基于QAR數(shù)據(jù)的民航發(fā)動機(jī)排故方法研究分析論文
1引言
QAR C Quick Access Recorder)是民航飛機(jī)上裝載的快速存取記錄器，記錄器介質(zhì)通常為可擦寫光盤或PCMCIA卡，記錄時(shí)間可達(dá)數(shù)百小時(shí)，記錄參數(shù)涵蓋絕大部分飛行品質(zhì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。飛機(jī)航后維護(hù)時(shí)，機(jī)務(wù)工程師對QAR記錄的原始二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼，轉(zhuǎn)換成所需的參數(shù)工程值，工程值是對飛行品質(zhì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的真實(shí)還原。工程值包含高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、排氣溫度、燃油流量、滑油壓力、高度及空速等100多個(gè)模擬量，以及發(fā)動機(jī)引氣、發(fā)動機(jī)火警、GPWS告警、防冰活門、起落架收放等200多個(gè)開關(guān)量，這些參數(shù)反映飛機(jī)運(yùn)行過程中各種變化情況和性能狀態(tài)，對監(jiān)控操縱細(xì)節(jié)、保障飛行安全、提高運(yùn)營效率起到了科學(xué)有效的保障作用。
QAR數(shù)據(jù)是飛行技術(shù)檢查、安全調(diào)查評估、飛行故障排故的重要依據(jù)。怎樣利用QAR數(shù)據(jù)對飛機(jī)發(fā)動機(jī)故障進(jìn)行準(zhǔn)確有效的排故，一直是機(jī)務(wù)工程師不斷摸索、總結(jié)的重要經(jīng)驗(yàn)。本文根據(jù)在長期工作實(shí)踐中總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)，提出利用發(fā)動機(jī)相關(guān)QAR數(shù)據(jù)的分析，準(zhǔn)確地進(jìn)行發(fā)動機(jī)疑難故障診斷，從而有效排除發(fā)動機(jī)故障的方法。重點(diǎn)研究對CFM56發(fā)動機(jī)的常見故障進(jìn)行排故。
2發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子高振動值排故方法
CFM56發(fā)動機(jī)是雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)，由低壓轉(zhuǎn)子N1和高壓轉(zhuǎn)子N2組成。AVM(AirborneVibrator Monitor，機(jī)載振動監(jiān)視系統(tǒng))和 QAR系統(tǒng)均能記錄低壓(轉(zhuǎn)子)部分和高壓(轉(zhuǎn)子)部分的振動數(shù)值以及相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速等參數(shù)。根據(jù)MM ( Maintenance manual)手冊要求，CFM56發(fā)動機(jī)通常情況下高、低壓轉(zhuǎn)子振動值超過3.0個(gè)單位則必須要求排故，檢查確定不會導(dǎo)致二次損失后方能放行。若超過4.0個(gè)單位，則飛機(jī)無法放行。發(fā)動機(jī)在正常狀態(tài)下高、低壓轉(zhuǎn)子的振動一般不會超過1.0個(gè)單位。為了保障航班正常運(yùn)營，發(fā)動機(jī)的振動值達(dá)到2.5個(gè)單位以上，應(yīng)采取相應(yīng)的糾正措施。
2.1指示系統(tǒng)故障排故方法
當(dāng)發(fā)動機(jī)出現(xiàn)振動值高的情況時(shí)，首先通過分析QAR數(shù)據(jù)判斷發(fā)生高振動轉(zhuǎn)子的位置、轉(zhuǎn)速和飛行階段等，確定是否為指示系統(tǒng)故障。因發(fā)動機(jī)工作環(huán)境相對惡劣，指示系統(tǒng)接頭可能出現(xiàn)氧化、龜裂等現(xiàn)象，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)振動指示值較高。指示系統(tǒng)故障，QAR數(shù)據(jù)顯示為:發(fā)動機(jī)振動值高是在不同轉(zhuǎn)速、不同飛行階段隨機(jī)出現(xiàn)，且是間歇性的。
