一起波音757飛機起飛滑跑階段發動機異響故障分析

摘要：針對某架波音757飛機右發動機在起飛滑跑階段出現異響的情況，分析了可能的原因，并采取了相應的排故措施。排故經驗可供維修人員在遇到類似故障時參考。

關鍵詞：波音757飛機；發動機；異響；故障；放氣活門

Keywords：B757 aircraft；engine；abnormal sound；fault；bleed valve

1 故障描述

某航空公司一架波音757飛機在起飛滑跑階段，因右發動機連續發出異響并伴隨機體振動，導致機組中斷起飛。地面孔探檢查正常，預防性更換了瞬態壓力傳感組件（TPU）后模擬起飛功率試車，測試均正常，但飛機再次執行航班時又出現異響并伴隨機體振動，導致機組再次中斷起飛。

2 發動機起飛滑跑階段簡介

該架波音757飛機選裝的發動機為三轉子RB211發動機。在起飛滑跑階段，機組接通自動油門后，推力管理計算機經過計算，通過伺服作動器移動油門桿到指令位置，EEC根據油門桿角度及其他參數控制發動機加速至指令EPR，在發動機轉速快速增加過程中，壓氣機引氣壓力快速增加。為防止喘振出現，放氣活門控制組件（BVCU）根據N2轉速/T2溫度信號或PLA角度信號控制中、高級壓氣機放氣電磁閥，通過放氣活門的打開與關閉，使流經壓氣機的氣流量與發動機功率相匹配，提高喘振裕度。

3 故障分析

飛機中斷起飛后，調取EICAS信息，有維護信息“R ENG SURGE BITE”出現。對TPU、BVCU進行自檢，故障代碼分別為40、04，依據FIM 75-32-00指向發動機喘振，但通過譯碼對比左右發動機的參數，未發現明顯差異，與真實喘振現象不符。為驗證發動機壓氣機放氣系統工作是否正常，進行了系統分析。

3.1 發動機放氣系統原理分析

發動機放氣系統是通過放掉中、高壓級壓氣機的氣流來維持穩定的壓氣機工作狀態，使發動機在加減速狀態下不會出現喘振現象。該功能主要通過BVCU、TPU控制的2個中壓級電磁閥、1個高壓二級電磁閥、2個高壓三級電磁閥來實現對3個中壓六級放氣活門、1個高壓二級、2個高壓三級放氣活門開關的控制。

在發動機運轉過程中，BVCU通過控制電磁活門的電源通斷，使伺服壓力信號接入或旁通，從而實現對中、高壓級放氣活門的控制。BVCU的控制方式分為正常模式和備用模式，正常模式是將N2和T2平方根的比值與設定值進行比較，以此來控制放氣活門的開關（見圖1）；當BVCU失去N2及T2信號時就工作在備用模式下，則根據油門桿角度來控制放氣活門的工作，使放氣活門在一定的PLA角度下打開，超過該角度則關閉。放氣活門的工作狀態分為穩態及瞬態，兩種狀態的劃分是根據油門桿的運動快慢來區分的，T代表工作瞬態，在油門快速響應下，放氣活門的開關較穩態都會延后。放氣活門也受高度的影響，18000ft以上放氣活門開關會延后。

防喘及失速系統由TPU及DDU（減速探測元件）構成，TPU用于發動機低功率下的防喘，DDU用于發動機高功率下的失速探測。TPU根據實際P4壓力值與參考值的比較而動作，大于參考值則指令TFU激勵2.5s，使燃燒室的燃油瞬間減少，斷開PLA輸入信號，使放氣活門工作在瞬態，連續點火以防熄火。DDU的功用是一旦探測到發動機急劇減速，則指令兩個HP3放氣活門全打開23s，使發動機盡快恢復。為避免高功率狀態下冷卻渦輪的氣流量減少，左HP3放氣活門有一個釋壓閥，當HP3的壓力過大時，打開控制腔放掉壓力使活門關閉，以滿足渦輪冷卻氣量需求。

3.2 試車驗證發動機放氣活門工作狀態

每個放氣活門電磁閥有兩個線圈，分別從專用發電機控制組件A或B得電，任何一個線圈工作正常均可控制放氣活門，BVCU僅能測試到電磁活門的電信號是否正常，無法檢測放氣活門工作情況，判斷放氣活門工作狀態需通過試車TEST 3來確定。

