成長的煩惱

陳肖

空中第一現(xiàn)場

安裝普惠靜潔動力PW1100G-JM發(fā)動機的A320neo。

2018年2月9日，歐洲航空安全局（EASA）發(fā)布了緊急適航指令（AD 2018-0041-E），對裝有PW1100G-JM發(fā)動機的一些空客A320neo和A321neo飛機實施操作限制，此前部分飛機因發(fā)動機原因發(fā)生了幾次空中停車（IFSD）和中斷起飛（RTO）事故。受影響的發(fā)動機更容易使飛機發(fā)生IFSD事故。該故障主要由序列號為ESN P770450及以后部分批次發(fā)動機改裝過的高壓壓氣機后輪轂刀鋒封嚴部件失效引起。EASA責令相應飛機不得同時安裝兩臺受影響的發(fā)動機，同時將安裝受影響發(fā)動機飛機的ETOPS降低到60分鐘，且不得越洋飛行。

發(fā)生了什么事

用最簡單的話來講，為保證發(fā)動機壓氣機的工作效率，每級（組）壓氣機風扇的轉(zhuǎn)子與靜子之間安裝有密封環(huán)。普惠PW1100G-JM發(fā)動機的一個批次的這個密封環(huán)此前因為密封不嚴而導致發(fā)動機故障頻發(fā)，普惠為此對這批發(fā)動機更換了新密封環(huán)，但時過不久，更換了新密封環(huán)的發(fā)動機出現(xiàn)了更嚴重的問題，可能是因為材料或結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，部分新密封環(huán)發(fā)生了破裂，產(chǎn)生的碎片進入壓氣機、燃燒室和渦輪，這會導致發(fā)動機異常停車。

引發(fā)破裂的原因

目前，普惠官方并沒有對外披露密封環(huán)破裂的具體原因。但根據(jù)現(xiàn)有信息分析，在此前的密封環(huán)表面上發(fā)現(xiàn)了高磨損痕跡，磨損導致氣密效率降低。新密封環(huán)可能使用了不同材料，且這種材料并沒有經(jīng)過全狀態(tài)全壽命周期的疲勞測試。而導致過早金屬疲勞的原因可能是因為氣流引起的自激發(fā)振蕩，及氣流脈沖引發(fā)了密封環(huán)共振，最終導致破裂。

由于普惠公司未公開原因，以上僅為從專業(yè)角度進行的推論。

空中第一現(xiàn)場

“飛機起飛大約30分鐘后，我聽見一聲巨響，我坐在12C，我看到左邊窗外的閃光……當時飛機劇烈震動，一些人開始尖叫……”這是發(fā)生在3月5日IndiGo航班空中停車事件時乘客對媒體的描述。30分鐘后飛機單發(fā)成功著陸。

“起飛過程中，我覺得飛機發(fā)動機的聲音有些不對勁兒，在幾乎不到2000英尺（約600米）的時候，我聞到機艙里有煙味?！边@是發(fā)生在1月10日的IndiGo航班單發(fā)失效時一位乘客的描述。

我們且認為這兩位經(jīng)歷了單發(fā)失效的乘客的描述準確，密封環(huán)破裂的確會引發(fā)“巨響”和“震動”，因為碎屑會經(jīng)過燃燒室然后傷害渦輪，動平衡被破壞后引發(fā)震動和巨響。至于“閃光”的描述，可能是渦輪盤甩出了破碎零件，但該可能性較低。

至于1月10日的這起事故，由于官方?jīng)]有進一步說明，僅從乘客描述的煙味來看，并不能確定這次空停就是由密封環(huán)失效導致的。

連鎖反應

普惠GTF系列發(fā)動機的主要裝機型號有：空客A320neo家族、龐巴迪C系列、俄羅斯MC-21、日本MRJ支線客機和巴西航空工業(yè)E2系列飛機。目前出現(xiàn)故障的發(fā)動機裝機在部分A320neo上。除媒體大量爆出的印度JndiGo航空發(fā)動機事故外，目前，中國也有國航、南航、川航、天津航、西部、香港快運等多家航空公司運營著安裝普惠PW1100G-JM發(fā)動機的A320neo，其中中國南方航空目前運營著7架A320neo和1架A321neo。

