淺談航空發動機滑油壓力監控系統的設計

魯英杰

摘要：滑油壓力是航空發動機的重要運行參數，各型發動機針對滑油壓力都有嚴格的監控設計，當發動機滑油壓力過低時往往需要執行發動機關車操作。若滑油壓力監控系統發生故障，可能導致虛假的滑油低壓警告，從而造成不必要的發動機空中停車事件。本文選取多個機型，結合實際經驗，對比分析了滑油壓力監控系統在設計上可能存在的問題，并提出改進思路。

關鍵詞：滑油壓力監控；空中停車；改進

Keywords：oil pressure monitoring；in-flight shutdown；improvement

0 引言

滑油壓力是航空發動機的重要運行參數，滑油壓力過高或過低都會對發動機運行造成影響，尤其是當滑油壓力低于門檻值時需要飛行機組關停發動機，以避免發動機在潤滑不良狀態下運行而造成損傷。各型發動機對滑油壓力的監控在設計上存在差異，日常運行經驗顯示，某些設計在特定的情況下，可能導致機組誤判，引起不必要的發動機空中停車事件。

本文以目前民航客機的主流機型A320系列為樣本，選取其搭載的三種型號發動機CFM56-5B、V2500、PW1100G，通過分析三種發動機滑油壓力監控系統的原理，結合具體的案例，探索該類設計問題的改進思路。

1 發動機滑油系統介紹

1.1 發動機滑油系統基本原理[1]

發動機工作時，各個部件摩擦表面之間以很高的速度作相對運動，金屬表面之間的摩擦不僅增大發動機內部的功率消耗，使零部件工作表面迅速磨損，摩擦所產生的熱量還可能使某些工作零件表面過熱，導致發動機無法正常運轉。各類型發動機潤滑油的主要作用均相同，即減少摩擦表面的相互摩擦力；保護摩擦部件免受化學和機械磨損；吸收摩擦熱量，并隨油循環將其轉移。

1.2 發動機滑油系統監控參數

發動機滑油系統是否正常工作，主要通過對以下三個參數的監控來判斷：滑油壓力、滑油溫度、滑油量，其中以滑油壓力最為重要和敏感。

以空客A320系列飛機為例，目前可選裝的四種發動機CFM56、V2500、PW1100G、LEAP1A在運行中對滑油壓力的監控均十分嚴格，當滑油壓力過低時，要求機組關停發動機。

1.3 A320系列飛機各型發動機滑油壓力監控系統原理[2，3]

選取CFM56-5B、V2500、PW1100G三種發動機，分析其滑油壓力監控系統。

1）CFM56-5B型發動機

CFM56-5B發動機對滑油壓力的監控設計了滑油壓力傳感器和滑油低壓電門兩個感應元件（見圖1）。

傳感器用于探測滑油壓力的具體數值，將信號傳輸給EIU（發動機接口組件），經EIU處理后用于駕駛艙指示。當傳感器探測到滑油壓力數值過高或過低時，駕駛艙的滑油壓力指示會產生相應的變化（閃爍、由綠變紅），但不會產生告警。

低壓電門不具有探測滑油壓力數值的功能，僅提供離散信號給EIU，當滑油壓力小于13psi時，電門會觸發紅色警告“ENG 1（2）OIL LO PR”，并伴有提示語句，要求機組檢查滑油壓力，若確認小于13psi則關停發動機。

2）V2500型發動機

V2500發動機滑油壓力的監控設計與CFM56-5B類似，有滑油壓力傳感器和滑油低壓電門兩個感應元件，前者用于指示數值，后者用于觸發紅色警告“ENG 1（2）OIL LO PR”。區別是在CFM56-5B的基礎上多了琥珀色警告“ENG 1（2）OIL LO PR”，該警告由滑油壓力傳感器探測到壓力小于80psi時觸發，警告顯示時不會有其他提示語句。當壓力繼續下降至小于60psi時，由滑油低壓電門觸發紅色警告”ENG 1（2）OIL LO PR”，覆蓋琥珀色警告并伴有提示語句，要求機組檢查滑油壓力，若確認小于60psi則關停發動機（見圖2）。

3）PW1100G型發動機

PW1100G發動機對滑油壓力的監控設計了兩個感應元件，一是雙通道設計的滑油壓力傳感器，另一是滑油低壓電門。

傳感器用于指示滑油壓力的具體數值，包含兩個獨立的子傳感器，分別將壓力信號傳送給EEC（發動機電子控制計算機）的A和B通道。當滑油壓力小于門檻值時（門檻值隨N2轉速變化，高功率時為186psi，低功率時為75psi），駕駛艙內顯示琥珀色警告“ENG 1（2）OIL LO PR”，不會有其他提示語句。當滑油壓力進一步減少時（門檻值隨N2轉速變化，高功率時為176psi，低功率時為65psi），ECAM顯示紅色警告“ENG 1（2）OIL LO PR”并伴有提示語句，要求機組關停發動機（見圖3）。

低壓電門不具有探測滑油壓力數值的功能，也不參與滑油低壓警告的觸發，僅提供離散信號給EIU。其功能是當EEC兩個通道探測到的滑油壓力不一致時，協助EEC判斷哪一通道的數據可用。

