基于工程管理措施的航空發(fā)動機孔探流程優(yōu)化研究

谷亞南

（北京飛機維修工程有限公司，北京 100000）

0 引言

現(xiàn)代發(fā)動機內(nèi)部設(shè)計結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且難于接近。在現(xiàn)代的發(fā)動機維護中，并不是所有的故障都可以通過精確的分析發(fā)動機狀態(tài)參數(shù)找到，在某些情況下，精確的故障查找必須在地面上進行。例如目視檢查發(fā)動機壓氣機轉(zhuǎn)子葉片的磨損和擊傷、渦輪葉片的燒蝕和裂紋，都可能直接導(dǎo)致發(fā)動機不可用。這些損傷由于發(fā)動機的機匣無法在翼打開，需要將發(fā)動機拆下并送到發(fā)動機大修工廠進行分解，幾乎需要拆卸整個發(fā)動機，勢必將耗費大量的時間和金錢[1]。因此特別需要孔探員們用專業(yè)的孔探儀給發(fā)動機下鏡。同時也免去了發(fā)動機拆下及分解所帶來的人力、物理、財力的消耗，為航空公司的運營節(jié)約了成本[2]。

1 現(xiàn)有孔探工作流程分析

孔探工作作為飛機、發(fā)動機等的重要監(jiān)控手段，其工作品質(zhì)直接或間接的影響機隊的安全運營，下面淺析某航空公司現(xiàn)行孔探流程為：（1）工作單分配：在工作前孔探各班組長向已授權(quán)的孔探員派發(fā)；（2）工作要求：應(yīng)由有資質(zhì)的孔探員執(zhí)行；（3）孔探記錄：需按要求生成孔探記錄，即留存錄像、照片，編寫報告；（4）孔探報告、照片、錄像：根據(jù)手冊，詳細測量并標(biāo)記損傷部位的尺寸；（5）信息發(fā)布：將孔探照片及損傷信息發(fā)布到公司資料網(wǎng)，并有專人維護；（6）記錄存放：每次孔探的照片及錄像資料，固定存放并以飛機號、發(fā)動機位置、日期作為文件名進行保存；（7）檢查要求：針對縮短間隔的損傷根據(jù)手冊執(zhí)行重檢，對超出手冊超限的損傷經(jīng)工程部門系統(tǒng)工程師執(zhí)行復(fù)檢。

以上孔探流程從“發(fā)起-檢查-記錄-發(fā)布-復(fù)檢”均已滿足局方31號文件對孔探工作的要求。但該流程僅僅是從孔探部門及孔探員為出發(fā)點，強調(diào)了該部門及人員的職能?？滋讲荒軆H靠單一部門完成，多部門配合才是保證工作順利開展的前提。

航空公司航空器的安全程度，很大程度上取決于維修水平，而工程能力的高低直接決定著公司的維修水平?，F(xiàn)有孔探損傷等級的評估依賴于孔探員的人為測量，更局限于孔探設(shè)備，因此需要引入工程的思路，采用工程手段對損傷深入了解，統(tǒng)籌歸納并系統(tǒng)分析，使影響機隊的重大的、典型的問題均得到有效地控制。

2 高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片氧化燒蝕

2.1 事件描述

2014年2月，某公司執(zhí)管的裝有CFM56-5B系列發(fā)動機的A321飛機，在執(zhí)行航班任務(wù)時空中發(fā)現(xiàn)該發(fā)動機振動值偏高。地面檢查中發(fā)現(xiàn)，該發(fā)動機低壓高壓壓氣機葉片，出現(xiàn)不同程度的損傷；燃燒室內(nèi)襯板多處出現(xiàn)裂紋損傷；高壓渦輪全部轉(zhuǎn)子葉片前緣有氧化燒蝕現(xiàn)象，一片轉(zhuǎn)子葉片斷裂，多片后緣和葉背面有擊傷；低壓渦輪存在前緣有多片葉片被擊傷，并且造成多出材料丟失損傷。

2.2 技術(shù)分析

通過進場修理時可知，造成此次空停事件的根本原因是斷裂的高壓渦輪1級轉(zhuǎn)子葉片，葉片殘骸對后面的發(fā)動機部件造成大量的較為嚴(yán)重的擊傷，因此導(dǎo)致發(fā)動機高振動的產(chǎn)生。該發(fā)動機高壓轉(zhuǎn)葉初次發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子葉片損傷，多片葉片前緣有表面氧化燒蝕現(xiàn)象，依據(jù)AMM手冊檢查章節(jié)，辦理了400循環(huán)重復(fù)檢查。后續(xù)檢查中，又分別對該區(qū)域執(zhí)行過7次400循環(huán)的重檢，檢查結(jié)果記錄均是葉片表面有氧化燒蝕，直到發(fā)生停車事故后檢查出葉片斷裂。

