某型航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速擺動故障分析

王世德 劉志宏 王炳輝

摘要：以某型航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速擺動為切入點(diǎn)，總結(jié)了常見故障特點(diǎn)，區(qū)分“真擺”“假擺”兩種類型，闡述了故障原因，結(jié)合外場維護(hù)經(jīng)驗(yàn)給出了切實(shí)可行的維護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī)；轉(zhuǎn)速擺動；故障分析

Keywords：engine；swing speed；failure analysis

0 引言

發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速是表明航空發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)的一項(xiàng)重要參數(shù)。國產(chǎn)某型航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速傳感器采集，由機(jī)上綜合顯示裝置（或轉(zhuǎn)速表）以具體轉(zhuǎn)速值、轉(zhuǎn)速百分比等不同形式直觀體現(xiàn)。座艙指示轉(zhuǎn)速擺動故障是日常維護(hù)工作中較常見的典型故障，導(dǎo)致故障的原因多種多樣，按照引發(fā)故障的原因分類，通常將由發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)問題造成的擺動稱為“真擺”故障，將由轉(zhuǎn)速傳感和指示系統(tǒng)問題引起的擺動稱為“假擺”故障。本文結(jié)合國產(chǎn)某型雙轉(zhuǎn)子渦噴航空發(fā)動機(jī)構(gòu)造及燃油調(diào)節(jié)機(jī)理，具體闡述轉(zhuǎn)速擺動故障的特點(diǎn)、原因及防范措施。

1 轉(zhuǎn)速擺動量標(biāo)準(zhǔn)

該型發(fā)動機(jī)裝配于某系列軍用飛機(jī)，按照飛機(jī)外場維護(hù)工藝及技術(shù)說明書規(guī)定要求，當(dāng)飛機(jī)油門手柄位置一定時，發(fā)動機(jī)允許的具體轉(zhuǎn)速擺動量標(biāo)準(zhǔn)為：機(jī)上轉(zhuǎn)速指示器顯示N1<88%時，擺動量不超過±1%；N1>88%時，擺動量不超過±0.6%。如果在使用中座艙指示轉(zhuǎn)速擺動量超過上述規(guī)定值范圍，則必須及時準(zhǔn)確判斷轉(zhuǎn)速“真、假”擺動故障成因并做出正確處置，否則極有可能因飛機(jī)、發(fā)動機(jī)發(fā)生抖動共振給飛行員的正常操縱帶來困難，輕則損傷飛機(jī)和發(fā)動機(jī)部附件，重則引起發(fā)動機(jī)空中停車、承力件斷裂，嚴(yán)重危及飛行安全。

2 轉(zhuǎn)速擺動故障特點(diǎn)

該型發(fā)動機(jī)安裝在某飛機(jī)平臺后，轉(zhuǎn)速指示系統(tǒng)由2個轉(zhuǎn)速傳感器和1個轉(zhuǎn)速指示器組成。其中，轉(zhuǎn)速傳感器是一個單級、雙極、三相交流發(fā)電機(jī)，分別被發(fā)動機(jī)高低壓轉(zhuǎn)子驅(qū)動發(fā)出三相交流電。轉(zhuǎn)速指示器通過采集轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)出的三相交流電壓信號，將具體電壓值轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速表指針驅(qū)動力，將具體轉(zhuǎn)速值以百分比的形式在轉(zhuǎn)速表上直觀指示出來。通過大量統(tǒng)計該型飛機(jī)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速擺動故障案例，追蹤具體問題相關(guān)信息，梳理出轉(zhuǎn)速擺動故障的如下主要特點(diǎn)：

1）使用年限長、翻修次數(shù)多的發(fā)動機(jī)，發(fā)生轉(zhuǎn)速擺動故障比例偏高；

2）發(fā)動機(jī)在中小轉(zhuǎn)速發(fā)生擺動故障次數(shù)比大轉(zhuǎn)速發(fā)生故障次數(shù)明顯偏多；

3）發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速N1比N2發(fā)生擺動故障次數(shù)多，單個轉(zhuǎn)子發(fā)生擺動故障比兩個轉(zhuǎn)子同時擺動故障次數(shù)多，轉(zhuǎn)速單獨(dú)擺動比轉(zhuǎn)速、溫度、滑油壓力等相關(guān)參數(shù)同時擺動故障次數(shù)多；

4）N1和N2差值較大時，單個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速擺動故障次數(shù)多；差值較小時，兩個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同時擺動故障次數(shù)多。

3 故障原因分析

發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速擺動故障是發(fā)動機(jī)綜合性能好壞的直觀外在反映，“真擺”故障一般是由發(fā)動機(jī)傳動或燃油調(diào)節(jié)系統(tǒng)質(zhì)量問題引起，屬于發(fā)動機(jī)系統(tǒng)自身的硬故障；“假擺”故障一般是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速采集、傳輸或指示系統(tǒng)存在問題，不是發(fā)動機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速性能參數(shù)的真實(shí)反映，屬于發(fā)動機(jī)狀態(tài)指示系統(tǒng)的軟故障。只有將這兩種故障原因從根本上加以甄別，才能在判斷和排除故障時減少盲目性，增強(qiáng)時效性。