依據AMM 71-00-00-715-049執行TEST 3試車項目，通過對比試車功率下的EGT變化值判斷活門工作是否正常。但試車多次未能檢查出放氣活門工作異常，分析認為在前推油門桿時和各活門開關過程中，EGT參數變化均不明顯。后經過現場多次試車模擬發現，前推油門桿使EGT按照1℃/s緩慢上升，能夠精確記錄因放氣活門開關導致的EGT變化，測試還發現IP6活門開關不在設定功率范圍內。為進一步驗證試車結果，對2個IP6電磁閥進行通電測試及電磁線圈電阻檢查，均正常。拆下3個IP6活門，檢查發現右下放氣活門作動彈簧斷裂（見圖2）。

3.3 損壞IP6放氣活門與故障相關性分析

為驗證IP6放氣活門加載彈簧斷裂是否會導致異響振動的發生，對IP6放氣活門工作原理進行分析（見圖3）。

IP6電磁閥包含兩個獨立的線圈A和B，分別從專用發電機控制組件A或 B得電，任何一個線圈工作正常均可使放氣活門關閉，IP6放氣活門本體正常是由于彈簧加載在開位。電磁閥外部連接兩根管路，一根連接HP3伺服引氣管路，另外一根連接放氣活門下腔。發動機運轉時，電磁活門未被激勵，伺服通氣孔關閉，HP3伺服引氣進入，在負載彈簧后部建立壓力以保持進氣口開度，使HP3引氣進入放氣活門下腔，放氣活門打開。當電磁閥通電激勵后，伺服通氣孔打開，HP3伺服引氣被釋放，使進氣孔關閉，降低了伺服信號管壓力，使活門關閉。

給IP6放氣活門彈簧預加載一個打開力，現場檢查損壞的放氣活門，預加載彈簧已斷裂，放氣活門軸承卡滯，導致活門軸向運動不暢，可停留在任意位置。試車發現TEST3參數混亂，尤其是HP2及IP6活門作動區間參數混亂，例如，A區間EPR1.08～1.15，HP2的關閉通常導致EGT下降10℃～20℃，但實際試車中EGT下降兩次且接近40℃；B區間EPR1.17～1.24，IP6關閉通常導致EGT下降10℃～20℃，但實際EGT下降僅一次且為4℃。同時，地面試車時能夠明顯感覺到發動機氣流不暢。綜合判斷IP6活門提前關閉，且關閉時EPR處于1.1左右。結合機組實際操作分析，當飛機進入跑道后，機組首先會將EPR推到1.1左右，然后銜接自動油門。當EPR到1.1時右下IP6活門已經關閉，當機組銜接自動油門后因HP3級壓力比IP6級壓力增長率快，導致活門再次打開而出現異響振動。由于IP6級氣流快速排出，導致高壓級壓力瞬時下降，TPU探測到P4與參考值的差值，將PLA信號輸入BVCU，使BVCU工作在瞬態，放氣活門全開，即IP6放氣活門失效狀態與實際故障表現一致。

4 結束語

本次發動機起飛滑跑階段出現異響是因IP6放氣活門故障引起，總結經驗如下：

1）對于發動機故障，應明確故障發生的階段，讀取相關系統的檢測信息，判斷相關系統的工作狀態，通過譯碼分析發動機參數來初步判斷發動機性能狀況，以確定排故方向。

2）通常在地面狀態下因各類限制很難通過試車模擬機組操作，給排故帶來了一定的難度。因此，在進行測試時應研讀手冊，對于手冊內的參數要求應通過試車完整精準地模擬出來，如在TEST3測試中需要使EGT按照1℃/s緩慢上升才能夠精準地判斷活門的作動狀態。

3）在排故過程中，需通過嚴謹的邏輯分析確認損傷部件是導致故障的根本原因或唯一原因，避免排故浮于表面。

作者簡介

劉善昭，工程師，負責波音737-300/400/800，波音757-200機隊的發動機管理及技術支援；主要研究方向是航空燃氣渦輪發動機原理與構造、發動機可靠性管理、發動機成本控制。