手冊中其對燒蝕的要求描述為：發(fā)現(xiàn)在前緣部位出現(xiàn)氧化燒蝕損傷，辦理400循環(huán)重檢，因此可以確定孔探員在對損傷的判斷上沒有出錯。

通過廠家的事件調(diào)查報告知，在第1排冷卻孔的第3個孔處以及內(nèi)壁的交叉肋板5號孔處形成疲勞裂紋，在長期熱應(yīng)力侵蝕和轉(zhuǎn)動的離心力作用下，裂紋向冷卻孔的兩側(cè)蔓延，由內(nèi)部擴展并迅速貫穿至整個葉片，直至最終斷裂。裂紋起始區(qū)域，裂紋由內(nèi)向外擴展，會在第1排3號孔處出現(xiàn)裂紋，裂紋擴展機理及趨勢如圖1所示[3]。

圖1 裂紋起始位置及擴展趨勢

造成高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片前緣燒蝕的原因是在轉(zhuǎn)葉內(nèi)部，前緣靠近葉根的部位，有擋板結(jié)構(gòu)，因此國內(nèi)飛行環(huán)境面臨著更嚴(yán)酷的考驗。解剖葉片發(fā)現(xiàn)，冷卻渦輪葉片用的冷卻氣流在葉片內(nèi)部流通時，在擋板下部造成灰塵聚集，最終造成前緣下部冷卻孔堵塞。隨著前緣冷卻氣流的減少，擋板下部逐漸出現(xiàn)裂紋，與此同時前緣的涂層在高溫氣流下逐漸脫落，失去了隔熱涂層的保護后，前緣基體材料逐出現(xiàn)漸氧化燒蝕的損傷，并導(dǎo)致表層基體材料脫落[4]。

2.3 廠家措施與工程措施

由于損傷最初是內(nèi)部的交叉肋板孔處開始，因此裂紋內(nèi)部的損傷發(fā)展無法探測到，但是基于前緣氧化/材料丟失與內(nèi)部交叉孔的裂紋有密切的關(guān)系，廠家推薦檢查第1排第3個冷卻孔的裂紋與前緣擋板下部區(qū)域是否有缺口，下部缺口標(biāo)志著前緣嚴(yán)重氧化，再根據(jù)手冊執(zhí)行工作是要特別關(guān)注這兩個區(qū)域，如若發(fā)現(xiàn)有上述損傷，則建議即刻更換發(fā)動機。

現(xiàn)行的手冊僅僅有400循環(huán)的針對氧化燒蝕的重檢要求，已經(jīng)無法避免葉片擋板下部出現(xiàn)裂紋并解體的損傷（該航損傷的發(fā)動機自400循環(huán)重檢后的第260次循環(huán)，出現(xiàn)葉片解體），因此廠家針對CFM56系列的發(fā)動機頒發(fā)了文件，建議航空公司縮短孔探間隔至400、200和100循環(huán)。

2.4 針對現(xiàn)有措施的分析

CFM56-5B/7B機隊的高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片氧化燒蝕是目前影響機隊正常運營的重要因素之一，但損傷僅在中國區(qū)域多見，并不具有普遍性，因而無法指望廠家在技術(shù)上有更多投入。上文的一系列措施，僅能做到在一定程度上緩解該損傷造成空停的風(fēng)險，損傷仍然是造成發(fā)動機非計劃拆換的最主要因素，無法有效降低該損傷造成的發(fā)動機拆換率。

3 孔探工作流程的優(yōu)化及效益

3.1 工程管理方案在孔探工作中的應(yīng)用

維修水平的提升，維修質(zhì)量的升華，必須引入工程管理思路和方案，維修工作可以跳出單一思維和標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用工程方法的現(xiàn)代維修手段，優(yōu)化維修流程。通過分析現(xiàn)有流程，找出現(xiàn)在孔探工作中一系列不足之處，形成從發(fā)現(xiàn)問題，到提出問題，分析問題，再到解決問題，總結(jié)歸納后反饋于生產(chǎn)的閉環(huán)控制，工程手段應(yīng)用于各個關(guān)節(jié)，從而使問題得到有效控制，流程優(yōu)化[5]。