3.1 “假擺”故障原因分析

通過統(tǒng)計上百起轉(zhuǎn)速擺動故障案例后發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際維修工作中，該型發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速擺動故障絕大部分為“假擺”故障，故障現(xiàn)象是轉(zhuǎn)速N1單獨(dú)擺動，且大部分發(fā)生在中小轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。引起轉(zhuǎn)速“假擺”故障的主要原因有：

1）轉(zhuǎn)速傳感器線路電纜插頭不清潔。在航空器日常工作時，周圍大氣環(huán)境變化相對劇烈，受自身工作條件及所處地理環(huán)境影響形成的線路污染較為嚴(yán)重，易造成發(fā)動機(jī)電氣附件插頭內(nèi)部銹蝕、積炭或接觸不良，引起轉(zhuǎn)速指示異常擺動。

2）轉(zhuǎn)速信號電纜插頭導(dǎo)線斷絲或虛接。在飛機(jī)設(shè)計構(gòu)造上，轉(zhuǎn)速表指示器、傳感器信號傳輸導(dǎo)線根部懸空，當(dāng)發(fā)動機(jī)工作時，導(dǎo)線受高頻振動強(qiáng)度較大，易在導(dǎo)線根部焊接處形成斷絲或脫焊問題，形成因線路故障導(dǎo)致的轉(zhuǎn)速指示擺動或不指示問題。

3）轉(zhuǎn)速傳感器尾軸磨損產(chǎn)生間隙。轉(zhuǎn)速傳感器是隨飛機(jī)機(jī)體配套使用的高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)件，長期使用過程中尾軸會產(chǎn)生微動磨損使尺寸減小，隨著使用時間的增長，傳感器尾軸與安裝座之間的配合間隙也會逐漸變大，從而造成傳感器轉(zhuǎn)子定軸性變差，工作時輸出電壓不穩(wěn)定，引起轉(zhuǎn)速表指示擺動。

4）違規(guī)操作使傳感器受到物理性損傷。在日常維護(hù)工作中，一線工作人員因維修技能不足或其他因素影響，造成轉(zhuǎn)速表傳感器固定螺帽安裝偏斜（松動），或安裝過程中機(jī)件意外滑落（磕碰）造成尾軸受外力彎曲變形，都會致使傳感器轉(zhuǎn)子偏磨、輸出電壓不穩(wěn)定，引起轉(zhuǎn)速表指示擺動。

5）信號傳輸電插頭接觸不良或受電磁干擾。飛機(jī)上轉(zhuǎn)速信號傳輸電纜插頭采取釘孔配合方式，反復(fù)拆裝易使插釘（孔）因受外力產(chǎn)生彎斜（擴(kuò)孔），致使釘孔接觸握裹力下降，引起轉(zhuǎn)速擺動。另外，飛機(jī)上電磁環(huán)境相對復(fù)雜，當(dāng)信號線路電磁屏蔽層破損或防護(hù)能力下降時，也易發(fā)生轉(zhuǎn)速擺動故障。

6）轉(zhuǎn)速表指示器自身特性引起轉(zhuǎn)速指示擺動。該型飛機(jī)配裝的雙針轉(zhuǎn)速表指示器因受空間限制，設(shè)計上取消了電阻尼裝置，而游絲阻尼作用相對較小，易發(fā)生因指示靈敏度過高而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速指示“假擺”故障。結(jié)構(gòu)上雙針轉(zhuǎn)速表指示器的N1、N2指針軸為套裝結(jié)構(gòu)，N1指針軸相對細(xì)長且采取懸臂工作方式，配合間隙保持相對困難，當(dāng)N1指針軸發(fā)生彈性變形時，兩軸會因旋轉(zhuǎn)力矩、彈性恢復(fù)力矩和摩擦力矩等綜合干涉而發(fā)生擺動故障。

3.2 “真擺”故障原因分析

飛機(jī)座艙儀表在顯示發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和排氣溫度、滑油壓力等參數(shù)的同時發(fā)生擺動，一般表明發(fā)動機(jī)燃油調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或較為嚴(yán)重的調(diào)節(jié)誤差，若此時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在自始轉(zhuǎn)速以上，可判斷為發(fā)動機(jī)發(fā)生了轉(zhuǎn)速“真擺”故障。主要原因如下：

1）主燃油泵上回輸層板節(jié)流器流量失調(diào)或密封膠圈破損。此時，燃調(diào)裝置柔性調(diào)節(jié)性能大幅下降，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器穩(wěn)定性變差，控制供油斜盤角的隨動活塞運(yùn)動速度加快，容易使供油量調(diào)整與轉(zhuǎn)速變化產(chǎn)生自激震蕩，從而引起轉(zhuǎn)速擺動。

