一起波音757飛機(jī)起飛滑跑階段發(fā)動(dòng)機(jī)異響故障分析

摘要：針對(duì)某架波音757飛機(jī)右發(fā)動(dòng)機(jī)在起飛滑跑階段出現(xiàn)異響的情況，分析了可能的原因，并采取了相應(yīng)的排故措施。排故經(jīng)驗(yàn)可供維修人員在遇到類似故障時(shí)參考。

關(guān)鍵詞：波音757飛機(jī)；發(fā)動(dòng)機(jī)；異響；故障；放氣活門(mén)

Keywords：B757 aircraft；engine；abnormal sound；fault；bleed valve

1 故障描述

某航空公司一架波音757飛機(jī)在起飛滑跑階段，因右發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)發(fā)出異響并伴隨機(jī)體振動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)組中斷起飛。地面孔探檢查正常，預(yù)防性更換了瞬態(tài)壓力傳感組件（TPU）后模擬起飛功率試車(chē)，測(cè)試均正常，但飛機(jī)再次執(zhí)行航班時(shí)又出現(xiàn)異響并伴隨機(jī)體振動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)組再次中斷起飛。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)起飛滑跑階段簡(jiǎn)介

該架波音757飛機(jī)選裝的發(fā)動(dòng)機(jī)為三轉(zhuǎn)子RB211發(fā)動(dòng)機(jī)。在起飛滑跑階段，機(jī)組接通自動(dòng)油門(mén)后，推力管理計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)計(jì)算，通過(guò)伺服作動(dòng)器移動(dòng)油門(mén)桿到指令位置，EEC根據(jù)油門(mén)桿角度及其他參數(shù)控制發(fā)動(dòng)機(jī)加速至指令EPR，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快速增加過(guò)程中，壓氣機(jī)引氣壓力快速增加。為防止喘振出現(xiàn)，放氣活門(mén)控制組件（BVCU）根據(jù)N2轉(zhuǎn)速/T2溫度信號(hào)或PLA角度信號(hào)控制中、高級(jí)壓氣機(jī)放氣電磁閥，通過(guò)放氣活門(mén)的打開(kāi)與關(guān)閉，使流經(jīng)壓氣機(jī)的氣流量與發(fā)動(dòng)機(jī)功率相匹配，提高喘振裕度。

3 故障分析

飛機(jī)中斷起飛后，調(diào)取EICAS信息，有維護(hù)信息“R ENG SURGE BITE”出現(xiàn)。對(duì)TPU、BVCU進(jìn)行自檢，故障代碼分別為40、04，依據(jù)FIM 75-32-00指向發(fā)動(dòng)機(jī)喘振，但通過(guò)譯碼對(duì)比左右發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)，未發(fā)現(xiàn)明顯差異，與真實(shí)喘振現(xiàn)象不符。為驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)放氣系統(tǒng)工作是否正常，進(jìn)行了系統(tǒng)分析。

3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)放氣系統(tǒng)原理分析

發(fā)動(dòng)機(jī)放氣系統(tǒng)是通過(guò)放掉中、高壓級(jí)壓氣機(jī)的氣流來(lái)維持穩(wěn)定的壓氣機(jī)工作狀態(tài)，使發(fā)動(dòng)機(jī)在加減速狀態(tài)下不會(huì)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。該功能主要通過(guò)BVCU、TPU控制的2個(gè)中壓級(jí)電磁閥、1個(gè)高壓二級(jí)電磁閥、2個(gè)高壓三級(jí)電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)3個(gè)中壓六級(jí)放氣活門(mén)、1個(gè)高壓二級(jí)、2個(gè)高壓三級(jí)放氣活門(mén)開(kāi)關(guān)的控制。

在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，BVCU通過(guò)控制電磁活門(mén)的電源通斷，使伺服壓力信號(hào)接入或旁通，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)中、高壓級(jí)放氣活門(mén)的控制。BVCU的控制方式分為正常模式和備用模式，正常模式是將N2和T2平方根的比值與設(shè)定值進(jìn)行比較，以此來(lái)控制放氣活門(mén)的開(kāi)關(guān)（見(jiàn)圖1）；當(dāng)BVCU失去N2及T2信號(hào)時(shí)就工作在備用模式下，則根據(jù)油門(mén)桿角度來(lái)控制放氣活門(mén)的工作，使放氣活門(mén)在一定的PLA角度下打開(kāi)，超過(guò)該角度則關(guān)閉。放氣活門(mén)的工作狀態(tài)分為穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)，兩種狀態(tài)的劃分是根據(jù)油門(mén)桿的運(yùn)動(dòng)快慢來(lái)區(qū)分的，T代表工作瞬態(tài)，在油門(mén)快速響應(yīng)下，放氣活門(mén)的開(kāi)關(guān)較穩(wěn)態(tài)都會(huì)延后。放氣活門(mén)也受高度的影響，18000ft以上放氣活門(mén)開(kāi)關(guān)會(huì)延后。

