GEnx-1B發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)故障分析與對策

陳文棟

摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)故障對航班運(yùn)行的影響較大。本文對GEnx-1B發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的各種故障現(xiàn)象進(jìn)行分析總結(jié)，工程師據(jù)此可以采取相應(yīng)的解決措施，快速準(zhǔn)確地對故障做出處理，以提高航班的運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞：GEnx-1B發(fā)動(dòng)機(jī);振動(dòng);發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控組件;配平

1發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)控原理

GEnx-1B發(fā)動(dòng)機(jī)（波音787-8/9選裝）振動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)主要用來顯示發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)振動(dòng)值，同時(shí)提供低壓轉(zhuǎn)子的配平方案。該系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)（EEC）、發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控組件（EMU）、1號(hào)軸承振動(dòng)傳感器、渦輪中央框架振動(dòng)傳感器。其中，EMU是振動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的核心部件，所有振動(dòng)傳感器都使用壓電石英晶體元件來感受發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的徑向變化。EMU以未經(jīng)濾波的寬帶格式接收來自振動(dòng)傳感器的原始振動(dòng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過濾后計(jì)算出N1和N2轉(zhuǎn)子的振動(dòng)值，最高的N1或N2振動(dòng)值將顯示在發(fā)動(dòng)機(jī)指示與機(jī)組警告系統(tǒng)（EICAS）的次級(jí)顯示器上。如果EMU對其接收的振動(dòng)信號(hào)無法識(shí)別出振動(dòng)源是來自N1還是N2，則以振動(dòng)平均值BB來顯示。振動(dòng)值正常的顯示數(shù)值為0～4.0，如果大于或等于4.0，則反白顯示。如果振動(dòng)值超標(biāo)，EICAS顯示格式會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化并伴隨維護(hù)信息的出現(xiàn)。高的N1振動(dòng)指示一般伴隨著有感覺的振動(dòng)，高的N2振動(dòng)指示則無此現(xiàn)象。

發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)值是航空公司監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)的重要參數(shù)，工程師通過性能監(jiān)控軟件可以實(shí)時(shí)接收發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)，當(dāng)振動(dòng)值超過預(yù)設(shè)值時(shí)（一級(jí)2.2、二級(jí)4.0），系統(tǒng)立即通過手機(jī)短信提示工程師，以便及時(shí)采取相應(yīng)措施進(jìn)行故障處置。

2故障分析與排除

圖1所示為我公司的波音787-8/9 機(jī)隊(duì)2014～2018年GEnx-1B發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)故障原因分布，運(yùn)行4年來，累計(jì)收到54起發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)故障報(bào)告，其中振動(dòng)值大部分為超標(biāo)，少部分顯示空白。通過對故障的時(shí)空特性、表現(xiàn)形式、伴隨信息等多方面的綜合分析，得出導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)值高的主要原因是地面滑行顛簸，其他原因包括異常天氣、EMU瞬時(shí)故障、EMU內(nèi)部故障和發(fā)動(dòng)機(jī)本體振動(dòng)超標(biāo)，圖2給出了不同故障原因引發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)值變化。

2.1 地面滑行顛簸

波音787夢想飛機(jī)的主要材料是高強(qiáng)度低重量的復(fù)合材料，機(jī)翼重量輕，上反角較大。這一設(shè)計(jì)使得飛機(jī)在地面滑行時(shí)機(jī)翼更易受到顛簸而產(chǎn)生抖動(dòng)，機(jī)翼吊架下的發(fā)動(dòng)機(jī)隨之發(fā)生振動(dòng)值波動(dòng)。根據(jù)報(bào)文，航班運(yùn)行時(shí)多次在北京首都機(jī)場地面滑行階段觸發(fā)高振動(dòng)值，大部分都集中在Z2、Z3滑行線，由于地面不平整導(dǎo)致振動(dòng)值在2.0～4.9之間波動(dòng)，駕駛艙無明顯震感，發(fā)動(dòng)機(jī)其他參數(shù)正常。飛機(jī)無超差記錄，無自動(dòng)事件，無代碼。離開地面顛簸區(qū)域后，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)值立即恢復(fù)正常，其他階段無異常。飛機(jī)?？繖C(jī)位后根據(jù)維護(hù)手冊完成雙發(fā)進(jìn)排氣區(qū)域目視檢查，檢查正常，檢查風(fēng)扇葉片、進(jìn)氣整流錐和填塊，均正常。

