某型發動機喘振故障的研究

高欣怡

【摘 要】某型航空發動機在空中訓練中發生了喘振，導致渦輪葉片大部分燒毀缺失，發動機超溫停車。根據喘振的機理和發動機的結構以及工作原理制定故障樹，并經過一系列檢查和分析，準確判斷出故障部位為燃調，并查明了故障的根本原因為零件加工過程中產生的毛刺，導致偶件配合間隙變小，發生異常磨損所致。本文為排除、預防此類故障提供了解決途徑。

【關鍵詞】航空發動機 喘振 停車 故障樹 燃調 毛刺

1 前言

喘振是氣流沿壓氣機軸線方向發生的低頻率、高振幅的振蕩現象。發生喘振時，發動機轉速不穩定，推力突然下降，排氣溫度急劇升高，嚴重時會導致葉片折斷，發動機停車。根本原因是氣流在葉背上發生嚴重分離，并擴展至整個葉柵通道。

某型渦扇發動機采取的防喘措施有：雙轉子結構，進氣導葉可調，壓氣機中間放氣。本文介紹了該型發動機一起喘振故障的檢查與分析過程。

2 故障現象

某部一架飛機空中訓練中，飛行員收回油門過程中，轉速異常下降至低于慢車， 排氣溫度急劇上升并超過限制值，增大和減小油門均不能解除，最終發動機空中停車。著陸后檢查發現高、低壓渦輪葉片大部分燒毀缺失。

3 故障檢查與分析

3.1 故障樹

根據故障現象和飛參記錄，判斷故障為喘振導致發動機超溫，燒毀渦輪葉片后停車。根據喘振發生的機理，故障分析組繪制了故障樹（見圖1）。

3.2 按故障樹排查

按故障數底事件進行排查，情況如下。

（1）判讀飛參，故障發生時飛機處于平飛姿態，且為單機科目，不存在“嚴重進氣畸變”條件。

（2）復查廠內記錄，故障發動機氣動穩定性檢查合格，可排除“喘振裕度不夠”的可能性。

（3）檢查發動機的放氣活門、可調導向葉片動作靈活性，均正常。

（4）拆下燃調檢查發現傳動軸有卡滯現象。

從以上檢查情況來看，燃調存在異常情況，可能對放氣活門工作造成影響，為進一步查明具體原因，將燃調返回承制廠進行試驗和分解檢查。

3.3 燃調原理及檢查情況（如圖2所示）

燃調控制放氣活門關閉/打開的機構原理如下：

（1）燃調的Pn離心傳感器組件通過傳動軸感應發動機轉速，轉速增加，離心傳感器張開角度增大，反之則減小。

（2）離心傳感器張開角度增大，Pn壓力頂針推動支座組件向右移動，使Pn杠桿順時針旋轉，關小噴嘴開度，Pn油的壓力增加；反之Pn壓力減小。

（3）當P油壓力增加并達到克服彈簧的作用力時，分流活門向下移動，放氣活門關閉；反之，放氣活門打開。

按以上思路分析：燃調的離心傳感器故障，引起Pn油的壓力異常，從而導致在規定轉速下，放氣活門未打開。通過以下檢查得到驗證：

1）在傳動軸不轉動的情況下試驗，發現Pn油的壓力已達到轉速90%時的水平，在該壓力條件下，放氣活門是關閉狀態（正常應處于打開位置）。

2）分解燃調，發現離心傳感器的銅軸套與傳動芯軸卡滯，二者配合表面有金屬屑和異常磨痕。進一步分析判斷二者卡滯是由于加工過程殘留的毛刺在工作時脫落，形成多余物造成的。

3）分解離心傳感器組件，發現中間支架油孔的毛刺是導致組件卡滯的原因。

4）更換合格的離心傳感器組件，燃調功能恢復正常。

4 故障結論

由于燃調離心傳感器卡滯，當發動機高壓轉速下降到放氣活門打開轉速以下時，離心傳感器支架無法正常歸位，引起Pn指令壓力與發動機轉速不符（過高），造成放氣活門未能正常打開，導致發動機喘振超溫，渦輪葉片燒毀后停車。

傳感器偶件卡滯的原因是零件加工中毛刺去除不徹底，殘留毛刺在工作中脫落造成的。

參考文獻：

[1]XXX11發動機技術說明書.中航工業航空動力機械研究所，2001.12.

[2]航空燃氣輪機原理.國防工業出版社，2008.09.