從工程與維修入手提高A320 NEO飛機(jī)的運(yùn)行可靠性

吳海峰

摘 要：通過(guò)在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)前增加冷卻時(shí)間來(lái)避免該發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)軸彎的現(xiàn)象；發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)控，判斷趨勢(shì)提前采取措施；計(jì)劃性維修和航線維修。

關(guān)鍵詞：PW1100G發(fā)動(dòng)機(jī)；經(jīng)濟(jì)性；可靠性

空客公司A320系列飛機(jī)作為波音公司B737系列飛機(jī)的最大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，自1988年面世以來(lái)，因其經(jīng)典的機(jī)體結(jié)構(gòu)，先進(jìn)的電傳技術(shù)等，漸成為各大航空公司的主力單通道干線機(jī)型。

30多年來(lái)，隨著航空工業(yè)的制造水平不斷提升，新型材料在飛機(jī)制造領(lǐng)域的應(yīng)用，空客與波音分別推出了A350、B787兩款新型雙通道遠(yuǎn)程客機(jī)，新機(jī)型與原有A330、B777相比，運(yùn)行成本大幅降低，各大航空公司反饋良好。為延續(xù)A350、B787的良好銷售勢(shì)頭，并降低研發(fā)成本，空客和波音在其單通道客機(jī)經(jīng)典機(jī)體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上分別推出了A320 NEO與737MAX。

我司作為全空客機(jī)隊(duì)，運(yùn)營(yíng)的是A320 NEO（New Engine Option），原A320系列我們稱其為A320 CEO（Classic Engine Option）。從新舊兩款機(jī)型的后綴全程我們不難看出它們的區(qū)別在于發(fā)動(dòng)機(jī)。查閱我司運(yùn)營(yíng)NEO以來(lái)近兩年的運(yùn)行數(shù)據(jù)，NEO較 CEO可節(jié)約燃油XXXX%。航空公司的總運(yùn)營(yíng)成本里，燃油占30-40%，如果機(jī)隊(duì)里CEO全改為NEO，將直接減少航空公司總運(yùn)營(yíng)成本的XXX%。

凡事有利就有弊，新型發(fā)動(dòng)機(jī)之所以能如此大幅度的降低油耗，主要原因是新材料、新技術(shù)的運(yùn)用，這些沒(méi)有經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間驗(yàn)證的技術(shù)的運(yùn)用，勢(shì)必會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性。以PW1100G發(fā)動(dòng)機(jī)為例，它的設(shè)計(jì)特點(diǎn)包括超高涵道比、帶涂層的寬弦風(fēng)扇葉片、新型合金材料制造的低壓、高壓軸以及壓氣機(jī)和渦輪葉片、FDGS（Fan Drive Gearbox System）等；其工作特點(diǎn)是極端工作溫度和超高轉(zhuǎn)速。

自2016年1月20日，第一架A320 NEO飛機(jī)投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)以來(lái)，在三年多的時(shí)間內(nèi)PW1100G發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)發(fā)生了多次空中停車，其原因不一，有的是因?yàn)榉鈬?yán)失效，有的是因?yàn)閴簹鈾C(jī)或渦輪的葉片斷裂等等，其空停率遠(yuǎn)高于商業(yè)航班的平均值。我們可以認(rèn)為這是一個(gè)“合理”的過(guò)程，因?yàn)槿魏涡录夹g(shù)的運(yùn)用都是通過(guò)實(shí)踐逐步走向成熟的。但由于安全原因，居高不下的空停率是無(wú)法接受的，空客公司為此一度停止接收PW1100G發(fā)動(dòng)機(jī)的供應(yīng)，普惠發(fā)動(dòng)機(jī)廠家也根據(jù)各個(gè)航空公司的故障報(bào)告，持續(xù)進(jìn)行著改進(jìn)。但由于發(fā)動(dòng)機(jī)整體設(shè)計(jì)生產(chǎn)已經(jīng)成型，普惠不會(huì)再有大動(dòng)作，其所做的改進(jìn)或升級(jí)只能是針對(duì)性的，一些其結(jié)構(gòu)本身所造成的對(duì)后期運(yùn)營(yíng)的影響，只能通過(guò)工程技術(shù)、維修控制、維修方法等方面去解決。在發(fā)動(dòng)機(jī)本身可靠性較低的情況下，通過(guò)各種方法將故障留在地面，使搭載該發(fā)動(dòng)機(jī)的NEO飛機(jī)的運(yùn)行可靠性得以提升至接近CEO的正常水平。

針對(duì)現(xiàn)有已知的問(wèn)題，主要有以下幾方面措施：

一、通過(guò)在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)前增加冷卻時(shí)間來(lái)避免該發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)軸彎的現(xiàn)象