防喘及失速系統(tǒng)由TPU及DDU（減速探測(cè)元件）構(gòu)成，TPU用于發(fā)動(dòng)機(jī)低功率下的防喘，DDU用于發(fā)動(dòng)機(jī)高功率下的失速探測(cè)。TPU根據(jù)實(shí)際P4壓力值與參考值的比較而動(dòng)作，大于參考值則指令TFU激勵(lì)2.5s，使燃燒室的燃油瞬間減少，斷開(kāi)PLA輸入信號(hào)，使放氣活門(mén)工作在瞬態(tài)，連續(xù)點(diǎn)火以防熄火。DDU的功用是一旦探測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)急劇減速，則指令兩個(gè)HP3放氣活門(mén)全打開(kāi)23s，使發(fā)動(dòng)機(jī)盡快恢復(fù)。為避免高功率狀態(tài)下冷卻渦輪的氣流量減少，左HP3放氣活門(mén)有一個(gè)釋壓閥，當(dāng)HP3的壓力過(guò)大時(shí)，打開(kāi)控制腔放掉壓力使活門(mén)關(guān)閉，以滿足渦輪冷卻氣量需求。

3.2 試車(chē)驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)放氣活門(mén)工作狀態(tài)

每個(gè)放氣活門(mén)電磁閥有兩個(gè)線圈，分別從專用發(fā)電機(jī)控制組件A或B得電，任何一個(gè)線圈工作正常均可控制放氣活門(mén)，BVCU僅能測(cè)試到電磁活門(mén)的電信號(hào)是否正常，無(wú)法檢測(cè)放氣活門(mén)工作情況，判斷放氣活門(mén)工作狀態(tài)需通過(guò)試車(chē)TEST 3來(lái)確定。

依據(jù)AMM 71-00-00-715-049執(zhí)行TEST 3試車(chē)項(xiàng)目，通過(guò)對(duì)比試車(chē)功率下的EGT變化值判斷活門(mén)工作是否正常。但試車(chē)多次未能檢查出放氣活門(mén)工作異常，分析認(rèn)為在前推油門(mén)桿時(shí)和各活門(mén)開(kāi)關(guān)過(guò)程中，EGT參數(shù)變化均不明顯。后經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多次試車(chē)模擬發(fā)現(xiàn)，前推油門(mén)桿使EGT按照1℃/s緩慢上升，能夠精確記錄因放氣活門(mén)開(kāi)關(guān)導(dǎo)致的EGT變化，測(cè)試還發(fā)現(xiàn)IP6活門(mén)開(kāi)關(guān)不在設(shè)定功率范圍內(nèi)。為進(jìn)一步驗(yàn)證試車(chē)結(jié)果，對(duì)2個(gè)IP6電磁閥進(jìn)行通電測(cè)試及電磁線圈電阻檢查，均正常。拆下3個(gè)IP6活門(mén)，檢查發(fā)現(xiàn)右下放氣活門(mén)作動(dòng)彈簧斷裂（見(jiàn)圖2）。

3.3 損壞IP6放氣活門(mén)與故障相關(guān)性分析

為驗(yàn)證IP6放氣活門(mén)加載彈簧斷裂是否會(huì)導(dǎo)致異響振動(dòng)的發(fā)生，對(duì)IP6放氣活門(mén)工作原理進(jìn)行分析（見(jiàn)圖3）。