但是，南航的A320neo在去年也發(fā)生過多起空中停車事故，而造成空停的原因似乎并不是GTF發(fā)動機最新的密封環(huán)問題所致。

此外，雖然沒有具體數(shù)據(jù)披露，但是在EASA發(fā)布關(guān)于GTF發(fā)動機的緊急適航指令后，空客暫停了向客戶交付安裝相關(guān)發(fā)動機飛機的工作，飛機積壓對空客會造成巨大經(jīng)濟損失。

普惠如何應對

普惠總裁羅伯特·勒杜克在EASA發(fā)布緊急適航指令后對媒體表示，受影響的43臺PW1100G-JM發(fā)動機將在4月底重回空中，此外還有55臺尚未裝機的PW1100G-JM發(fā)動機也將在升級之后交付用戶。其實早在3月15日，普惠已經(jīng)為55臺發(fā)動機中的22臺更換了新的密封件。

受該問題影響，生產(chǎn)PW1100G-JM發(fā)動機的工廠已經(jīng)在今年2月完全停產(chǎn)。目前普惠的齒輪傳動渦扇（GTF）發(fā)動機產(chǎn)量已經(jīng)在第一季度低于目標，但勒杜克表示，到第三季度，公司會趕上其在2018年的產(chǎn)量時間表。普惠原計劃2018年的GTF發(fā)動機產(chǎn)量為750臺。

這個看似平淡的表述，背后又有多少壓力需要承擔？

GTF發(fā)動機，作為目前業(yè)界第一款使用齒輪傳動的大涵道比渦扇發(fā)動機，具有優(yōu)秀的燃油效率和極低的噪音，但作為行業(yè)的開路先鋒，GTF發(fā)動機從研發(fā)之日就并不順利。因為除了上文所述的密封件問題外，在A320neo交付之初，GTF發(fā)動機還發(fā)生過燃燒室和燃油泵、軸承等問題，雖然這些問題現(xiàn)在都已得到各種形式的解決或緩解。

此外，普惠的競爭對手——CFM國際公司從2017年以來，獲得了超過400架空客A320neo家族飛機發(fā)動機的合同，而普惠僅獲得了60余架飛機發(fā)動機合同。隨著PW1100G-JM發(fā)動機故障事件的進一步發(fā)展，兩家的訂單數(shù)量差距還在進一步拉大，CFM國際公司的合同數(shù)量一度達到普惠的10倍之多。

為此，普惠及其母公司聯(lián)合技術(shù)公司曾繪制藍圖，用100億美元的重金投入，以及從PW8000開始長達20年臥薪嘗膽的研發(fā)，打算以革命性的齒輪傳動技術(shù)打破CFM國際公司在窄體客機發(fā)動機市場上的主導地位，現(xiàn)如今這一宏偉目標恐怕將變得遙遙無期。后者生產(chǎn)的CFM56系列發(fā)動機目前大量應用在波音737和空客A320家族飛機上。

由于普惠官方未公布PW1100G-JM發(fā)動機的結(jié)構(gòu)圖，以俄制SSJ-100所使用的SAM146渦扇發(fā)動機結(jié)構(gòu)圖為例，現(xiàn)代航空渦輪發(fā)動機密封環(huán)的結(jié)構(gòu)和原理基本類似。

圈中鋸齒形狀的就是高壓壓氣機密封環(huán)，或普意官方所稱的高壓壓氣機后轂刀鋒。

齒輪傳動技術(shù)的質(zhì)疑

齒輪傳動技術(shù)本身，是一項革命性的創(chuàng)新，這一點毋庸置疑。從2016年1月服役以來，GTF發(fā)動機實現(xiàn)了其設(shè)計性能指標，降低了16%的燃油消耗，該指標在一些航空公司反饋的數(shù)據(jù)中表現(xiàn)的更加優(yōu)秀，比監(jiān)管排放標準減少了50%的氮氧化物，縮小了75%的噪音軌跡。

