（通讯员 胡志稳）概述：本文主要介绍A320飞机空调性能监控方案，旨在提前预警空调性能下降趋势，进行预防性排故，避免空调突发故障造成的航班延误/取消。该方案是通过分析空调原理和维护经验，设置性能参数下降的门槛进行预警。根据参数预警进行综合分析判定，从而快速的找到故障源，提高排故效率。
一、 A320空调组成
A320飞机空调系统主要有4大部分组成：区域温度控制、电子设备通风、增压系统、货舱通风/加热（选装）。其中冷却空气由两个制冷组件来提供，组件是涡轮增压制冷的原理，其性能的好坏直接影响客舱和驾驶舱的舒适度。
制冷组件主要包括：主、次级热交换器、再加热器、冷凝器、水分离器、ACM、流量控制活门（FCV）,旁通活门（BPV）,配平热空气压力调节活门。
在夏季高温天气下，由于地面冲压空气温度高，则需要有更高的制冷效率，才能确保空调组件出口温度满足舱内的需求。一旦飞机空调性能逐渐变差，虽然未出现故障信息，但造成客舱/驾驶舱温度高，会导致飞机航前/过站航班延误。因此需要必要的空调参数监控和预警，预防性排故更换性能差部件，提高空调的制冷效率。
图1 制冷组件原理图
二、监控参数
A320 空调组件的制冷效率主要在地面高温的环境下体现，因此对于所有采集的参数需确保飞机在地面、APU/发动机引气状态下，并且环境温度在25℃以上时才有效。
对于空客系列飞机空调参数主要来自于ECS 19报文，可通过ISI 21.00.00031查看相关参数所表示的意义。也可通过建立ACARS报文获取实时参数，以及译码QAR参数进行监控。
图2 ECS 19 主要参数
因空调组件内各部件的性能与参数间没有直接的联系，无法通过参数直接判断性能的好坏。则通过筛选主要参数，设置参数正常区间进行监控：
Precooler outlet temperature--PIT （引气温度）
Pack Flow--PF （空调流量）
Ram inlet --RI （冲压空气进口）
Pack compressor outlet temperature-COT （压气机出口温度）
Pack water extract temperature-TW （冷凝器出口温度）
BY-PASS VLV ---BPV （旁通活门活门）
Pack outlet temperature-TP (空调出口温度)
图3 参数涉及的活门和传感器
（一）TP监控区间： TP<15℃
因空调制冷状态下的出口温度由混合室的需求温度确定，并且通过RI和PBV的开度进行调节, 当条件为RI全开和PBV全关时为最大的制冷量，此时对于A320系列飞机正常流量下TP<15℃。
图4 TP控制原理
（二）COT监控区间：110℃ < COT < 180 ℃。
COT数值取决于RI的开度、次级热交换性能及压气机做功。当RI在正常开度的调节下，COT温度小于180℃；反之若RI全开，仍无法确保COT低于180℃，则断定上游部件性能下降。则COT监控区间可设置110℃ < COT < 180 ℃。
图5 COT控制原理
（三）PF 监控区间：45% < PF < 65%
根据ISI 21.00.00031中的流量控制原理，空调流量随着座舱高度的变化而变化，在地面状态下基本处于一个定值。由于是在飞机在地面状态下进行参数取值，则区间45% < PF < 65%
（四）ΔT1 和 ΔT1 监控区间
根据空客给出的理想状态下，APU和发动机引气时，热空气流经各部件后的温度分布，PIT、COT、TW之间的温降可近似间接的反应了次级热交换器（PHX）和主级热交换器（MHX）的性能（如下图）。因此根据实际维护经验可设置：
ΔT1 =PHX= PIT – COT > 15 ℃