通過分析了公司內(nèi)部現(xiàn)有流程、分析典型損傷案例，指出了現(xiàn)有流程在處置損傷的過程中的不足和缺陷，明確了引入工程管理措施的必要性，通過深入分析及評估，提出了一套有效的優(yōu)化改進流程：

（1）針對對損傷的認(rèn)知不足：將SMS風(fēng)險源管控理念應(yīng)用于損傷嚴(yán)重度評估，即風(fēng)險源評估方法對損傷進行危險源識別，使安全風(fēng)險量化，加深損傷認(rèn)知；

（2）針對缺少閉環(huán)控制：建立孔探損傷追蹤控制頁，形成閉環(huán)控制；

（3）針對缺少自主分析創(chuàng)新：建立了損傷失效模型、損傷排隊機制及損傷發(fā)展預(yù)測創(chuàng)新能力，同時采用數(shù)據(jù)推導(dǎo)的方式推算發(fā)動機在下次孔探時超標(biāo)的概率，預(yù)測趨勢；

（4）針對缺少有效信息反饋及共享途徑：借用機隊管理例會及機隊可靠性月報途徑，定期發(fā)布孔探信息，并對典型孔探損傷進行深入分析講解，同時在單位內(nèi)部的工程期刊的孔探損傷專欄上做講解；

（5）針對各部門確守有效溝通：由工程部門發(fā)起，積極協(xié)調(diào)有關(guān)部門，獲取經(jīng)驗，使資源共享。優(yōu)化流程見圖2。

圖2 孔探問題處理流程優(yōu)化

3.2 流程優(yōu)化后的成果分析

本文通過對某航現(xiàn)行孔探工作的分析，技術(shù)方面的深入研究，并結(jié)合了實際案例找出流程的缺陷，指明工程管理措施對孔探工作的重要意義。流程優(yōu)化后的成果如下：

（1）形成閉環(huán)控制，使損傷的處理工作更為合理高效；

（2）SMS風(fēng)險評估有效的對機隊中的典型高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片損傷進行量化識別，使損傷的風(fēng)險嚴(yán)重度一目了然；

（3）對孔探損傷細致統(tǒng)籌深入分析，不僅加深了對孔探損傷的認(rèn)知，不局限于廠家的支援，激發(fā)主觀能動性后，創(chuàng)立了如失效模型、排隊機制、損傷發(fā)展預(yù)測的工程措施，極大緩解了公司非計劃拆發(fā)的情況，在保證發(fā)動機安全的前提下提高了在翼時間，并可以更合理的安排發(fā)動機更換；

（4）孔探損傷在工程期刊上的定期發(fā)布，也使得相關(guān)人員對孔探損傷全貌進行全面追蹤及細致了解。

近幾年隨著航空公司逐漸加大了對孔探工作建設(shè)的力度，隨著工程思路的推進以及優(yōu)化流程的實施，孔探工作有了長足進步，該公司的孔探成果也是顯而易見。

（1）該公司2014年起孔探工作總量穩(wěn)定在1900臺左右，但自2014年起機隊孔探超標(biāo)總量在逐年遞減；

（2）對比2015年及2106年的孔探數(shù)據(jù)，2015年超標(biāo)總額占全機隊超標(biāo)總額排名前兩位的CFM56-7B（27%）與 GE90（26%），到2016年度下降至CFM56-7B（18%）與 GE90（3%）。

意味著典型損傷得到合理的控制，隨著工程管理方法在孔探工作中的開展，工程部門與孔探部門的合作力度逐步加深，對相關(guān)機型的典型問題，管控成果顯著。

4 結(jié)論

文章對某航維修工程公司總結(jié)歸納了現(xiàn)有的孔探工作流程，基于典型案例提出了工程理念，使得孔探損傷得到了更好的控制，損傷的嚴(yán)重程度被更為清晰地了解，使發(fā)動機的更換變得更加有針對性，孔探流程得以進一步優(yōu)化，最大限度使用發(fā)動機的同時也能較為準(zhǔn)確的把控發(fā)動機的健康狀態(tài)，有效地避免了非計劃拆發(fā)，從而節(jié)省了發(fā)動機非計劃拆發(fā)成本，降低了因孔探突發(fā)超標(biāo)造成的航班取消延誤的風(fēng)險，保證了航班的正常運營，為航空公司贏得聲譽。