處理這類故障的方法一般為:首先檢查與振動相關(guān)的電氣接頭連接緊密性，線路完好性。如果確認(rèn)與電氣接頭無關(guān)，則有可能是AVM內(nèi)部問題，相應(yīng)考慮對串或者更換AVM，然后再試車檢查故障是否排除。實(shí)際排故當(dāng)中，采用此種方法一般可消除指示系統(tǒng)故障。
2.2轉(zhuǎn)子自身問題排故方法
波音737-300/400和737-700/800飛機(jī)分別裝配的是CFM56-3C和CFM56-7B發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)在長期使用過程中，軸承和葉片磨損會加劇，燃燒室以及高、低壓渦輪會不斷積累灰塵，從而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡，振動值過大。對不同航段的QAR數(shù)據(jù)，通常高振動值是出現(xiàn)在某個(gè)固定的轉(zhuǎn)速下，并且是在相對固定的相位角下。
若是低壓轉(zhuǎn)子振動較高時(shí)，則應(yīng)先對發(fā)動機(jī)進(jìn)行目視檢查，檢查風(fēng)扇葉片，進(jìn)口導(dǎo)向葉片和低壓渦輪可見部分葉片有無損傷，然后檢查前后收油池磁堵來判斷軸承有無磨損。在以上檢查結(jié)果都完好的情況下，最后進(jìn)行風(fēng)扇葉片配平和葉片潤滑來減少振動值�？赏ㄟ^風(fēng)扇葉片配平和葉片潤滑來減小振動值，通常可降低至1.0個(gè)單位以下。
若是低壓轉(zhuǎn)子振動較高時(shí)，航線上沒有相應(yīng)的措施以降低振動值，但可對發(fā)動機(jī)高壓級進(jìn)行孔探或者進(jìn)行磁堵檢測，以確認(rèn)發(fā)動機(jī)無內(nèi)部損失，在確認(rèn)發(fā)動機(jī)無內(nèi)部損傷后，可以繼續(xù)監(jiān)控使用，直至發(fā)動機(jī)被安排更換。
3 EGT溫度過高排故方法
3.1地面啟動階段EGT過高排故方法
CFM56發(fā)動機(jī)的EGT (exhaust gas temperature，排氣溫度)在啟動階段的限制值為725攝氏度。為避免飛機(jī)運(yùn)行延誤，確保正點(diǎn)率，啟動階段EGT若超過700攝氏度并持續(xù)出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的維護(hù)措施。CFM56-3B發(fā)動機(jī)啟動階段EGT過高的主要原因有:VSV(Variable Stator Vane，可調(diào)靜子葉片)調(diào)節(jié)出現(xiàn)偏差，或MEC(Main Engine Control，主發(fā)動機(jī)控制)內(nèi)部磨損導(dǎo)致發(fā)動機(jī)富油。
若VSV出現(xiàn)偏差，QAR數(shù)據(jù)反映出的特征是:雖然啟動階段EGT過高，但FF(Fuel Flow，燃油流量)值不高。當(dāng)發(fā)動機(jī)啟動階段EGT有超過700攝氏度的記錄時(shí)，通過查看QAR數(shù)據(jù)包含的幾個(gè)EGT較高航段對應(yīng)的FF，F(xiàn)F通常不會高于1100 lbs，這種情況主要對VSV進(jìn)行靜態(tài)校裝，調(diào)整VSV至正常位置即可排除故障。
若MEC磨損導(dǎo)致富油，QAR數(shù)據(jù)反映出的特征與前種情況相比，不但啟動階段EGT過高，而且FF也偏高，通常超過1 100 lbs，甚至超過1 200 lbs。出現(xiàn)此類故障，如啟動階段EGT和FF偏離不嚴(yán)重，在不影響放行時(shí)，可先進(jìn)行高低慢車性能調(diào)節(jié)，使發(fā)動機(jī)在MM手冊要求范圍內(nèi)繼續(xù)安全工作，但由于MEC供油計(jì)劃偏富油，只有更換MEC才能最終排除故障。
3.2爬升階段EGT過高排故方法
導(dǎo)致爬升階段EGT升高主要有三種原因: (1) EGT指示系統(tǒng)故障;(2)油路和氣路控制系統(tǒng)故障;(3)發(fā)動機(jī)性能衰退，高壓級工作效率低。根據(jù)QAR記錄的數(shù)據(jù)分析，可以相對容易準(zhǔn)確地判斷導(dǎo)致爬升階段EGT升高的'原因。CFM56發(fā)動機(jī)不同型號對爬升階段的超限值要求不同，CFM56-3C的超限值為930攝氏度，CFM56-7B的超限值為970攝氏度，當(dāng)分別超過910攝氏度和920攝氏度時(shí)，應(yīng)引起關(guān)注，對發(fā)動機(jī)進(jìn)行密切監(jiān)控和視情采取措施。
