浅谈波音787客舱空调压气机非正常振动原因及其应对策略

浅谈波音787客舱空调压气机非正常振动原因及其应对策略摘要：波音787飞机客舱空调压气机部件经常出现故障，客舱空调压气机的非
正常振动是客舱空调压气机故障的主要原因。

本文介绍了客舱空调压气机非正常
振动的原因，并给出了相应的应对策略，可以有效降低客舱空调压气机异常振动
的频率，从而减少客舱空调压气机的故障。

关键词：波音787；非正常振动；应对策略
作为飞机的重要系统之一，飞机空调系统的故障经常发生在日常维护中，导
致乘客体验下降，航班延误甚至取消。

客舱空调压气机组件的异常振动是客舱空
调压气机故障的主要原因。

根据航空公司787飞机的日常状态监测报告和客舱空
调压气机的返回服务报告，客舱空调压气机故障的主要原因是运行过程中出现异
常振动，从而损坏电机总成或旋转部件。

客舱空调压气机故障主要分为两种情况：一是监控系统发现客舱空调压气机异常振动，自动关闭客舱空调压气机并询问故
障原因；二是监控系统没有发现客舱空调压气机的异常振动，连续的异常振动导
致客舱空调压气机的损坏，进而导致客舱空调压气机的永久性损坏。

1非正常振动原因分析
1.1产品设计存在软、硬件问题
在软件方面，PCU仅在两个客舱空调压气机同时在同一空调模块中工作时监
控客舱空调压气机的异常振动，但不监控单客舱空调压气机何时工作。

因此，单
客舱空调压气机工作时，当客舱空调压气机的参数（入口压力、出口压力、流量等）发生变化时，PCU无法及时调整。

为了将客舱空调压气机的流量降低到相同
速度下的异常振动流量，进而发生异常振动，并且在异常振动发生后不能提供有
效的保护措施，导致客舱空调压气机的损坏。

这就是PCU软件本身的逻辑问题，
可以通过升级软件来解决。

在硬件方面，由于设计原因，客舱空调压气机部件可能在叶片运行期间出现
磨损。

当叶片损坏时，出口压力会突然下降，导致空气不能及时从客舱空调压气
机出口及时排出，使叶轮流道形成堵塞，造成气流和叶片产生低频振动，形成异
常振动，并且由于客舱空调压气机本身的异常振动裕度不高，低异常振动裕度使
客舱空调压气机参数在波动时容易达到最小允许值。

另外，还发生客舱空调压气
机电机定子电路通过客舱空调压气机壳体短路的事故，这将导致客舱空调压气机
发生故障。

同时，传感器的设计布局不合理，并且在一定条件下（例如当压力传
感器端口被阻塞时），数据无法准确反馈，导致客舱空调压气机过热。

1.2环境问题
与其他波音型号不同，787具有极高的散热要求，因此其空调设计更加紧凑，以改善其散热，但也更容易堵塞。

以华北地区为例，春季干燥多雨，很容易形成
沙尘天气。

此外，每年的3月至5月，是杨树和柳树交替飘絮的季节。

这些飘絮
以及其他污染物从客舱空调压气机的进气口大量地进入，导致客舱空调压气机
（例如旋转叶片）的旋转部分磨损，从而导致客舱空调压气机发生故障。

飘絮和
灰尘甚至还会堵塞管道和传感器，使得PCU无法准确地获得当前状态参数并调整
客舱空调压气机的运行参数，这也会导致客舱空调压气机发生故障。

同时，空气
污染物也通过冷却回路进入空气轴承，导致轴承额外磨损并影响轴承的散热。

1.3 ACM结冰问题
当飞机在地面时，空调管道中积水。

如果无法及时排放，当飞机爬升时，水
将很容易在ACM的T2涡轮机上冻结，导致ACM速度下降或关闭，从而ACM出
来的大量空气无法及时通过。

ACM在客舱空调压气机的下游管道中被堵塞，导致
管道压力过大，导致气体流回客舱空调压气机，导致客舱空调压气机空气回路堵塞，所以客舱空调压气机流量降低到最小允许值以下,进而产生客舱空调压气机的
异常振动。

1.4过热问题
由于客舱空调压气机轴承是空气冷却的，因此冷却空气来自主散热器出口。

如果空调散热器堵塞，通过散热器的空气将无法有效冷却。

因此，当客舱空调压
气机轴承冷却时，温度不能有效冷却，导致轴承过热，导致轴承热膨胀，从而减
小叶片与壳体之间的间隙。

当温度超过300°F时，情况可能更严重，轴承更容易
磨损和失效。

同时，在较高温度下运行较长时间也会加速客舱空调压气机线圈绝
缘的老化。

2应对策略
2.1 PCU软件问题。

波音公司发布了一项服务通告，要求航空公司升级PCU
软件，以监控单客舱空调压气机运行时的异常振动。

在完成上述软件更新后，可
以有效地监控客舱空调压气机，以避免客舱空调压气机异常振动时空调系统仍能
正常工作所引起的客舱空调压气机部件的损坏。

2.2硬件设计问题。

空调制造商发布了服务通知，免费为航空公司更换了新的客舱空调压气机。

但是，根据反馈，当工作条件正常时，升级后的飞机仍会出现
不可预测的异常振动。

2.3 ACM结冰。

在软件方面，波音公司发布了升级PCU软件的服务公告。

当ACM发生故障时，客舱空调压气机速度控制和加热阀（AHV）控制程序得到纠正，以更好地防止异常振动。

在硬件方面，客舱空调温度控制系统的后主管排水孔进
行了改装，以确保客舱空调压气机TCS管道的最低点不能存有积水，从而防止ACM在攀爬时冻结。

但是，在实际操作中，发现完成改造的飞机仍然积水，改装
效果不明显。

响应于这种情况，再次进行了改进工作，在客舱空调压气机TCS管
道上增加额外的排水孔，效果得到初步体现。

2.4环境问题。

为了不再遭受飘絮和PM2.5颗粒的严重影响，可以考虑在整
个机队安装新型的客舱空调压气机压力传感器J-Tube，进而单舱空调压气机的可
靠性，以避免持续的异常振动对进气口造成的过热伤害。

除此之外，还可以大力
次级程序，缩短工作时间，减少不必要的人员并及时进行更换，以恢复空调散热
器系统性能
3总结
对于民航飞机运行环境的恶劣与复杂，客舱空调压气机的异常振动不能完全
避免，但相应的措施可以有效降低异常振动的频率，并在异常振动发生后立即停
止相关部件运行，以减少损失。

对于全球来讲，目前的787飞机仍然是一种新型
机型，任何措施都需要在实际工作中进行测试，改进和完善。

参考文献
[1]王飞.压气机喘振与3C防喘振控制器在空压机上的设计策略[J].工业仪表与
自动化装置,2013(03):77-81.
[2]孙智,孙建红,李冰月,张雪枫.基于分层多信号流图的飞机空调系统故障诊断[J].振动.测试与诊断,2018,38(01):196-201+215.
[3]屈海.A320飞机空调系统及其常见故障分析[J].科技经济导刊,2017(23):37-39.
作者简介：金灵，（1982-12），女，民族：汉族，籍贯：云南昆明，职称：助理工程师，学历：本科，研究方向：飞机工程技术。