新一代發動機服役早期暴露的問題為其未來維修帶來了機會

■ Sean Broderick

盡管LEAP發動機、 PW1000GGTF、TrentXWB、GEnx等新型發動機在運營早期出現諸多問題，會為發動機制造商帶來不利影響，而且公眾和客戶有時也會認為這些產品似乎不夠完美，但對于發動機制造商而言，出現問題后隨即開展工作、進行改進，使他們能夠對公司的發動機保障服務方案進行試驗或驗證，為未來新型發動機的售后服務奠定了基礎。

隨著空中交通需求的不斷增長和飛機利用率的一再提高,CFM56、V2500、Trent700和GE90等成熟發動機的返廠修理高峰期正在到來,這些發動機的售后服務市場也變得愈發繁榮,MRO供應商在發動機制造商的牽引下,也正享受著幾十年前的投資所帶來的收益。

與此同時,CFM國際公司的LEAP系列和普惠公司的PW1000G系列等新一代發動機在服役早期也出現了諸多問題,受到廣泛關注。目前GE、普惠及其風險分擔方正全力開展工作,升級改進,使這些發動機變得更可靠。它們認為,與成熟發動機相類似,現在為新一代發動機開展的部分工作也是為了數年后其售后服務奠定基礎。

截至今年8月初,普惠已為75架飛機配裝了PW1000G齒輪傳動式渦扇系列發動機（GTF）,包括為59架空客A320neo和16架龐巴迪C系列分別配裝的PW1100G和PW1500G發動機。但由于PW1100G發動機燃燒室火焰筒和3號軸承座油封等數個部件存在可靠性問題,需要重新設計和改裝,因此對該型發動機的服役造成了一定的影響。

2017年各型新型發動機的預期交付量來源：《航空周刊機隊與MRO預測報告》

盡管在今年春季普惠公司對大部分服役發動機的油封進行了在翼改裝,但仍有部分發動機被送回了修理廠。這些問題給普惠、空客和其他發動機OEM廠商帶來了不利影響,但從另一個角度來看,也為他們提供了前所未有的機遇,使他們能夠對公司的發動機保障服務方案進行試驗或驗證。

普惠公司表示,針對3號軸承座油封更新和移除問題,普惠已對其作業范圍進行了研究,而且普惠旗下的一家修理廠也已提出了更好、更快解決油封問題的辦法。普惠計劃對該方法進行試驗后予以推廣。目前這些返廠發動機的修理卻為普惠負責售后市場的專家和工程師們提供了一種機會,使他們能夠對服役發動機做出的各種推論進行驗證。

對此,美國佐治亞州哥倫布普惠發動機中心也表示認同,認為這給他們帶來了很大的機會,讓他們能夠對公司的工裝、手冊和大修工藝進行驗證。此外,較早發現這些從飛機上拆卸下來的發動機的問題有助于普惠對自身具備的修理水平和優先能力進行驗證。普惠派出了專業的工程師團隊仔細研究這些發動機,以收集一些在模擬環境下無法獲取的寶貴信息。而且,這一工程師團隊每周都會與其他地區的工作團隊交換修理方面的信息。

該中心負責人認為,發動機服役早期暴露的問題是制造商在建模和設計等其他產業鏈環節中無法發現或看到的,這無疑是為這些產品的售后服務提供了一些獨特的機會。

據普惠稱,目前全球可為GTF發動機提供維修服務的修理廠有5家：普惠公司哥倫布發動機中心、德國MTU航空發動機公司、日本航空發動機公司、德國漢莎航空公司和普惠鷹亞洲服務中心。其中,德國MTU航空發動機公司和日本航空發動機公司已開始承接GTF修理業務；德國漢莎航空公司預計于今年第4季度迎來首臺GTF返廠維修；普惠鷹亞洲服務中心將于2019年增加PW1100G修理業務。

LEAP系列作為PW1000G的競爭機型,目前也已順利服役。CFM國際公司將提高飛機可利用率作為LEAP項目的重要研發目標。早期的反饋信息表明,CFM國際公司正在逐步實現這一目標。