2.2 異常天氣

1） 結(jié)冰

787飛機(jī)在空中進(jìn)入結(jié)冰區(qū)域時(shí)，防冰活門自動(dòng)打開，根據(jù)結(jié)冰程度的不同，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)值階躍上升并在2.5～4之間波動(dòng)。飛機(jī)通過結(jié)冰區(qū)后，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)值迅速恢復(fù)正常（一般小于1），客艙無明顯震感。地面的機(jī)務(wù)工程師可持續(xù)監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)，只要振動(dòng)值等發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)正常即可繼續(xù)執(zhí)行航班。為謹(jǐn)慎起見，機(jī)組應(yīng)按需通過衛(wèi)星電話與機(jī)務(wù)工程師溝通，確認(rèn)是因?yàn)轱w機(jī)經(jīng)過結(jié)冰區(qū)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)值異常。飛機(jī)落地后檢查發(fā)動(dòng)機(jī)無超差記錄，一般有維護(hù)信息77-11601（發(fā)動(dòng)機(jī)高振動(dòng)超限），如果沒有ENG FAIL、ENG SURGE、ENG THRUST等狀態(tài)信息，且離開結(jié)冰區(qū)后的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)無異常，即可確定導(dǎo)致低壓轉(zhuǎn)子不平衡的原因是冰晶引起的振動(dòng)值偏高。

2） 氣流波動(dòng)

當(dāng)飛機(jī)穿云或處在短時(shí)大風(fēng)等嚴(yán)重氣流波動(dòng)的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)值會(huì)相應(yīng)增大到1.5～2.5，N1等發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)卻無異常變化，外界氣流結(jié)束后，振動(dòng)值恢復(fù)正常。可在飛機(jī)落地后根據(jù)維護(hù)手冊完成發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣區(qū)域目視檢查，若結(jié)果正常就無需進(jìn)行后續(xù)工作。

2.3 EMU內(nèi)部故障

維護(hù)工作中檢查發(fā)現(xiàn)ENG GEN VIB MONITOR L 和ENG VIB MONITOR L 兩條狀態(tài)信息，關(guān)聯(lián)維護(hù)信息77-09601（EMU沒有向CDN輸出數(shù)據(jù)），左發(fā)振動(dòng)值空白，先按MEL放行，后續(xù)航段再次出現(xiàn)該現(xiàn)象，航后落地檢查確認(rèn)故障實(shí)時(shí)存在。機(jī)務(wù)人員測試EMU兩個(gè)CDN通道均無EMU的反饋數(shù)據(jù)，脫開RPDU相關(guān)插頭，測量有115V交流電通往EMU;測量EMU到RPDU之間線路的絕緣性，連續(xù)性正常。根據(jù)以上情況，判斷EMU故障，更換EMU后安裝軟件并重新輸入配平數(shù)據(jù)，測試正常無代碼。試車檢查正常，慢車時(shí)振動(dòng)值0.6。后續(xù)跟蹤EMU廠家的修理報(bào)告，判斷是振動(dòng)信號(hào)處理組件、功率組件、通信處理組件損壞，未發(fā)現(xiàn)封嚴(yán)及其他物理性損壞，更換新件后測試正常。

2.4? EMU瞬時(shí)故障

飛機(jī)健康系統(tǒng)監(jiān)控到發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)值顯示空白，伴隨維護(hù)信息77-12001 （EMU內(nèi)部故障）。針對此故障，短停先將EEC維護(hù)電門放至測試位并等待30s，再將EMU維護(hù)電門放至測試位并等待30s，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)值一般會(huì)顯示正常。如故障現(xiàn)象依舊，再重置EMU跳開關(guān)，振動(dòng)值可以恢復(fù)正常顯示。此類故障現(xiàn)象多出現(xiàn)在地面啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)或?qū)MU維護(hù)電門人工放在測試位或空中電源轉(zhuǎn)換時(shí)，EMU內(nèi)部執(zhí)行初始自測試就會(huì)將振動(dòng)值設(shè)置為空白，通過重置EMU跳開關(guān)可以清除維護(hù)信息并使振動(dòng)值顯示正常。根據(jù)波音SB要求，將EMU軟件版本升級(jí)到EA55后，此類故障可以基本解決。

2.5 發(fā)動(dòng)機(jī)本體振動(dòng)超標(biāo)

