打开文本图片集

摘要：民用航空飞机运转中的131-9A APU主要故障源为滑油系统散热，滑油超温会造成APU保护性关车。执行平原航班的飞机APU失效后通常会办理故障保留，高原型的A319飞机在执行高高原航班时引气系统需要保持高可靠性，APU气源和电源系统不允许失效。APU失效会对航班的运行造成极大的影响，导致航班取消或延误。本文就131-9A APU滑油散热器的故障，散热效率降低等原因进行分析，建立基于QAR 数据的滑油散热器状态监控模型，通过对滑油散热器关键参数的采集，提前捕捉到滑油散热器的失效状态。通过实例验证，该方法可以有效避免因滑油散热器堵塞，效率降低导致的航班取消或延误。

关键词：QAR数据，滑油热交换器，故障诊断

文献标识码：A

引言

目前131-9A APU是A320系列飞机装机数量最多的APU，截至2022年12月总装机量已达到1万余台。131-9A APU整体可靠性较高，故障率较低，但设计中没考虑到高高原运行特性，在高高原航线飞机运转过程中有时会出现滑油超温导致自动关车的事件，滑油散热器堵塞导致散热效率降低是主要原因。

根据某公司近三年的APU运转过程中的关车统计数据，与滑油温度偏高的故障共计83次，占比高达42%。造成次故障的可能原因按照发生概率由高到低如下：滑油散热器堵塞或者其上热旁通活门失效，滑油温度传感器故障（污染），冷却风扇组件故障及进气滤网发生堵塞，个别案例是滑油泵失效造成的。

工作原理：发动机电子控制盒（ECB）收到温度传感器大于162.78 ℃超过10秒后便发出APU保护性关车指令，判读APU出现滑油温度偏高的方法，一般按照故障概率从高到低的原则，可先检查滑油散热器是否堵塞，其次观察冷却风扇上的进气滤网是否堵塞，然后依次更换滑油温度传感器、热旁通活门、冷却风扇组件和滑油泵来排除此故障。

如果滑油散热器被油污或者吸附进来的污染物堵塞，导致流经滑油散热器的滑油不能有效散热，造成滑油里的热量得不到充分释放，从而引起滑油高温自动停车。

1滑油系统工作原理及故障分析

滑油系统滑油流向如下：滑油从油箱抽出，经过保护滤网，进入三芯的滑油泵。如果油温低，除油电磁活门打开，将空气通到滑油泵进口，这样减小滑油泵的驱动阻力，有利于APU的起动，同时在油箱里还有滑油加温器，也帮助APU在湿冷天气下起动。从滑油泵出来，滑油经过调压/释压活门，以保证在APU运转期间，滑油系统压力的连续性。滑油流到配有旁通活门的散热器，如果此时滑油温度低，将不经过散热器，直接去各个润滑点。如果滑油温度高，滑油通过散热器，把温度降低下来，散热器里的冷却空气来自于冷却风扇。然后滑油通过滑油滤，被分配到轴承、各个齿轮和发电机，有一路流到涡轮轴承腔，同时由滑油压力传感器监控滑油压力，如果压力太低，APU会自动停车。

以上是供油过程，回油过程主要有，一路是涡轮轴承腔润滑的滑油通过一个单芯的回油泵回油，先通过进口滤网，经油泵回到油箱；一路是发电机回油通过一个三芯的回油泵回油，滑油从发电机先通过进口滤网，再经过发电机回油泵进入回油滤，最后回到油箱；前轴承腔回油和润滑齿轮的滑油直接流回齿轮箱。所有的油滤都有旁通电门，在油滤需要更换时转输信号到ECB。

经过分析大量滑油系统的故障情况，难点主要集中在如何、滑油温度是否过高、滑油压力是否过低或管路渗漏等方面。典型的故障有：高滑油温度（High Oil Temperature，简称HOT）、低滑油压力（Low Oil Pressure，简称LOP）和客舱油烟味。

滑油散热器一般是鳍片式滑油/空气热交换器，如果滑油散热器内部过脏，使得滑油流过散热器的阻力增大，滑油将被旁通流经热旁通活门，不经过散热器，这样也会造成滑油高温自动停车。如果滑油散热器外部太脏，使得冷却空气流过滑油散热器的阻力增大，致使冷却空气流量减少，散热效果降低，也会引起滑油高温自动停车。

对于滑油散热器堵塞导致的散热效率降低，性能衰减可以通过滑油温度超温导致的自动关车判断，但对于渐进性滑油温度上升，例如滑油散热器污染，但又没导致超温如何提前判断或预防呢？

2监控模型

对于APU滑油系统性能衰减，可以通过监控APU滑油温参数，建立运算模型实现提前预警。

QAR（快速存取记录器）用于记录飞机运行中产生的大量数据，监控系统的运行状态和部件的性能，在航空领域得到了广泛的应用[3]。本文尝试基于QAR 数据建立起动活门的监控模型。

通过分析可知，QAR数据中可用于监控的关键参数主要有APU滑油温度，通过对APU滑油温度最大值和滑油温度变化趋势建立数学模型，进行分析可有效的对滑油系统，尤其对滑油散热器的健康状态进行监控。

图3为某台131-9A APU自装机后滑油温度变化趋势，每个圆点是一个航班滑油温度采集到的最大值，按照时间先后往后累计。

通过公司采集QAR数据对APU滑油散热器堵塞、热效率降低的时的滑油参数进行对比分析，可建立监控模型如下：

a、超限报警：

设置参数最大值，按两个预警级别设置，I类预警设置为本触发条件为大等于150度持续时间超过2秒，触发警告；II类预警设置为本触发条件为大等于140度持续时间超过5秒，触发警告；设置该触发逻辑后可以在未达到保护性关车条件时（厂家设置的触发条件为大于162.78 deg.C超过10秒）进行提前预测，避免APU突然自动关车。

b、趋势报警：采集APU每个运转过程中滑油温度的最大值，对最大值数据进行平滑运算，设置平滑值变化趋势，对趋势超过门槛值的数据进行预警。

设置滑油温度平滑值，平滑算法通常为最后一个平滑值与新的原始值和最后一个平滑值差值的20%求和，（原始值指测量值或计算值）

设置滑油温度平滑值变化率趋势，对相邻两次航班的delta T1大于10的数据进行预警；对当前航班和前10个航班的delta T2大于20的数据进行预警。

综合以上两部分预警逻辑，将APU滑油温度最大值和滑油温度平滑值的变化量设置在飞机健康评价系统内，当满足触发条件时将以短信和邮件形式发送至相应工程师，工程师收到报警信息后对数据进一步分析，判断真假信息后，并视情安排排故。

3实例验证

自设置监控报警逻辑来，统计我司APU滑油温度或变化量超限情况，共计发生6起滑油温及变化量超限事件，具体统计如下

针对上述超限事件，下发排故通知单后，检查到1台APU滑油散热器堵塞严重，其它散热器经过清洁，清洗之后滑油温度明显下降。可见，该监控模型可以有效的发现潜在APU滑油散热器不健康工作状态，对APU的健康监控有着重要意义。

4 结束及展望

本文分析了目前131-9A APU在运行中的典型故障，基于QAR数据建立了滑油散热器失效的监控模型。通过实际应用验证，该模型满足监控有效，可以有效的避免APU在运转中自动关车，导致高高原航班不能运行。

实验得出结论可以作高高原飞机运行的一个典型指标，继续收集新的运行数据，建立一个指标库，并对这些指标进行统计运算，制定一套高高原运行评价指标系统，对飞机的健康状况进行综合评定，填补高高原飞机健康评估方面的空白。