PW1100 發(fā)動機(jī)防止空中停車的研究

■ 易瑋/中國南方航空股份有限公司沈陽維修基地

1 PW1100 發(fā)動機(jī)的應(yīng)用情況

配裝PW1100 發(fā)動機(jī)的A320neo 飛機(jī)目前已被全球32 家航空公司選用，其中南航有24 架。與常規(guī)發(fā)動機(jī)相比，該型發(fā)動機(jī)由于具有更大的涵道比、油耗和排放更少、更加綠色環(huán)保且噪聲小等特點(diǎn)，越來越受到各國航空公司的喜愛。

但是，新事物都有其兩重性。PW1100發(fā)動機(jī)在風(fēng)扇和低壓壓氣機(jī)之間加裝了一個減速箱，受不成熟的新材料應(yīng)用以及技術(shù)設(shè)計(jì)滯后等因素的影響，致使該型發(fā)動機(jī)在實(shí)際使用中問題層出不窮。

2 PW1100 空中停車故障隱患的幾個典型表現(xiàn)

1）2017 年3 月20 日， 一 架A320 飛機(jī)空中先后出現(xiàn)“ENG 2 CHIP DETECTED”“ENG 2 OIL LO PR”“ENG 2 FAIL”“ENG 2 SHUT DOWN”“ENG 2 OIL SYS FAULT”等故障信息，右發(fā)動機(jī)自動關(guān)車，飛機(jī)單發(fā)安全備降。地面檢查發(fā)現(xiàn)，右發(fā)風(fēng)扇葉片與防磨帶相磨并卡死。更換右發(fā)動機(jī)后，地面試車正常。

2）2019 年6 月26 日，一架A321飛機(jī)起飛后，高度29000ft 時機(jī)組聽到左發(fā)異響，同時觀察到左發(fā)EGT 超限、N1 值波動，收回油門后EGT 正常，N1值繼續(xù)波動且出現(xiàn)N1 高振動。機(jī)組人工關(guān)車，單發(fā)返航，安全落地。孔探檢查發(fā)現(xiàn)，左發(fā)渦輪LPT3 級葉片損壞。更換左發(fā)動機(jī)后地面試車正常。

3）2019 年11 月23 日，一架A321飛機(jī)空中出現(xiàn)左發(fā)滑油低壓、左發(fā)滑油碎片探測、左發(fā)加熱系統(tǒng)故障、左發(fā)FADEC 等信息。機(jī)組按檢查單處置，關(guān)閉左發(fā)并備降，安全落地?？滋綑z查發(fā)現(xiàn)，齒輪箱內(nèi)部有裂紋，IDG 驅(qū)動軸缺失，滑油泵和發(fā)電機(jī)齒輪損壞。分析認(rèn)為故障的根本原因是發(fā)動機(jī)在特定轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生共振，導(dǎo)致輪齒斷裂。更換左發(fā)動機(jī)后，地面試車正常。

3 PW1100 發(fā)動機(jī)故障隱患分析及維護(hù)措施

3.1 3 號軸承封嚴(yán)磨損（干式）

截至目前，世界機(jī)隊(duì)中已有38 起因3 號軸承干式封嚴(yán)（DFS）早期磨損導(dǎo)致的換發(fā)，大多數(shù)被滑油碎屑監(jiān)控（ODM）探測到（封嚴(yán)使用時間大概為500FH）。其中5 起未被孔探探測到，封嚴(yán)磨損后，滲漏的滑油進(jìn)入引氣系統(tǒng)導(dǎo)致客艙異味。普惠公司于2018 年11 月5 日發(fā)布SB PW1000G-C-73-00-0032-00A-930A-D，引入EEC 軟件版本FCS4.5，通過降低主滑油溫來減少早期磨損事件。之后，普惠公司又于2018年12 月20 日發(fā)布了SI 375F-18，要求一次性孔探檢查3 號軸承前后封嚴(yán)。目前，普惠公司正在研究設(shè)計(jì)新構(gòu)型，預(yù)計(jì)2020 年第2 季度發(fā)布。

維護(hù)措施包括：

1）實(shí)時監(jiān)控ODM 計(jì)數(shù)，并視需安排磁堵檢查。

2）編寫EO：B32072P063，升級EEC 軟件至FCS4.5。目前南航機(jī)隊(duì)已完成此項(xiàng)工作。

3）編寫EO：B32072P077，對于新發(fā)動機(jī)或送修返回（安裝了干式封嚴(yán)）發(fā)動機(jī)，1000FH 內(nèi)孔探檢查DFS。結(jié)合世界機(jī)隊(duì)狀況，重新評估孔探間隔，計(jì)劃將“EO：針對在翼DFS 使用時間小于1500FH 的發(fā)動機(jī)” 修訂為每500FH 孔探一次，共執(zhí)行3 次。

