一起發動機軟軸斷裂引發直升機雙發停車的故障分析

邊英杰，李建新，樊曉峰

(陸軍航空兵66347部隊，河北保定 071000)

0 引言

米-171直升機裝有兩臺TB3-117BM型發動機。該型發動機配裝的電子調節器對發動機壓氣機渦輪轉速和極限工作狀態進行調節和控制，使發動機性能和可靠性有了較大提升;另外，當自由渦輪出現超轉時，電子調節器發出停車指令，從而保護發動機。如果飛行中出現發動機自由渦輪超轉，勢必導致發動機空中停車，這將嚴重危及飛行安全，特別是空中雙發超轉停車，如處置不當極可能釀成重大事故。

1 故障現象

2008年4月9日，某部組織跨晝夜飛行訓練。夜間開飛后，×號米-171直升機開車，地面檢查各項工作參數正常。起飛飛至×號機坪，進行懸停檢查，直升機工作正常。隨后準備落地轉換著陸燈，在高度下降至1至0.5m時，直升機突然急劇右轉并下降，在空中右轉90°接地，接地后繼續右轉25°停住。其間雙發轉速和燃氣溫度急劇下降，旋翼轉速迅速降低，發動機聲音改變，總告警燈和主提示燈閃亮，語音告警器發出“2號發電機故障”、“1號發電機故障”等報警信號。

1 故障分析

根據故障現象可以確定該機雙發停車。而造成雙發同時停車的原因并不多，可歸納為進氣量不夠、燃油不合格、燃油不足以及操縱不當或部附件故障造成雙發超轉保護停車等情況。

2.1 外部常規檢查直升機及發動機情況

1)目視檢查發動機外部及進氣道，狀況良好;

2)檢查直升機操縱系統、傳動系統、升力系統及供油泵工作狀況良好;

3)轉動壓氣機及自由渦輪轉子、旋翼、尾槳工作正常;

4)檢查燃油箱，油量滿，對燃油進行化驗，符合標準。

2.2 通過對飛行參數記錄儀的判讀確定該機為空中雙發超轉保護停車

在對直升機外部進行檢查未發現異常情況后，技術人員對該直升機飛行參數記錄儀進行判讀。判讀結果顯示，該架直升機在懸停下降過程中，右發動機瞬間工作異常，壓氣機渦輪轉速和燃氣溫度急劇上升，同時左發動機燃氣溫度也隨之上升，雙發壓氣機輸出功率增大造成旋翼轉速超過規定值，致使雙發超轉保護停車。

表1 飛參記錄的雙發參數

2.3 自由渦輪超轉保護系統工作原理［1］

TB3-117BM型發動機電子調節器中的自由渦輪超轉保護裝置的功用是:當自由渦輪轉速達到(118±2)%時，自動控制發動機停車。

系統工作原理為:自由渦輪超轉保護裝置控制部件始終監視自由渦輪轉速值。當自由渦輪轉速達到允許極限值時，自由渦輪超轉保護裝置控制部件一方面接通自由渦輪轉速超轉告警電路，“自由渦輪超轉”告警信號燈亮;另一方面向ИМ-3А執行機構的電磁活門發出信號，ИМ-3А執行機構接收到自由渦輪電路輸出信號后，通過電磁鐵打開活門，連通回油路，開大高壓燃油通往低壓燃油的放油路，回油量迅速增加，致使調節油針后的油壓迅速降低，當向噴嘴供油油路的油壓降到一定值時，鎖閉活門在彈簧作用下切斷向燃燒室噴嘴供油的油路，從而使發動機停車。

為了減少輸出信號的虛警概率，自由渦輪超轉保護系統電路制成完全相同的兩條電路。只有在兩條電路同時工作時，兩個通道才能通過功率放大器將信號發送給ИМ-3А發動機停車執行機構。

在兩條自由渦輪電路中，若只有其中一條電路工作，或兩條電路在0.2s內不能相繼接通，自由渦輪超轉信號仍會出現，并且相應的“自由渦輪超轉”告警信號燈亮。但是，這時ИМ-3А停車執行機構不工作，因為此時檢查電路向強制裝置輸出指令，回到兩個通道的原始狀態，即在這種情況下，只有告警燈亮，發動機不停車。

2.4 造成發動機超轉保護停車的主要因素

1)由于操縱不當造成

在空中由于下放槳距-油門桿過猛，遠遠超過其規定值，致使瞬間旋翼負荷突然大幅度減小，加之槳距-油門操縱主調節油針滯后，發動機壓氣機渦輪輸出功率不變，導致自由渦輪轉速急劇上升，旋翼轉速瞬間增大，當自由渦輪轉速超過允許極限值時，發動機自由渦輪超轉保護裝置參與工作，使發動機停車。

2)由于部附件故障造成

①發動機的自由渦輪(旋翼)超轉保護裝置傳動機構損壞，致使保護裝置停止工作。當自由渦輪轉速保護裝置動力傳動失效時，自由渦輪轉速保護裝置會發出指令將發動機工作狀態提高到發動機電子調節器、壓氣機渦輪轉速保護裝置或者溫度限制器所限制的值上。此時，旋翼槳距不變，導致旋翼轉速超出允許值，致使故障發動機超轉停車。但這個現象只能導致一臺發動機超轉停車，不可能導致雙發停車，因為當旋翼轉速達到(107±2)%時，傳動良好的發動機應急斷開分流活門開始工作，使良好發動機工作狀態降到慢車狀態，而另一臺發動機繼續在最大狀態工作。