ΔT2 =MHX= COT – TW > 80 ℃
注释： 1、通过ΔT1 和 ΔT2 间接反映 PHX 和 MHX性能 。
2、以上数值均为参考值，需考虑当时的OAT、湿度、引气状态等因素。
图6 APU引气时空调制冷参考值
图7 发动机引气时空调制冷参考值
三、根据参数预警判定故障
以上描述的是各参数正常的监控区间，一旦超门槛可以设置相应的预警。但是，某个参数的超限并非直接指向某个部件，需要综合原理分析判定故障。以下为实际验证案例：
（一）案例1：某飞机右侧组件ΔT1<15℃预警，核实COT长期接近于180℃，其他参数正常，如下图。判断为PHX热交换性能差，导致温降低。更换PHX后，ΔT1出现转折，伴随着COT降低。
图8 ΔT1、ΔT2、COT 监控曲线
（二）案例2：某飞机左组件地面工作时，流量PF=36(右侧61）预警。核实RI全开，TP及其他参数均正常。经分析PF在地面是个定值，正常情况下不会随着客舱的条件进行主动变化，因此可能为堵塞造成其被动的改变，热空气的堵塞通常在再加热器和冷凝器（格栅相对较密集）。拆除冷凝器发现内部毛絮堵塞。
图 9 ECS 19及冷凝器堵塞
（二）案例3：某飞机左组件TP>15℃预警，核实ΔT1、ΔT2、COT均处于正常水平参数正常。经分析TP降低是由于涡轮做功小，涡轮做功小原因可能是热交换器下游的问题，结果检查发现冷凝器与水分离器之间出现漏气，更换封圈后，TP好转低于15℃。因此，TP的异常主要体现在涡轮做功，由于ACM的可靠性较高，暂不考虑ACM故障的情况下，只有漏气或堵塞造成耗损。但是由于PF也是正常，则主要原因为漏气。
图10 TP监控曲线
图11 ΔT1、ΔT2、COT 监控曲线
综合以上监控案例，不同的参数预警反映了不同的故障类别：
ΔT1、ΔT2、COT通常指向的是PHX和MHX。热交换器的性能主要体现在温降的大小。其内部很多细密的格栅，冲压空气流经时，携带灰尘和杂质被隔离吸附在上面，导致热交换性能下降。通常经历了大的风沙和柳絮季节时，表现较明显。
图12 热交换器表面
PF通常指向的是再加热器和冷凝器堵塞现象；流量的大小可以是下游决定上游，当FCV正常时，地面状态下PF受逻辑的限制会在固定的区间内，即使漏气也不会变化，因为FCV的控制，因此只有是堵塞导致变小的可能。再加热器和冷凝器的格栅相对比较密集，较容易堵塞。
TP通常指向冷凝器、再加热器、管路的内漏/外漏。TP的升高，其他参数均正常时，说明涡轮做功的量小，导致涡轮出口温度无法下降。根据热力学原理，气体的压力、温度和流量决定功率的大小，因此气压和流量的丢失可能是主要原因。再加热器和冷凝器器的内部格栅容易出现裂纹和穿孔，造成冷热空气混掺。并且外部壳体属于焊接件，在焊接处常出现裂纹导致漏气。都会造成涡轮做功降低，影响空调组件出口温度。
图13 壳体裂纹和方形封严破损漏
但是并非所有故障都包含在内，需要CASE BY CASE 的分析。对于各参数之间存在必然的联系，也可能会出现多个参数同时预警，则需要综合原理分析找到真正诱因。
四、总结
当前对于空调参数的采集、监控和预警已逐步转向自动化和智能化，各航空公司均开发了自身的监控系统。简单的设置参数门槛值就可以达到预警判断故障的目的。但是门槛值的设置往往需要大量数据分析以及维护经验来验证。如何设置更精确的预警门槛，如何准确的定位故障源提高排故效率是一直以来研究的方向。
如果没有监控预警，航空公司为了避免突发故障带来的运行影响，往往需要定期更换热交器、冷凝器、再加热器等部件杜绝性能下降的隐患。通过有效的监控预警，结合针对性的预防性排故，可以有效避免客舱和驾驶舱过热，造成的航班延误；同时大大的降低了部件拆换的维修成本。
