GEnx-1B發動機振動故障分析與對策

陳文棟

摘要：發動機振動故障對航班運行的影響較大。本文對GEnx-1B發動機振動的各種故障現象進行分析總結，工程師據此可以采取相應的解決措施，快速準確地對故障做出處理，以提高航班的運行效率。

關鍵詞：GEnx-1B發動機;振動;發動機監控組件;配平

1發動機振動監控原理

GEnx-1B發動機（波音787-8/9選裝）振動監控系統主要用來顯示發動機的實時振動值，同時提供低壓轉子的配平方案。該系統包括發動機電子控制系統（EEC）、發動機監控組件（EMU）、1號軸承振動傳感器、渦輪中央框架振動傳感器。其中，EMU是振動監控系統的核心部件，所有振動傳感器都使用壓電石英晶體元件來感受發動機結構的徑向變化。EMU以未經濾波的寬帶格式接收來自振動傳感器的原始振動數據，經過濾后計算出N1和N2轉子的振動值，最高的N1或N2振動值將顯示在發動機指示與機組警告系統（EICAS）的次級顯示器上。如果EMU對其接收的振動信號無法識別出振動源是來自N1還是N2，則以振動平均值BB來顯示。振動值正常的顯示數值為0～4.0，如果大于或等于4.0，則反白顯示。如果振動值超標，EICAS顯示格式會發生相應變化并伴隨維護信息的出現。高的N1振動指示一般伴隨著有感覺的振動，高的N2振動指示則無此現象。

發動機振動值是航空公司監控發動機狀態的重要參數，工程師通過性能監控軟件可以實時接收發動機性能參數，當振動值超過預設值時（一級2.2、二級4.0），系統立即通過手機短信提示工程師，以便及時采取相應措施進行故障處置。

2故障分析與排除

圖1所示為我公司的波音787-8/9 機隊2014～2018年GEnx-1B發動機振動故障原因分布，運行4年來，累計收到54起發動機振動故障報告，其中振動值大部分為超標，少部分顯示空白。通過對故障的時空特性、表現形式、伴隨信息等多方面的綜合分析，得出導致發動機振動值高的主要原因是地面滑行顛簸，其他原因包括異常天氣、EMU瞬時故障、EMU內部故障和發動機本體振動超標，圖2給出了不同故障原因引發的發動機振動值變化。

2.1 地面滑行顛簸

波音787夢想飛機的主要材料是高強度低重量的復合材料，機翼重量輕，上反角較大。這一設計使得飛機在地面滑行時機翼更易受到顛簸而產生抖動，機翼吊架下的發動機隨之發生振動值波動。根據報文，航班運行時多次在北京首都機場地面滑行階段觸發高振動值，大部分都集中在Z2、Z3滑行線，由于地面不平整導致振動值在2.0～4.9之間波動，駕駛艙無明顯震感，發動機其他參數正常。飛機無超差記錄，無自動事件，無代碼。離開地面顛簸區域后，發動機振動值立即恢復正常，其他階段無異常。飛機停靠機位后根據維護手冊完成雙發進排氣區域目視檢查，檢查正常，檢查風扇葉片、進氣整流錐和填塊，均正常。

2.2 異常天氣

1） 結冰

787飛機在空中進入結冰區域時，防冰活門自動打開，根據結冰程度的不同，發動機振動值階躍上升并在2.5～4之間波動。飛機通過結冰區后，發動機振動值迅速恢復正常（一般小于1），客艙無明顯震感。地面的機務工程師可持續監控發動機，只要振動值等發動機參數正常即可繼續執行航班。為謹慎起見，機組應按需通過衛星電話與機務工程師溝通，確認是因為飛機經過結冰區導致發動機振動值異常。飛機落地后檢查發動機無超差記錄，一般有維護信息77-11601（發動機高振動超限），如果沒有ENG FAIL、ENG SURGE、ENG THRUST等狀態信息，且離開結冰區后的發動機參數無異常，即可確定導致低壓轉子不平衡的原因是冰晶引起的振動值偏高。

2） 氣流波動

當飛機穿云或處在短時大風等嚴重氣流波動的情況下，發動機振動值會相應增大到1.5～2.5，N1等發動機參數卻無異常變化，外界氣流結束后，振動值恢復正常。可在飛機落地后根據維護手冊完成發動機進排氣區域目視檢查，若結果正常就無需進行后續工作。