②功率協調器應急斷開分流活門失效。功率協調器的功用是在兩臺發動機共同工作時，用均衡壓氣機出口空氣壓力的方法來均衡兩臺發動機的功率。功率協調器應急斷開分流活門的用途是當旋翼轉速達到(107±2)%時斷開功率協調器，從而防止在雙發同時工作時，一臺發動機故障超轉帶動另一臺發動機超轉［1］。

因為當一臺發動機由于故障使旋翼轉速超過允許值時，由于功率協調器應急斷開分流活門失效，在功率協調器作用下，另一臺發動機的工作狀態隨之升高。當旋翼轉速達到(107±2)%時，由于兩臺發動機分流活門不能按規定打開，良好發動機工作狀態繼續升高，旋翼轉速繼續增大，直至超過允許值時兩臺發動機電子調節器的自由渦輪超轉保護裝置工作，打開回油路，致使雙發超轉保護停車。

2.5 發動機在特定檢查中發現的異常情況

1)拆卸右發動機自由渦輪轉速傳感器水平軟軸檢查，發現水平軟軸后端靠近接頭處斷裂(見圖1)。

2)分解右發動機燃油調節器時，發現中心油濾表面有金屬末存在，在自由渦輪轉速調節器部件及相關腔體內發現有三件Ф2.5mm斷裂的桿狀金屬物(見圖2)，長度分別為8mm、6mm和4mm，表面有啃傷。同時發現，自由渦輪轉速調節器和自由渦輪操縱油壓傳感器的齒輪面存在壓傷，該處油腔內壁非工作面存在輕微的擦傷。

圖1 水平軟軸斷裂

圖2 桿狀金屬物

3)將左發動機燃油調節器安裝在車臺上進行實驗，發現功率協調器應急斷開分流活門在規定的轉速未投入工作，即正常在4510r/min(相當于旋翼轉速106%)時應投入工作，而此燃油調節器應急斷開分流活門在轉速上升至4648r/min(相當于旋翼轉速109.5%)時仍未投入工作。

3 結論

右發動機的自由渦輪轉速傳感器水平軟軸過載瞬時斷裂，導致自由渦輪轉速調節器的放油活門關閉，供油量急劇增大，壓氣機轉速上升，輸出功率也急劇增加。同時，左發因右發壓氣機轉速上升，P2壓力增大，左發動機在功率協調器的作用下增大其供油量，壓氣機轉速上升，輸出功率也相應增大。因雙發輸出功率同時增大，旋翼轉速急劇上升，當旋翼轉速達到(107±2)%，自渦轉速為(112.2±2)%時，功率協調器應急斷開分流活門應按設計要求投入工作，發動機功率下降。但此時，右發動機自由渦輪轉速調節器由于水平軟軸斷裂而未工作，作用在應急斷開分流活門隨動活塞下端面上的自由渦輪轉速操縱油壓(P∏CT)為0，應急斷開分流活門不能投入工作;而左發功率協調器應急斷開分流活門也未按要求投入工作，致使雙發分流活門不能按要求進行放油，雙發輸出功率未能下降，旋翼轉速仍繼續上升，當旋翼轉速達到(112.6±2)%(表中最大為110%)，自渦轉速為(118±2)%時，雙發超轉保護停車。

4 注意事項

通過對此起米-171直升機雙發超轉保護停車故障原因的分析，為預防此類事故的再次發生，在此淺談幾點啟示:

1)發動機在檢修或大修過程中，要對發動機功率協調器應急斷開分流活門工作性能數據進行測試調整，防止其在規定工作范圍內不能參與工作。

2)飛行中，特別是在放槳距，尤其是槳距在6°以下時要特別觀察旋翼轉速。空中發現旋翼轉速猛增等故障，應立即果斷地向左轉動油門環，同時也可適當上提槳距-油門桿來制止旋翼轉速和發動機轉速繼續上升，這時切忌下放槳距-油門桿。隨后用發動機單獨操縱手柄降低和調整發動機的工作狀態，使旋翼轉速恢復到(95±2)%的范圍內，同時，通過操縱油門環和單操手柄盡量保持雙發轉速差不超過2%。在保持參數符合這一要求并不會突增的前提下，將油門環擰回最右。飛行中提放槳距-油門桿的動作要柔和并與油門環和單操手柄配合使用，嚴密關注發動機的工作狀態和旋翼轉速的變化，防止旋翼轉速上下波動超過允許值。

3)發動機功率協調器應急斷開分流活門工作以后，不管旋翼轉速是否恢復到給定值，燃油調節器主調節油針前面的高壓燃油將分流活門一直保持在最上位置，此時發動機工作狀態降低到慢車狀態，而不是停車［2］。要想使此分流活門恢復到工作前位置，必須關閉發動機，高壓燃油消失，分流活門在彈簧的作用下移到最下位置，關閉高壓和低壓燃油通道，分流活門才能恢復到工作前位置。

［1］TB3-117渦輪軸發動機維護手冊［Z］.2007.

［2］TB3-117渦輪軸發動機技術使用維護手冊［Z］.1996.