2 實際運行案例

2.1 案例一：V2500機型出現虛假滑油低壓警告，干擾機組操作

一架配裝V2500發動機的A320飛機執行航班。起飛后機組發現右發滑油壓力指示低，并有琥珀色ECAM警告“ENG 2 OIL LO PR”。機組觀察到右發滑油壓力指示小于60psi，認為需要關停右發，聯系地面尋求支持。地面工程師與機組通話，確認右發滑油壓力低至小于60psi，之后緩慢上升，同期滑油溫度和滑油量無異常，初步判斷是滑油壓力指示故障，機組決定繼續監控飛行。飛機落地后，再次與機組溝通并通過QAR譯碼確認，滑油壓力多次且長時間指示小于60psi，但全程未觸發紅色警告“ENG 2 OIL LOPR”，僅有琥珀色警告“ENG 2 OIL LOPR”，由此說明滑油壓力傳感器和低壓電門給出的信號不一致，判斷是傳感器故障。更換傳感器后，故障排除。

事后分析調查中發現該次事件存在兩處安全隱患：

1）機組第一次判斷需要關停右發時，并未意識到“ENG 2 OIL LO PR”有兩種不同顏色的警告，而是認為當警告文字“ENG 2 OIL LO PR”出現并伴隨滑油壓力指示小于60psi時就應當關停發動機。由于飛行手冊為黑白打印，機組翻閱手冊時也未發現存在琥珀色和紅色兩種不同的警告。

2）地面工程師首次與機組聯絡時處于應急狀態，沒有足夠時間查閱系統原理手冊，未充分掌握該型發動機滑油低壓監控系統的工作原理，因此未在第一時間意識到警告存在兩種不同顏色，而是根據滑油量和滑油溫度來輔助判斷是否存在滑油壓力指示故障。

由此可見，此次事件的故障現象對飛行人員和工程技術人員的判斷均產生了干擾。

2.2 案例二：PW1100G機型出現虛假滑油低壓警告，導致發動機空中關車

一架A320neo飛機發生發動機空中停車事件。發動機型號為PW1100GJM，序號為P7705XX。飛行中間歇性出現低滑油壓力警告，機組空中關停發動機。飛機落地后，檢查發動機滑油量正常，未見滑油滲漏。更換滑油壓力傳感器，故障依舊。發現連接傳感器的導線束有明顯夾傷痕跡，更換導線束后故障排除。

3 分析和改進

3.1 CFM56-5B發動機

CFM56-5B發動機是較早投入使用的機型，滑油壓力監控設計最簡潔，但可靠性較高。機組執行關車動作的前提是兩個感應元件雙重確認，即低壓電門觸發紅色警告和滑油壓力傳感器提供的儀表顯示數值小于門檻值。雙重確認的設計可以避免因感應元件故障導致的不必要的發動機空停事件。該機型的缺點是功能較簡單。

3.2 V2500發動機

1）V2500發動機存在的問題

V2500發動機設計了琥珀色和紅色兩種滑油低壓警告，均顯示為“ENG 1（2）OIL LO PR”，文字完全相同，但顯示的顏色不同，且觸發的條件也不同。

琥珀色警告的設計可以起到緩沖作用，幫助機組預判并提前關注到發動機滑油壓力降低現象，做好必要的準備。但由于兩種警告在文字上完全相同，存在容易混淆的風險，尤其是當傳感器故障出現虛假低壓指示時，可能導致機組誤判，引起不必要的發動機空停。許多航空公司由于成本原因，飛行手冊未使用彩色打印，進一步增加了這種風險。

2）改進思路

若對警告的文字進行修改，如將琥珀色警告“ENG 1（2）OIL LO PR”修改為“ENG 1（2）OIL DECREASING”，則可避免這種安全隱患。

3.3 PW1100G發動機

1）PW1100G發動機存在的問題

PW1100G發動機在V2500發動機的基礎上設計了雙通道的滑油壓力傳感器，其雙重確認功能由兩個可指示具體數值的傳感器實現，同時配以低壓電門，當某個通道出現故障時，由低壓電門協助判斷故障通道。這種設計在理論上相比傳統機型更加先進可靠，兩個子傳感器能互為備份，增加了滑油壓力指示的可靠性。當某一個子傳感器出現故障時，雙通道的設計可以避免滑油壓力指示失效，同時結合滑油低壓電門的信號可以判斷出可用的通道。

但實際運行中該機型仍然出現了虛假滑油低壓導致的空停事件。究其原因，雖然傳感器為雙通道設計，但兩個子傳感器位于同一殼體內，安裝在同一區域，且共用一段導線束，因此某些共性因素可能會對兩個子傳感器的信號同時產生干擾。例如，上文案例二中提到導線束被夾傷，由于兩個傳感器共用了這段線束，導致EEC雙通道同時獲取了低滑油壓力信號，此時雖然低滑油壓力電門沒有給出低壓信號，但因其不參與警告的觸發，警告完全由傳感器控制，于是導致出現虛假的低滑油壓力警告，進而導致機組在空中關停發動機。

2）改進思路

將雙通道傳感器更改為兩個獨立的傳感器，分開安裝并分別布線將數據傳送給EEC的A/B通道，避免單個干擾源同時影響兩路信號；將低壓電門的信號加入到警告觸發條件中，降低出現虛假滑油低壓警告的可能性。

4 總結

滑油壓力是航空發動機運行的重要參數，本文基于空客A320系列飛機搭載的三種型號發動機的滑油壓力監控系統原理，結合實際運行中發生的案例，簡述了不同設計的利弊，嘗試性提出了改進方案，為提高航空發動機滑油壓力監控系統的可靠性拓展更多的可能性。

參考文獻

[1]馬廣文.交通大辭典[M].上海：上海交通大學出版社，2005.

[2]空客公司.空中客車飛機維修手冊（AMM）79章[Z]. 2021-8-1.

[3]空客公司.空中客車飛行機組操作手冊（FCOM）[Z]. 2021-10-5.