2）主燃油泵中心油濾堵塞，燃油壓力和流量異常變化引起轉(zhuǎn)速擺動。主燃油泵中心油濾是過濾進(jìn)入燃油泵油液的最后一道屏障，當(dāng)其發(fā)生堵塞故障時，將直接造成進(jìn)油阻力增加，進(jìn)油流量減少。按照主泵燃調(diào)特性，供油斜盤角將自動增大，進(jìn)一步惡化供輸油環(huán)境，造成油濾后燃油內(nèi)氣穴分離，進(jìn)而導(dǎo)致供油壓力不穩(wěn)、轉(zhuǎn)速擺動。

3）N2轉(zhuǎn)速限制器調(diào)節(jié)不當(dāng)，造成提前限速。正常情況下，該型發(fā)動機(jī)N2轉(zhuǎn)速限制器的工作轉(zhuǎn)速為不大于104.5%，以防止發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速過大使旋轉(zhuǎn)離心力超限而發(fā)生葉片疲勞斷裂問題。如N2限速器工作轉(zhuǎn)速過低，則N1調(diào)節(jié)器與N2限速器有可能同時參與工作、相互影響，造成供給燃油反復(fù)調(diào)節(jié)，使轉(zhuǎn)速擺動量超出規(guī)定。例如，某發(fā)動機(jī)夏季試車時，在最大狀態(tài)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速擺動故障，檢查N2限制轉(zhuǎn)速僅為102%，由于夏季氣壓低、進(jìn)氣溫度高，N2隨動轉(zhuǎn)速上升超過102%，使得主燃油泵供油失調(diào)，造成發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速擺動。

4 轉(zhuǎn)速擺動故障的預(yù)防

針對可能引起發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速擺動故障的多種原因，建議在實(shí)際維修工作中采取以下措施：

1）保持機(jī)載油液系統(tǒng)清潔。勤務(wù)維護(hù)中，注意保持加油口清潔，嚴(yán)格把控好油液加添、拆裝燃油系統(tǒng)附件和地面設(shè)備使用環(huán)節(jié)，防止臟物和雜質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)。每次航前準(zhǔn)備時，按規(guī)定放出燃油內(nèi)沉淀、水分等雜質(zhì)，減少內(nèi)部污染源。除維護(hù)原因外，飛機(jī)不允許空油箱停放，以最大限度地減少冷凝水的聚集。

2）對于座艙使用電氣類儀表飛機(jī)，注意檢查座艙儀表板的固定應(yīng)牢靠，各減振墊應(yīng)無老化、龜裂或失效等問題，防止因儀表板松動或減振失效引起轉(zhuǎn)速表指針擺動。

3）結(jié)合周專檢工作，清洗發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器插頭上的積炭和污物，采取噴涂823飛機(jī)插頭清洗劑、保護(hù)劑的措施保證插頭電接觸可靠，并用耐高溫的氟化塑料帶或熱縮管包扎電纜插頭。

4）對于因傳感器尾軸與固定座之間配合間隙大而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)速擺動，可在傳感器尾軸上加裝厚度為0.05～0.2mm的十字型紫銅片或采取更換轉(zhuǎn)速傳感器及發(fā)動機(jī)上轉(zhuǎn)速傳感器安裝座的方法來排除。對于因傳感器梅花螺帽與固定座配合間隙過大引起的轉(zhuǎn)速擺動，可在N1傳感器梅花螺帽內(nèi)加裝0.5～1mm厚的紫銅墊片來消除間隙。

5）對于使用時間長、翻修次數(shù)較多的發(fā)動機(jī)，在裝機(jī)前應(yīng)試裝檢查傳感器尾軸與發(fā)動機(jī)固定座之間的配合間隙是否符合規(guī)定。裝機(jī)后，應(yīng)檢查N2轉(zhuǎn)子限速器工作轉(zhuǎn)速是否符合規(guī)定。

6）新發(fā)動機(jī)裝機(jī)前和進(jìn)行發(fā)動機(jī)周期性工作時，應(yīng)按照維修工藝流程及維護(hù)規(guī)程方法，清洗燃調(diào)裝置上各層板節(jié)流器和中間油濾濾芯，校驗(yàn)流量不超過規(guī)定誤差范圍，確保燃油調(diào)節(jié)器內(nèi)部清潔和調(diào)節(jié)精準(zhǔn)性。

作者簡介

王世德，工程師，主要從事飛機(jī)修理生產(chǎn)及經(jīng)營管理。

劉志宏，高級工程師，主要從事飛機(jī)修理及運(yùn)行工作。

王炳輝，高級工程師，主要從事飛機(jī)航線維修工作。