而且從目前影響使用的情況來看，問題也并沒有發(fā)生在減速齒輪機構(gòu)，甚至不是低壓轉(zhuǎn)子部分。普惠公司有著多年的發(fā)動機制造經(jīng)驗，其生產(chǎn)的PW4000系列廣泛應用在空客A330、波音747等飛機上。

當然，或許是因為普惠公司并沒有十分豐富的小型渦扇發(fā)動機（應用于窄體客機）的制造經(jīng)驗，因此在結(jié)構(gòu)小型化方面遇到了問題。結(jié)構(gòu)小型化在壓氣機部分的挑戰(zhàn)，主要在高壓壓氣機部分，壓氣機風扇轉(zhuǎn)子尺寸縮小，使得對級間氣密性的要求進一步提升。但這并不是GTF發(fā)動機出現(xiàn)目前如此嚴重問題的理由。

因失利看衰普惠？

PW1100G-JM系列發(fā)動機出現(xiàn)眾多問題后，看衰齒輪傳動技術(shù)，甚至看衰普惠的聲音在輿論上不斷發(fā)酵。畢竟單印度這次98臺受影響發(fā)動機的維修升級費用就高達5000萬美元，而對所有潛在受影響發(fā)動機的升級工作會使損失增加到接近12億美元。這對任何一家公司來說都是一筆不小的損失。

但是，因為一款產(chǎn)品在誕生初期遇到了一些挫折，就看衰甚至全盤否定，這樣的觀點就有失偏頗了。對航空發(fā)動機這樣一款高技術(shù)產(chǎn)品，或者說是一款高技術(shù)工程而言，可靠度方面的風險函數(shù)肯定符合“澡盆曲線”規(guī)律。新產(chǎn)品的誕生或新技術(shù)的應用在最初階段失效率（或問題概率）一定是比較高的，但這部分的失效率會隨時間遞減，這稱為早期失效，第二部分則是固定的失效率，稱為隨機失效，第三部分是超過設(shè)計壽命后，失效率隨時間遞增，稱為老化失效。航空發(fā)動機這類具有極高技術(shù)含量的工業(yè)產(chǎn)品，其質(zhì)量更是符合“澡盆曲線”規(guī)律。

PW1100G-JM系列發(fā)動機也如此，只不過，它早期的失效率有點兒太高了，高到了一些人開始擔心它能否在拖垮整個項目之前，下降到固定失效率的階段。

那么從PW1100G-JM的暫時失利看衰普惠的能力，這就更不符合邏輯。普惠對新技術(shù)的探索與推廣應用，業(yè)界有目共睹。

不吹不黑，用事實說話。第一代噴氣式客機波音707，普惠JT3C成為了其首選動力；波音747，普惠是第一個為寬體飛機提供真正大涵道比渦扇發(fā)動機的公司；龐巴迪C系列，普惠是第一家為其提供采用了齒輪傳動技術(shù)發(fā)動機的公司……作為第一個吃螃蟹的人，沒有誰為它在前面鋪路，而后來者卻可以從“先驅(qū)”身上獲得很多經(jīng)驗。

所以至少，普惠在創(chuàng)新這條路上的探索，贏得了世人的掌聲。而創(chuàng)新付出的代價，只有普惠自己知道。

還有誰的錯

數(shù)百臺發(fā)動機返廠造成的損失普惠該承擔就承擔。但造成航空公司利益受損，僅僅是因為普惠技藝不精？恐怕沒那么簡單。

飛機制造商空中客車是否只需要發(fā)動機通過EASA/FAA的認證就可以裝配？還是需要自己再對飛機與發(fā)動機的適配性和耐久性進行測試？當然，飛機制造商可以信賴EASA/FAA的認證，那么此時EASA/FAA就顯得尤為重要，這兩家認證機構(gòu)是如何給普惠這款“問題產(chǎn)品”頒證的呢？他們的工作有沒有缺失的地方？

2018年1月18日，安裝PW1100G-JM的A320neo來中國麗江、稻城等地進行了發(fā)動機高原性能試飛。而安裝LEAP-1A發(fā)動機的A320neo早在2016年就在中國順利完成了相關(guān)實驗。

