PW1100 發動機防止空中停車的研究

■ 易瑋/中國南方航空股份有限公司沈陽維修基地

1 PW1100 發動機的應用情況

配裝PW1100 發動機的A320neo 飛機目前已被全球32 家航空公司選用，其中南航有24 架。與常規發動機相比，該型發動機由于具有更大的涵道比、油耗和排放更少、更加綠色環保且噪聲小等特點，越來越受到各國航空公司的喜愛。

但是，新事物都有其兩重性。PW1100發動機在風扇和低壓壓氣機之間加裝了一個減速箱，受不成熟的新材料應用以及技術設計滯后等因素的影響，致使該型發動機在實際使用中問題層出不窮。

2 PW1100 空中停車故障隱患的幾個典型表現

1）2017 年3 月20 日， 一 架A320 飛機空中先后出現“ENG 2 CHIP DETECTED”“ENG 2 OIL LO PR”“ENG 2 FAIL”“ENG 2 SHUT DOWN”“ENG 2 OIL SYS FAULT”等故障信息，右發動機自動關車，飛機單發安全備降。地面檢查發現，右發風扇葉片與防磨帶相磨并卡死。更換右發動機后，地面試車正常。

2）2019 年6 月26 日，一架A321飛機起飛后，高度29000ft 時機組聽到左發異響，同時觀察到左發EGT 超限、N1 值波動，收回油門后EGT 正常，N1值繼續波動且出現N1 高振動。機組人工關車，單發返航，安全落地。孔探檢查發現，左發渦輪LPT3 級葉片損壞。更換左發動機后地面試車正常。

3）2019 年11 月23 日，一架A321飛機空中出現左發滑油低壓、左發滑油碎片探測、左發加熱系統故障、左發FADEC 等信息。機組按檢查單處置，關閉左發并備降，安全落地。孔探檢查發現，齒輪箱內部有裂紋，IDG 驅動軸缺失，滑油泵和發電機齒輪損壞。分析認為故障的根本原因是發動機在特定轉速下產生共振，導致輪齒斷裂。更換左發動機后，地面試車正常。

3 PW1100 發動機故障隱患分析及維護措施

3.1 3 號軸承封嚴磨損（干式）

截至目前，世界機隊中已有38 起因3 號軸承干式封嚴（DFS）早期磨損導致的換發，大多數被滑油碎屑監控（ODM）探測到（封嚴使用時間大概為500FH）。其中5 起未被孔探探測到，封嚴磨損后，滲漏的滑油進入引氣系統導致客艙異味。普惠公司于2018 年11 月5 日發布SB PW1000G-C-73-00-0032-00A-930A-D，引入EEC 軟件版本FCS4.5，通過降低主滑油溫來減少早期磨損事件。之后，普惠公司又于2018年12 月20 日發布了SI 375F-18，要求一次性孔探檢查3 號軸承前后封嚴。目前，普惠公司正在研究設計新構型，預計2020 年第2 季度發布。

維護措施包括：

1）實時監控ODM 計數，并視需安排磁堵檢查。

2）編寫EO：B32072P063，升級EEC 軟件至FCS4.5。目前南航機隊已完成此項工作。

3）編寫EO：B32072P077，對于新發動機或送修返回（安裝了干式封嚴）發動機，1000FH 內孔探檢查DFS。結合世界機隊狀況，重新評估孔探間隔，計劃將“EO：針對在翼DFS 使用時間小于1500FH 的發動機” 修訂為每500FH 孔探一次，共執行3 次。

3.2 MOP/IDG 驅動齒輪斷裂

截至目前，世界機隊已發生18 起因主滑油壓力/整體驅動發電機（MOP/IDG）驅動齒輪斷裂導致的事件，其中16 起空停（低滑油壓力），2 起中斷起飛（無推力響應）。主要原因是在特定N2 轉速下，MOP/IDG 驅動齒輪存在共振現象，導致其出現高周疲勞而斷裂（見圖1）。普惠公司已發布相關SB 73-00-0037，要求在翼升級EEC 軟件版本至FCS5.0，以快速通過共振時的N2 轉速，減少齒輪斷裂；同時發布了相關SB 72-00-0129 改裝，重新設計滑油泵/IDG 齒輪，并要求在發動機返廠時完成齒輪更換。FAA 也已頒發相關AD FAA-2019-0393。

圖1 MOP/IDG驅動齒輪斷裂

圖2 LPT葉片斷裂

維護措施包括：

1）在翼升級EEC 軟件版本。

2）與普惠公司溝通在翼更換滑油泵/IDG 齒輪事宜，編寫EO 在翼執行改裝。

3）在改裝完成前，通過發動機滑油監控報密切監控發動機OMD 計數并視需安排磁堵檢查。

3.3 LPT 第3 級葉片斷裂

截至目前，世界機隊已發生31 起LPT 第3級葉片斷裂事件，其中7起空停，南航有1 起空停3 起返航。主要原因是該葉片采用輕質的鈦鋁合金材料制成，重量很輕但強度較差，容易受沖擊而斷裂（見圖2）。目前已知的調查結果有燃燒室螺樁脫落，LPT 鉚釘脫落，HPT2級葉片斷裂和LPT 內腔的FOD（螺桿）。

普惠公司于2019 年5 月14 日發布了SB PW1000G-C-72-00-0111-00A-930A-D，引入新構型的LPT 第3 級葉片以解決此問題。

維護措施包括：

1） 按照AMM 72-53-00-220-801-A，詳細目視檢查LPT 第3 級葉片和外側空氣封嚴。

2）縮短HPT 孔探間隔至750FH，新增LPT 孔探項目，嚴密監控LPT3 葉片上游可能的材料脫落。

3）編寫EO：B32072P087，引入備用爬升構型，降低爬升時的發動機功率。

4）通過運指中心發布風險提示單，機組人員可通過電子飛行本（EFB）查看相關的預警提示。

5）制定機隊LPT 第3 級葉片改裝計劃，并與普惠公司溝通改裝事宜，以換發的形式，梯次完成南航機隊的改裝。

3.4 HPC 系軸（tie-shaft）周向裂紋

截至目前，世界機隊已有7 起確認的HPC 系軸周向裂紋事件，暫無空停事件，南航有1起非計劃下發（P770429）。事件的基本現象包括N2 高振動（非瞬時）、油門桿無響應或N2 振動跟隨油門桿變化。

調查發現，HPC 系軸和HPC 前轂的嚙合處由于徑向移動，在HPC 系軸最后側的根部螺紋處產生周向裂紋（見圖3），裂紋引起了不平衡，導致N2高振動，N2 的振動給N2 轉速傳感器帶來干擾，故障信息傳輸到EEC，限制了飛機低速時的油門響應，為防止超速，EEC 的軸剪切邏輯會立即關閉發動機，導致因N2 高振動引起的空停率居高不下。普惠公司計劃引入更好的抗磨涂層，改善其幾何構型。

圖3 HPC系軸周向裂紋

維護措施包括：

1）實時監控機隊N2 振動情況和譯碼分析。

2）特別留意N2 高振動的排故，將排故后的譯碼與之前的N2 高振動譯碼進行對比，做出合理的判斷并制定進一步的措施。

4 總結

實施上述一系列措施后，南航執管的PW1100G 發動機的每千小時空停率由世界平均水平的0.011 下降到0，提高了運行品質，保證了飛行安全。