LEAP-1A作為空客A320neo系列的選裝動力裝置,于2016年8月首次服役,截至2017年7月該型發動機在中短程混合工作模式下,日工作時長已超過10小時。

LEAP-1B作為波音737MAX的唯一裝配發動機,于2017年5月列裝在啟動客戶馬印航空的兩架飛機上開始服役,日工作時長達8小時。

CFM國際公司認為,首批LEAP發動機交付后除了LEAP-1B低壓渦輪盤存有一些制造缺陷外,運行得非常成功。作為CFM國際公司的合作伙伴,賽峰集團在裝配LEAP-1B發動機時,發現該型發動機低壓渦輪盤存在制造缺陷。對此,賽峰集團表示,公司已拆除了約30臺受影響的發動機,這些發動機低壓渦輪盤組件可能系同一批次。

目前羅羅委派了7家修理廠在開展Trent XWB大修。

2011年年底，GEnx裝配在盧森堡航空波音747-8F上進行了首飛。

相比之下,羅羅為空客A350系列配裝的專用動力裝置Trent XWB系列卻可靠得多,故障率較低。羅羅表示,在頭30個月內拆除的大部分發動機要么是飛機在翼壽命造成的,要么是用于在役數據收集,而并非發動機本身存在問題。

今年年初,羅羅曾表示：“盡管Trent XWB發動機曾出現過一些問題,但目前都已得到了很好的解決,至今沒出現過嚴重的質量問題。當然,我相信即便出現問題,我們也能及時地發現并解決”。

2016年空客共交付49架A350,并解決了客艙供應鏈等問題。今年7月26日也已交付了第100架A350,目前仍在擴大生產規模,預計到2018年底月產能將達到10架。

羅羅出售的約90%Trent XWB發動機都已經簽訂了長期服務協議,目前委派7家修理廠作為Trent XWB的維修服務供應商,它們分別是羅羅德比總部的修理廠、羅羅合資企業香港航空發動機維修服務有限公司（HAESL）、新加坡航空發動機服務有限公司(SAESL)和N3發動機大修服務公司(N3),以及第三方MRO供應商達美技術運營公司（Delta Tech Ops）、阿布扎比穆巴達拉發展公司和法荷航工程維修公司(AFI-KLM E&M)。

今年6月,法荷航宣布將在其A350上裝配Trent XWB發動機,而且確認訂購25架A350-900飛機,并保留25架A350XWB飛機的選擇購買權。同時,AFI KLM E&M還加入了羅羅維修服務網絡,正在開展Trent XWB和Trent 1000部件修理工藝研發,包括低壓壓氣機軸和燃燒室。

通常,新型發動機的大修在幾年后才會形成,其修理合作方在擴大大修業務時,也會得到OEM在培訓、專業技術和硬件設備方面給予的支持。但羅羅表示,“公司目前針對Trent XWB并沒有制定任何發動機入門培訓方案（Engine inductions）,今后一段時間也不會制定”。

相反,波音7 8 7配裝的羅羅Trent1000與Trent XWB服役早期的經歷完全不同,出現過諸多問題,其中中壓渦輪（IPT）葉片出現腐蝕相關疲勞裂紋是最嚴重的問題。這是2016年年初該發動機啟動用戶全日空對配裝Trent 1000發動機的波音787進行首飛時發現的。而克服這一問題就成為了全面改進部件和更換發動機項目的重中之重。歐洲航空安全局（EASA）和聯邦航空局（FAA）對此也做出了指示,要求拆除所有出現過度腐蝕的在役發動機,并返廠維修。在諸多壓力下,目前羅羅已研發出耐腐蝕性更強的葉片,正全面推廣應用。今年EASA和FAA也要求對高壓渦輪葉片疲勞相關問題和中壓壓氣機轉子密封件進行檢查。

羅羅表示,“現已證實,Trent 1000上出現裂紋的零件的實際使用壽命沒有達到原始設計壽命,所以這些零件最好盡早更換”。

葉片疲勞裂紋問題造成多家航空公司的波音787停飛。為此,羅羅斥資約7000萬美元用于在役機隊“技術條件”的改進,其中一半的資金用于Trent1000系列,以使波音787上安裝的零件性能更高。這一投入也是羅羅所未曾預料到的,因為羅羅表示,“這一階段的資金投入已經足夠了,該暴露的問題都已經暴露了”。

龐巴迪C系列飛機完全飛行傳感器數據為普惠提供了前所未有的分析機會。

從長期來看,羅羅正在將包括一些Trent 1000和Trent XWB采用的新技術整合到下一代機型Trent 1000 Ten之中。研發Trent 1000 Ten的主要目標是使燃油消耗率（sfc）降低3%。針對波音787-9所需的更低燃油消耗率和更高推力級,羅羅已建立了兩套Trent 1000改進工作包,即工作包B和工作包C。而Trent1000 Ten則是Trent 1000 工作包C的升級版,它與工作包C僅有25%的相同零部件,且具有更大的推力,可配裝于任何787機型。據悉,列裝首臺Trent 1000 Ten的波音787飛機已定于今年年底正式服役。