IP6電磁閥包含兩個(gè)獨(dú)立的線圈A和B，分別從專用發(fā)電機(jī)控制組件A或 B得電，任何一個(gè)線圈工作正常均可使放氣活門(mén)關(guān)閉，IP6放氣活門(mén)本體正常是由于彈簧加載在開(kāi)位。電磁閥外部連接兩根管路，一根連接HP3伺服引氣管路，另外一根連接放氣活門(mén)下腔。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電磁活門(mén)未被激勵(lì)，伺服通氣孔關(guān)閉，HP3伺服引氣進(jìn)入，在負(fù)載彈簧后部建立壓力以保持進(jìn)氣口開(kāi)度，使HP3引氣進(jìn)入放氣活門(mén)下腔，放氣活門(mén)打開(kāi)。當(dāng)電磁閥通電激勵(lì)后，伺服通氣孔打開(kāi)，HP3伺服引氣被釋放，使進(jìn)氣孔關(guān)閉，降低了伺服信號(hào)管壓力，使活門(mén)關(guān)閉。

給IP6放氣活門(mén)彈簧預(yù)加載一個(gè)打開(kāi)力，現(xiàn)場(chǎng)檢查損壞的放氣活門(mén)，預(yù)加載彈簧已斷裂，放氣活門(mén)軸承卡滯，導(dǎo)致活門(mén)軸向運(yùn)動(dòng)不暢，可停留在任意位置。試車(chē)發(fā)現(xiàn)TEST3參數(shù)混亂，尤其是HP2及IP6活門(mén)作動(dòng)區(qū)間參數(shù)混亂，例如，A區(qū)間EPR1.08～1.15，HP2的關(guān)閉通常導(dǎo)致EGT下降10℃～20℃，但實(shí)際試車(chē)中EGT下降兩次且接近40℃；B區(qū)間EPR1.17～1.24，IP6關(guān)閉通常導(dǎo)致EGT下降10℃～20℃，但實(shí)際EGT下降僅一次且為4℃。同時(shí)，地面試車(chē)時(shí)能夠明顯感覺(jué)到發(fā)動(dòng)機(jī)氣流不暢。綜合判斷IP6活門(mén)提前關(guān)閉，且關(guān)閉時(shí)EPR處于1.1左右。結(jié)合機(jī)組實(shí)際操作分析，當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入跑道后，機(jī)組首先會(huì)將EPR推到1.1左右，然后銜接自動(dòng)油門(mén)。當(dāng)EPR到1.1時(shí)右下IP6活門(mén)已經(jīng)關(guān)閉，當(dāng)機(jī)組銜接自動(dòng)油門(mén)后因HP3級(jí)壓力比IP6級(jí)壓力增長(zhǎng)率快，導(dǎo)致活門(mén)再次打開(kāi)而出現(xiàn)異響振動(dòng)。由于IP6級(jí)氣流快速排出，導(dǎo)致高壓級(jí)壓力瞬時(shí)下降，TPU探測(cè)到P4與參考值的差值，將PLA信號(hào)輸入BVCU，使BVCU工作在瞬態(tài)，放氣活門(mén)全開(kāi)，即IP6放氣活門(mén)失效狀態(tài)與實(shí)際故障表現(xiàn)一致。

4 結(jié)束語(yǔ)

本次發(fā)動(dòng)機(jī)起飛滑跑階段出現(xiàn)異響是因IP6放氣活門(mén)故障引起，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)如下：

1）對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)故障，應(yīng)明確故障發(fā)生的階段，讀取相關(guān)系統(tǒng)的檢測(cè)信息，判斷相關(guān)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，通過(guò)譯碼分析發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)來(lái)初步判斷發(fā)動(dòng)機(jī)性能狀況，以確定排故方向。

2）通常在地面狀態(tài)下因各類限制很難通過(guò)試車(chē)模擬機(jī)組操作，給排故帶來(lái)了一定的難度。因此，在進(jìn)行測(cè)試時(shí)應(yīng)研讀手冊(cè)，對(duì)于手冊(cè)內(nèi)的參數(shù)要求應(yīng)通過(guò)試車(chē)完整精準(zhǔn)地模擬出來(lái)，如在TEST3測(cè)試中需要使EGT按照1℃/s緩慢上升才能夠精準(zhǔn)地判斷活門(mén)的作動(dòng)狀態(tài)。

3）在排故過(guò)程中，需通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嫹治龃_認(rèn)損傷部件是導(dǎo)致故障的根本原因或唯一原因，避免排故浮于表面。

作者簡(jiǎn)介

劉善昭，工程師，負(fù)責(zé)波音737-300/400/800，波音757-200機(jī)隊(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)管理及技術(shù)支援；主要研究方向是航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理與構(gòu)造、發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性管理、發(fā)動(dòng)機(jī)成本控制。