装置（131-9B型APU）故障导致的机队出勤故障为34起，其中有19起是由于引气压力低导致，其他15起故障原因暂未明确，但可以推断大部分与APU本体运转情况有关。在APU的众多系统中，滑油系统是保障APU正常运转最重要的系统之一。 1 APU滑油系统概述

APU滑油系统由磁堵、滑油低压电门、滑油量传感器、滑油冷却器、温度控制活门、润滑组件组成，为起动发电机/APU轴承/齿轮箱提供润滑、清洁和冷却。滑油系统工作原理如图1所示。

APU的滑油存储在齿轮箱中，从这里开始，安装在润滑组件里的滑油泵将齿轮箱中的滑油增压，滑油从润滑组件输送到滑油冷却器和起动发电机以及APU的轴承中。

APU滑油系统的监控可以从飞机QAR数据中的滑油温度获得，数据来自于温度传感器。传感器位于滑油冷却器和温度控制活門下游端，是监控探测滑油温度的重要元件，其件号为P/N：MS28034-3，是由镍铂合金组成的RTD电阻温度探测器，原理是利用铂金属在温度变化时自身电阻随之变化的特性来测量温度。 2 故障原理与监控指标

2.1 故障理论分析

滑油系统为APU的运转提供增压滑油以冷却、清洁和润滑APU的轴承和相关附件。若滑油温度过高，首先会使内部滑油的冷却效果变差，其次，过高的滑油温度也会直接影响到滑油的黏度，从而减弱其润滑效果，进而影响APU的机械效率、功率和使用寿命。根据维修手册中的描述，当滑油温度超过一定限制值时（APU转速大于95%且滑油温度大于149℃持续10s后），运转中的APU将会被ECU关断，P5面板上的APU FAULT灯将会点亮。因此，滑油温度是检测APU滑油系统是否发生故障的重要参数。 2.2 监控指标的设定

由于机械结构的运转，滑油温度必然会随之增加，如果单一采用滑油温度作为监控滑油系统状态的指标，不能准确判断滑油系统是否存在故障。因此，提出APU“温升速率”作为监控APU滑油系统运行情况的技术指标。

由于滑油温控活门在滑油温度上升到60℃后滑油会流向滑油散热器，影响通过滑油温升速率判断润滑组件故障的准确性，因此，将温升速率定义为滑油系统温度由20℃上升至50℃整个过程所经历的时间。

当润滑系统组件发生故障时，内部的摩擦阻力增大，在APU转动过程中会产生更多的热量，这些额外的热量会被滑油吸收，表现为更大的温升速率。因此，可以通过监控滑油温升速率的变化实现APU滑油系统的监控与排故。 2.3 故障实例分析

在737NG飞机APU运行中导致APU起动不成功或关车的原因很多，查阅FIM手册，其中与滑油系统组件原因直接相关的有以下5个TASK（任务）： 1）808.Fuel Control Unit Flow Disagrees With Command-Fault Isolation 2）801. No Acceleration Shutdown-Fault Isolation 3）802.No Flame Shutdown-Fault Isolation

4）803.Oil Pressure Shutdown Low Oil Pressure-Fault Isolation 5）808.Starter Generator Oil Filter Shows Clogged-Fault Isolation

其中，有关润滑组件更换的描述并无实质性的依据，以FIM 49-40 TASK 801. “No Acceleration Shutdown-Fault Isolation”为例，手册中对该故障的隔离描述只是检查润滑组件序号是否为-3，如果是，则下一步继续隔离；如果是-1或-2，则进行更换以排除故障。而在真实情况中这一故障极其偶发，且无有效的数据支持，该步骤通常在最后一步执行，因此降低了APU的排故效率。针对某A飞机2020年4月一次润滑组件失效导致的“No Acceleration Shutdown”故障，提取其QAR中滑油温度数据，如图2所示。

由图2可以看出，在2020年3月27日至4月14日使用隔离故障串件的APU润滑组件期间，该APU滑油温度有明显真实跳变波动，变化达到5℃以上，其中一次无法起动，检查代码有 49-41010。对APU的温升速率做统计分析，发现温升速率更能直观地反映此期间的参数异常特征，如图3所示。

由图3可以看出，在2020年3月27日至4月14日，APU滑油温升速率上升明显，有0.2的突变上升，增幅约50%。4月14日更换润滑组件之后，温升速率明显降低，再次回归到更换之前接近0.4的数值。

公司另外一架B飞机5月26日在航前APU起动失败，接通地面电源后再次起动正常，伴有历史故障代码49-41010。经过长时间的排故工作，该APU于7月2日更换润滑组件后故障现象消失，在此期间曾出现偶发性的起动失败。后续查看发动机该期间QAR数据，发现在失效期间温升速率偏高，更换润滑组件后恢复正常，如图4所示。

由以上理论分析与故障实例可知，将滑油温升速率作为监控对象判断润滑组件故障的方法能够有效地指导排故，消除由此导致的APU不正常关断故障，保障APU可靠运行。

3 结束语

本文分析了由滑油系统造成APU自动关车或起动失败故障的原因，提出一项监控滑油系统的指标——温升速率，以理论分析和实际故障数据验证相结合的方式说明了APU发生故障时由QAR数据换算得到的温升速率指标会呈现明显的故障数据特征，该方法对APU监控和排故具有一定的技术参考价值。 参考文献

[1] John Shaw. Faster Troubleshooting with Interactive Fault Isolation Manual [J]. Boeing AERO Magazine，2013（2）：19-23.

[2]邢东旭，薛俊，高科利.某型飞机辅助动力装置起动故障浅析[J].航空维修与工程，2020（5）：88-89. 作者简介

马兴坤，工程师，发动机主管。