由于其目前的推力級無法滿足煙霧排放標準,對早期生產的發動機,羅羅至少需要進行部分改裝。羅羅強調：裝配Treat 1000 Ten發動機的飛機在四次著陸起飛運行模式內是可以滿足煙霧數量標準的,即對機場附近的空氣質量不造成污染,但一旦超過四次,就會造成環境污染。因此,羅羅在今年8月初向FAA提出申請,請求FAA授權公司暫時享有煙霧排放限值豁免權,直至2019年年末。期間,羅羅可針對Treat 1000在役發動機重新更改設計方案、制定改裝方案。

同樣,選擇GEnx-1B系列作為波音787動力裝置的客戶也沒能逃脫類似的厄運。問題之一是GEnx-1B系列在吞冰或吸入其他碎片時風扇葉片會產生摩擦。在去年,GE建議對位于風扇葉片前部的風扇定子組件內殼體的耐磨材料進行打磨,并對列裝在波音787-8、787-9上的GEnx性能升級包（PIP-2型）發動機進行部分改裝。基于此,運營商已完成了風扇機匣強制性改裝。

EASA采用的適航指令是FAA頒發的一系列適航指令中的最后版本。FAA頒布這一指令的原因是2016年1月日本航空公司的一架波音787在飛行穿越結冰環境時,2號（PIP-2型）發動機葉片有冰塊生成,發生了發動機吞冰事件,造成發動機空中停車。而根據設計原理,發動機吞冰時葉片會略微前移。但令人意想不到的是,前移的同時,葉片會與機匣內部的耐磨密封材料發生摩擦。而波音787另一臺PIP-1 型發動機由于一定的構造優勢在此次事故中損傷較小。

2016年3、4月份GE發布了具體情況說明書,重點描述了發動機吞冰或吞入其他碎片時葉片前移時與機匣內材料發生摩擦的原理。GE要求至少對波音787兩臺受影響發動機中的一臺進行修理或用一臺性能兼容的發動機進行替換。而FAA也于2016年4月向運營商下達了指令,要求其在2016年10月1日之前完成“去雙發”。之后不久GE便開始生產線改進。

2013年,GEnx系列也出現過類似結冰問題,對波音787和安裝GEnx-2B的波音747-8洲際客機造成了影響。GEnx核心機上堆積的高空冰晶結冰（大暴雨形成的小冰晶）造成數架航班暫時失去飛行動力,飛機飛行高度受限。為此,GE對發動機全權數字控制系統（FADEC）進行了軟件更改。更改后,新的軟件能夠探測出移向發動機核心機的冰晶,并在冰晶進入發動機核心機時,FADEC將命令可變放氣閥門打開,排出冰晶。最終,FAA等管理機構解除了飛行高度限制。

GEnx系列啟動用戶盧森堡航空公司于2011年年末將該型發動機裝配在一架波音747-8貨機上進行了首飛,到今年年初該型發動機已累計飛行了超過100萬小時。GE航空表示：“盡管GEnx發動機在運營早期曾出現過一些非常棘手的問題,但由于我們開展了創新性設計,目前該型發動機運行良好,而且這與GE支援保障團隊的工作是分不開的”。

上述幾種新型發動機在服役早期出現的問題,也使發動機OEM廠商有了充分發揮他們數據分析能力的機會。

2015年年末GE航空開始采用其研發的Predix平臺,將GEnx系列等首批發動機數據錄入平臺。今6月羅羅旗下的民航飛機可用性中心（Airline Aircraft Availability Center）成立,該中心是羅羅實現發動機實時在役保障的樞紐。羅羅表示“一款新型實時協作系統能夠讓全球的發動機維護工程師將發動機內部的圖片實時分享給中心團隊,并向他們征求下一步行動的建議”。

再如,普惠GTF系列發動機與龐巴迪C系列客機的結合也為普惠提供了更廣泛的數據分析機會。普惠和龐巴迪組建的項目團隊使飛機具備了完全飛行實時數據供應的能力,普惠可利用這些飛行數據對發動機進行監測,了解發動機的運行情況,如eFast 系統就是普惠對飛行數據采集、存儲和傳輸的革新,它可有效地將飛機健康監測系統與地面實施對接。