因為，既然普惠PW1100G-JM發(fā)動機的這些問題在認證測試中沒有暴露出來，那么顯然這套認證測試方法還有缺陷。

耐久性的認證方法依然是大家關(guān)注的重點。因為PW1100G-JM這次出現(xiàn)的重大問題并不會在很短的測試或使用中發(fā)現(xiàn)。那么普惠公司是否有對產(chǎn)品進行全壽命周期的測試，或者全壽命疲勞試驗正在做，尚未完成？要知道，很多飛機的全壽命疲勞試驗是在飛機交付客戶使用后一段時間才完成的。那么發(fā)動機疲勞試驗是否也是如此？普惠沒有給出答案。

但無論是普惠公司提交給認證方的數(shù)據(jù)有問題，還是認證方使用的方法有缺陷，EASA和FAA對批準PW1100G-JM發(fā)動機進入市場這件事都難辭其咎。

被客戶放棄了？

作為普惠GTF發(fā)動機在中國的啟動用戶，中國南方航空卻在2017年6月宣布為其50架新的空客A320neo飛機訂購LEAP-1A發(fā)動機。南航在運營以普惠GTF發(fā)動機為動力的A320neo期間，曾有一段時間因無發(fā)動機可用而造成飛機停場，造成了巨大的經(jīng)濟損失。南航訂購LEAP-1A發(fā)動機的這批訂單金額高達15億美元（目錄價），也就是說，普惠公司在南航一家就損失了多達15億美元的進賬。此外，還有多家航空公司在發(fā)動機動力選擇上做出了新的表態(tài)或行動。

但在今年4月初，PW1100G-JM發(fā)動機問題尚未完全解決的時候，捷藍航空宣布為其訂購的45架A320neo選擇GTF。這一決定使捷藍航空從此前的86臺發(fā)動機訂單增加到183臺，訂單總價值超過20億美元（目錄價）。

捷藍航空的這一訂單無疑是為處境艱難的普惠公司注入了一劑強心劑。但此時公布的這筆訂單，不知道普惠有沒有給捷藍航空提供折扣，或提供了多少折扣。

此時的折扣是必要的，因為此時為A320neo選擇CFM國際公司LEAP發(fā)動機的飛機訂單數(shù)已經(jīng)比選擇PW1100G的高出近600架，CFM獲得了A320neo家族60%的發(fā)動機訂單。尚未進行發(fā)動機型號選擇的A320neo家族訂單總數(shù)只剩2000多架，為目前A320neo家族總訂單數(shù)的三分之一。

普惠需要航空公司客戶的支持，而此時的支持則顯得更為重要。

未來依然光明？

被譽為“改變行業(yè)游戲規(guī)則”的，采用齒輪傳動技術(shù)的大涵道比渦扇發(fā)動機，在可預見的未來，一定是航空發(fā)動機技術(shù)發(fā)展的趨勢。

A320neo采用的LEAP和PW1100G兩款發(fā)動機，前者CFM國際公司的LEAP的核心機是基于GE公司GEnx核心機的縮比設(shè)計，并引入了最新的氣動、結(jié)構(gòu)、冷卻、復合材料等技術(shù)，最終使A320neo獲得了15%的燃油效率提升。這樣的提升將采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的渦扇發(fā)動機的性能指標推到了極限，未來即便再進行改進升級，但如果不對結(jié)構(gòu)進行概念性更新，恐怕很難有10%這種量級的效率提升。

從該角度看，普惠公司對發(fā)動機齒輪傳動結(jié)構(gòu)的應用，使提升效率起到了質(zhì)的改變，普惠也有升級PW1100G系列發(fā)動機核心機的打算，預計將獲得額外5%～7%的效率提升，該目標計劃在2025年前完成。

當然，這一切的前提，還是看普惠公司能否在短時間內(nèi)解決PW1100G-JM現(xiàn)有這些棘手的問題。

責任編輯：王鑫邦

普惠GTF發(fā)動機采用了水平總裝工藝，一套生產(chǎn)線總長223米，全系統(tǒng)可滿足一年500臺發(fā)動機制造的需求。但PW1100G-JM目前遇到的問題讓這條總裝線暫時陷入了停頓。