新發(fā)動(dòng)機(jī)在交付客戶之前都會(huì)執(zhí)行振動(dòng)測試并進(jìn)行配平，以確保振動(dòng)值在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。航空公司在機(jī)隊(duì)運(yùn)行時(shí)可以按需對低壓轉(zhuǎn)子進(jìn)行配平。GEnx-1B發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片的前緣是鈦合金，其余都是較輕的碳纖維復(fù)合材料，而且葉片燕尾槽底部的防磨帶附著特氟龍潤滑劑，這樣的設(shè)計(jì)使得葉片在滿足其他性能參數(shù)的基礎(chǔ)上更有利于減少振動(dòng)。

我公司機(jī)隊(duì)運(yùn)行4年來僅收到1起由于發(fā)動(dòng)機(jī)配平問題引起的振動(dòng)超標(biāo)報(bào)告。該飛機(jī)某航段在起飛和下降階段出現(xiàn)短時(shí)振動(dòng)超標(biāo)，其余階段的振動(dòng)值稍微偏高，全程無防冰指示。落地后從機(jī)組處確認(rèn)飛機(jī)未經(jīng)過冰晶區(qū)，檢查發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣區(qū)域正常，確認(rèn)駕駛艙無代碼，無自動(dòng)事件。后續(xù)航段又出現(xiàn)兩次高振動(dòng)值告警，航后對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行低壓系統(tǒng)配平測試。按照EMU提供的配平方案配平，拆下21號(hào)P10釘并安裝P01釘，拆下36號(hào) P01釘并安裝P06釘。再次進(jìn)行振動(dòng)測試，N1為88%時(shí)振動(dòng)值最大0.6，滿足手冊要求。為確保航班正?？煽兀瑢⒃擄w機(jī)從洲際航班調(diào)整為國內(nèi)航班，后續(xù)航段左發(fā)振動(dòng)值最高為0.8，說明配平有效。查詢該發(fā)動(dòng)機(jī)歷史，發(fā)現(xiàn)該發(fā)動(dòng)機(jī)于4天前剛完成裝機(jī)，初步判斷是大修后的振動(dòng)測試時(shí)間不足，導(dǎo)致風(fēng)扇葉片裝配的磨合不夠，引起振動(dòng)超標(biāo)。

另外，工程師在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)低壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)試車時(shí)發(fā)現(xiàn)，配平測試可以通過電子飛行包（EFB）進(jìn)行，比使用維護(hù)手冊中要求的通過筆記本電腦進(jìn)行測試更穩(wěn)定、更高效。用筆記本電腦測試存在的問題是：全程40min內(nèi)需專人手動(dòng)按壓數(shù)據(jù)線以確保連接正常（數(shù)據(jù)線接頭容易受振動(dòng)松脫導(dǎo)致斷開連接），若不慎斷開連接，需耗費(fèi)人力、燃油重新進(jìn)行試車。采用EFB進(jìn)行試車不會(huì)有上述問題。此建議被波音公司認(rèn)可并采納，后續(xù)將修訂相關(guān)維護(hù)手冊。

3 總結(jié)

由上述分析可知，GEnx-1B發(fā)動(dòng)機(jī)的高振動(dòng)值大部分都是由外部原因造成的，發(fā)動(dòng)機(jī)本體振動(dòng)所占故障比例較小。對于因地面滑行顛簸、異常天氣引起的故障，需根據(jù)外界環(huán)境狀況、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)和駕駛艙相關(guān)信息進(jìn)行綜合判斷，若發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)值只是短時(shí)偏高，后續(xù)迅速恢復(fù)正常，而飛機(jī)落地后的外部目視檢查正常，其余航段無異常報(bào)告，則航班可以繼續(xù)運(yùn)行，無需進(jìn)行維護(hù)工作。若發(fā)現(xiàn)其他異常，則需根據(jù)手冊進(jìn)行排故。對于發(fā)動(dòng)機(jī)本體振動(dòng)超標(biāo)故障，需從發(fā)動(dòng)機(jī)裝機(jī)階段開始持續(xù)監(jiān)控，確保高質(zhì)量完成初始發(fā)動(dòng)機(jī)裝機(jī)試車的相關(guān)工作，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)對其及時(shí)進(jìn)行配平，避免發(fā)動(dòng)機(jī)性能惡化。對于EMU故障，需根據(jù)相關(guān)手冊及時(shí)隔離排故，再視情完成后續(xù)工作。