相比普通發(fā)動(dòng)機(jī)，PW1100G出現(xiàn)軸彎的趨勢(shì)主要原因一是溫度，二是結(jié)構(gòu)。由于采用了新型的渦輪葉片材料和葉片冷卻技術(shù)以及FDGS，該發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率非常高，工作溫度可大大高于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，其EGT溫度限制能達(dá)到1080攝氏度。結(jié)構(gòu)方面，由于PW1100G核心機(jī)體機(jī)很小，整根軸被設(shè)計(jì)的很細(xì)。發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)車后，軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，由于冷空氣下降熱空氣上升的原理，軸上部和下部受熱不均，熱變形有差異，這會(huì)導(dǎo)致整根軸沿中軸線產(chǎn)生弓形變形，理論上上述問(wèn)題在所有發(fā)動(dòng)機(jī)上都存在，但由于此發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度太高，軸又被設(shè)計(jì)的很細(xì)，此變形情況顯得尤其明顯，當(dāng)然，這里的明顯只是相對(duì)的。若在下次啟動(dòng)前，這種輕微變形沒(méi)有完全恢復(fù)，發(fā)動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)造成軸受力的不平衡，以及葉片尖端與機(jī)匣間隙不一致。為了解決這個(gè)問(wèn)題，普惠除了在三號(hào)、四號(hào)軸承處加裝減震器來(lái)減少此不平衡帶來(lái)的影響外，還在發(fā)動(dòng)機(jī)軟件方便做出修改，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前冷卻環(huán)節(jié)，讓發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)低轉(zhuǎn)速（N2：7%—10%）穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間，受熱均勻后，再完成啟動(dòng)。由于增加了軸承處減震器，該冷卻時(shí)間已經(jīng)得以控制使得發(fā)動(dòng)機(jī)的整體啟動(dòng)時(shí)間在150秒以內(nèi)，相對(duì)于V2500的約80秒以及CFM的約50秒，這個(gè)時(shí)間是相對(duì)較長(zhǎng)的。

二、發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)控，判斷趨勢(shì)提前采取措施

性能監(jiān)控的方式是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)自身的各種傳感器，將轉(zhuǎn)速、EGT溫度、振動(dòng)值等參數(shù)通過(guò)飛機(jī)設(shè)備傳至工程部門，工程師會(huì)分析此數(shù)據(jù)所反映的問(wèn)題安排相應(yīng)維修工作，類似手段目前幾乎所有商業(yè)運(yùn)營(yíng)的飛機(jī)都在運(yùn)用，已經(jīng)非常成熟。針對(duì)于PW1100G，目前重點(diǎn)監(jiān)控的一個(gè)參數(shù)就是N2 VIB，即高壓軸振動(dòng)值。相對(duì)V2500、CFM56等通常2.0以下不需處理的振動(dòng)值限制，該發(fā)動(dòng)機(jī)的限制值普惠公司給的是5.0。高振動(dòng)值除前述軸彎可能是原因之一以外，超高的高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也是重要原因。相對(duì)于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)15000RPM轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，PW1100G的轉(zhuǎn)速能達(dá)到20000RPM，高出1/3。實(shí)際監(jiān)控情況來(lái)看，該發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)值個(gè)體差異較大，接近或達(dá)到5.0的發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)被重點(diǎn)監(jiān)控。由于此結(jié)構(gòu)問(wèn)題已經(jīng)超出航空公司的維修能力，一旦轉(zhuǎn)速持續(xù)加大，只能拆下發(fā)動(dòng)機(jī)返廠大修，監(jiān)控的目的在于判斷趨勢(shì)，提前計(jì)劃，對(duì)航空公司的運(yùn)營(yíng)影響最小化。

三、計(jì)劃性維修和航線維修

除了飛機(jī)自帶軟件、后臺(tái)軟件等，定期與不定期的檢查也是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的重要手段。根據(jù)PW1100G的特點(diǎn)，航空公司也會(huì)制定相應(yīng)的檢查間隔與檢查方式，除了短停對(duì)目視可見(jiàn)區(qū)域的檢查以外，孔探是目前應(yīng)用最廣也最有效果的手段之一，通過(guò)專用設(shè)備，進(jìn)入核心機(jī)內(nèi)部對(duì)壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪等部位進(jìn)行成像檢查，發(fā)現(xiàn)是否存在裂紋、掉塊等缺陷，可直觀有效的提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，避免發(fā)動(dòng)機(jī)在空中出現(xiàn)突發(fā)狀況。

總之，新技術(shù)的運(yùn)用是發(fā)展的必然趨勢(shì)，也必將帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。廠家與運(yùn)營(yíng)方從多種角度出發(fā)，多方式的對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控、分析、改進(jìn)，新技術(shù)才能逐步走向成熟，其帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等方面的優(yōu)勢(shì)才能得以充分地體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《Airbus A319/A320/A321 Aircraft Maintenance manual》