2.3 EMU內部故障

維護工作中檢查發現ENG GEN VIB MONITOR L 和ENG VIB MONITOR L 兩條狀態信息，關聯維護信息77-09601（EMU沒有向CDN輸出數據），左發振動值空白，先按MEL放行，后續航段再次出現該現象，航后落地檢查確認故障實時存在。機務人員測試EMU兩個CDN通道均無EMU的反饋數據，脫開RPDU相關插頭，測量有115V交流電通往EMU;測量EMU到RPDU之間線路的絕緣性，連續性正常。根據以上情況，判斷EMU故障，更換EMU后安裝軟件并重新輸入配平數據，測試正常無代碼。試車檢查正常，慢車時振動值0.6。后續跟蹤EMU廠家的修理報告，判斷是振動信號處理組件、功率組件、通信處理組件損壞，未發現封嚴及其他物理性損壞，更換新件后測試正常。

2.4? EMU瞬時故障

飛機健康系統監控到發動機運轉時振動值顯示空白，伴隨維護信息77-12001 （EMU內部故障）。針對此故障，短停先將EEC維護電門放至測試位并等待30s，再將EMU維護電門放至測試位并等待30s，發動機振動值一般會顯示正常。如故障現象依舊，再重置EMU跳開關，振動值可以恢復正常顯示。此類故障現象多出現在地面啟動發動機或將EMU維護電門人工放在測試位或空中電源轉換時，EMU內部執行初始自測試就會將振動值設置為空白，通過重置EMU跳開關可以清除維護信息并使振動值顯示正常。根據波音SB要求，將EMU軟件版本升級到EA55后，此類故障可以基本解決。

2.5 發動機本體振動超標

新發動機在交付客戶之前都會執行振動測試并進行配平，以確保振動值在標準范圍之內。航空公司在機隊運行時可以按需對低壓轉子進行配平。GEnx-1B發動機風扇葉片的前緣是鈦合金，其余都是較輕的碳纖維復合材料，而且葉片燕尾槽底部的防磨帶附著特氟龍潤滑劑，這樣的設計使得葉片在滿足其他性能參數的基礎上更有利于減少振動。

我公司機隊運行4年來僅收到1起由于發動機配平問題引起的振動超標報告。該飛機某航段在起飛和下降階段出現短時振動超標，其余階段的振動值稍微偏高，全程無防冰指示。落地后從機組處確認飛機未經過冰晶區，檢查發動機進排氣區域正常，確認駕駛艙無代碼，無自動事件。后續航段又出現兩次高振動值告警，航后對發動機進行低壓系統配平測試。按照EMU提供的配平方案配平，拆下21號P10釘并安裝P01釘，拆下36號 P01釘并安裝P06釘。再次進行振動測試，N1為88%時振動值最大0.6，滿足手冊要求。為確保航班正常可控，將該飛機從洲際航班調整為國內航班，后續航段左發振動值最高為0.8，說明配平有效。查詢該發動機歷史，發現該發動機于4天前剛完成裝機，初步判斷是大修后的振動測試時間不足，導致風扇葉片裝配的磨合不夠，引起振動超標。

另外，工程師在進行發動機低壓轉子振動試車時發現，配平測試可以通過電子飛行包（EFB）進行，比使用維護手冊中要求的通過筆記本電腦進行測試更穩定、更高效。用筆記本電腦測試存在的問題是：全程40min內需專人手動按壓數據線以確保連接正常（數據線接頭容易受振動松脫導致斷開連接），若不慎斷開連接，需耗費人力、燃油重新進行試車。采用EFB進行試車不會有上述問題。此建議被波音公司認可并采納，后續將修訂相關維護手冊。

3 總結

由上述分析可知，GEnx-1B發動機的高振動值大部分都是由外部原因造成的，發動機本體振動所占故障比例較小。對于因地面滑行顛簸、異常天氣引起的故障，需根據外界環境狀況、發動機運行參數和駕駛艙相關信息進行綜合判斷，若發動機振動值只是短時偏高，后續迅速恢復正常，而飛機落地后的外部目視檢查正常，其余航段無異常報告，則航班可以繼續運行，無需進行維護工作。若發現其他異常，則需根據手冊進行排故。對于發動機本體振動超標故障，需從發動機裝機階段開始持續監控，確保高質量完成初始發動機裝機試車的相關工作，并根據發動機運行狀態對其及時進行配平，避免發動機性能惡化。對于EMU故障，需根據相關手冊及時隔離排故，再視情完成后續工作。