3.2 MOP/IDG 驅(qū)動齒輪斷裂

截至目前，世界機(jī)隊(duì)已發(fā)生18 起因主滑油壓力/整體驅(qū)動發(fā)電機(jī)（MOP/IDG）驅(qū)動齒輪斷裂導(dǎo)致的事件，其中16 起空停（低滑油壓力），2 起中斷起飛（無推力響應(yīng)）。主要原因是在特定N2 轉(zhuǎn)速下，MOP/IDG 驅(qū)動齒輪存在共振現(xiàn)象，導(dǎo)致其出現(xiàn)高周疲勞而斷裂（見圖1）。普惠公司已發(fā)布相關(guān)SB 73-00-0037，要求在翼升級EEC 軟件版本至FCS5.0，以快速通過共振時的N2 轉(zhuǎn)速，減少齒輪斷裂；同時發(fā)布了相關(guān)SB 72-00-0129 改裝，重新設(shè)計(jì)滑油泵/IDG 齒輪，并要求在發(fā)動機(jī)返廠時完成齒輪更換。FAA 也已頒發(fā)相關(guān)AD FAA-2019-0393。

圖1 MOP/IDG驅(qū)動齒輪斷裂

圖2 LPT葉片斷裂

維護(hù)措施包括：

1）在翼升級EEC 軟件版本。

2）與普惠公司溝通在翼更換滑油泵/IDG 齒輪事宜，編寫EO 在翼執(zhí)行改裝。

3）在改裝完成前，通過發(fā)動機(jī)滑油監(jiān)控報(bào)密切監(jiān)控發(fā)動機(jī)OMD 計(jì)數(shù)并視需安排磁堵檢查。

3.3 LPT 第3 級葉片斷裂

截至目前，世界機(jī)隊(duì)已發(fā)生31 起LPT 第3級葉片斷裂事件，其中7起空停，南航有1 起空停3 起返航。主要原因是該葉片采用輕質(zhì)的鈦鋁合金材料制成，重量很輕但強(qiáng)度較差，容易受沖擊而斷裂（見圖2）。目前已知的調(diào)查結(jié)果有燃燒室螺樁脫落，LPT 鉚釘脫落，HPT2級葉片斷裂和LPT 內(nèi)腔的FOD（螺桿）。

普惠公司于2019 年5 月14 日發(fā)布了SB PW1000G-C-72-00-0111-00A-930A-D，引入新構(gòu)型的LPT 第3 級葉片以解決此問題。

維護(hù)措施包括：

1） 按照AMM 72-53-00-220-801-A，詳細(xì)目視檢查LPT 第3 級葉片和外側(cè)空氣封嚴(yán)。

2）縮短HPT 孔探間隔至750FH，新增LPT 孔探項(xiàng)目，嚴(yán)密監(jiān)控LPT3 葉片上游可能的材料脫落。

3）編寫EO：B32072P087，引入備用爬升構(gòu)型，降低爬升時的發(fā)動機(jī)功率。

4）通過運(yùn)指中心發(fā)布風(fēng)險(xiǎn)提示單，機(jī)組人員可通過電子飛行本（EFB）查看相關(guān)的預(yù)警提示。

5）制定機(jī)隊(duì)LPT 第3 級葉片改裝計(jì)劃，并與普惠公司溝通改裝事宜，以換發(fā)的形式，梯次完成南航機(jī)隊(duì)的改裝。

3.4 HPC 系軸（tie-shaft）周向裂紋

截至目前，世界機(jī)隊(duì)已有7 起確認(rèn)的HPC 系軸周向裂紋事件，暫無空停事件，南航有1起非計(jì)劃下發(fā)（P770429）。事件的基本現(xiàn)象包括N2 高振動（非瞬時）、油門桿無響應(yīng)或N2 振動跟隨油門桿變化。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，HPC 系軸和HPC 前轂的嚙合處由于徑向移動，在HPC 系軸最后側(cè)的根部螺紋處產(chǎn)生周向裂紋（見圖3），裂紋引起了不平衡，導(dǎo)致N2高振動，N2 的振動給N2 轉(zhuǎn)速傳感器帶來干擾，故障信息傳輸?shù)紼EC，限制了飛機(jī)低速時的油門響應(yīng)，為防止超速，EEC 的軸剪切邏輯會立即關(guān)閉發(fā)動機(jī)，導(dǎo)致因N2 高振動引起的空停率居高不下。普惠公司計(jì)劃引入更好的抗磨涂層，改善其幾何構(gòu)型。

圖3 HPC系軸周向裂紋

維護(hù)措施包括：

1）實(shí)時監(jiān)控機(jī)隊(duì)N2 振動情況和譯碼分析。

2）特別留意N2 高振動的排故，將排故后的譯碼與之前的N2 高振動譯碼進(jìn)行對比，做出合理的判斷并制定進(jìn)一步的措施。

4 總結(jié)

實(shí)施上述一系列措施后，南航執(zhí)管的PW1100G 發(fā)動機(jī)的每千小時空停率由世界平均水平的0.011 下降到0，提高了運(yùn)行品質(zhì)，保證了飛行安全。