3.2.1 EGT指示系統(tǒng)故障
當(dāng)爬升階段EGT升高時(shí)，地面維護(hù)人員可收集最近階段該發(fā)動機(jī)執(zhí)飛時(shí)不同航段的QAR數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。如果觀察到爬升階段EGT升高，通常超過30攝氏度，而在相同N1下，F(xiàn)F和N2幾乎沒有變化，且故障之前相同N1下的EGT幾乎也沒有變化，則可基本判定為EGT指示系統(tǒng)故障。航后檢查時(shí)可通過查看CDU(Control Display Unit控制顯示組件)顯示的故障代碼，以查找相應(yīng)的電氣接頭進(jìn)行清潔或更換。
3.2.2發(fā)動機(jī)油路和氣路控制系統(tǒng)故障
如果爬升階段EGT升高，通過分析對比故障之前的QAR數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)巡航或者爬升狀態(tài)下EGT，F(xiàn)F和N2均出現(xiàn)上升，在大功率狀態(tài)下，EGT，F(xiàn)F和N2上升幅度尤為顯著，此種情況表明發(fā)動機(jī)的油路或氣路控制系統(tǒng)可能存在故障。排故時(shí)，可先排查VSV和V B V (Variable Bleed Valve，可調(diào)放氣活門)等氣路控制系統(tǒng)，在排除沒有故障后，可檢查MEC、燃油泵等油路控制部件故障。根據(jù)長期積累的排故經(jīng)驗(yàn)，對于CFM56-3C發(fā)動機(jī)，多為VBV系統(tǒng)的問題，如VBV門卡阻，柔性驅(qū)動軸斷裂造成某些VBV門密封不嚴(yán)，VBV馬達(dá)或作動器失效導(dǎo)致VBV門無法動作等。
3.2.3發(fā)動機(jī)性能衰退
隨著發(fā)動機(jī)服役時(shí)間的增加，發(fā)動機(jī)性能勢必呈現(xiàn)出衰退趨勢，從而導(dǎo)致爬升或巡航階段EGT升高。結(jié)合QAR數(shù)據(jù)，由發(fā)動機(jī)性能衰退引起的EGT上升所表現(xiàn)出的數(shù)據(jù)特征為:相同N1下，EGT，F(xiàn)F，N2通常不會突然升高，高EGT值往往在高N1下出現(xiàn)，根據(jù)長期積累的排故經(jīng)驗(yàn)，高EGT值通常在每天首次起飛或者在高原機(jī)場、高溫天氣下，飛機(jī)處于接近滿載狀態(tài)，或無減推力等情況出現(xiàn)時(shí)。此時(shí)應(yīng)查看發(fā)動機(jī)性能報(bào)告，通過觀察EGT溫度來判斷總體性能狀況。對于波音737-300，若EGT溫度已降至40攝氏度，波音737-400，若EGT溫度已降至10攝氏度以下，說明發(fā)動機(jī)總體性能已下降。航線上可通過清洗發(fā)動機(jī)涵道，增加每天第一個(gè)航班的暖車時(shí)間，對飛機(jī)限飛高原機(jī)場，要求機(jī)組盡量使用減推力等，以延長發(fā)動機(jī)的在翼使用時(shí)間。
4利用QAR數(shù)據(jù)排故的注意事項(xiàng)
利用QAR記錄的大量關(guān)于飛行品質(zhì)和狀態(tài)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，能夠準(zhǔn)確反映發(fā)動機(jī)參數(shù)的關(guān)聯(lián)性，再現(xiàn)故障形式，確定故障特征，幫助機(jī)務(wù)工程師快速準(zhǔn)確地排除故障。但也對機(jī)務(wù)工程部門和機(jī)務(wù)工程師提出了更高要求。對于機(jī)務(wù)工程部門而言，首先需要嚴(yán)格、高效、全程地收集、管理QAR譯碼數(shù)據(jù)，加強(qiáng)QAR系統(tǒng)維護(hù)，確保其能夠可靠工作，并且能夠承擔(dān)起數(shù)據(jù)對比和分析的任務(wù)，為機(jī)務(wù)人員排故提供有力的技術(shù)支撐。同時(shí)機(jī)務(wù)工程師不僅要對飛機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)有深刻了解，注重排故經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和交流，更需要掌握QAR提供的參數(shù)特性，分析數(shù)據(jù)背后的故障成因，培養(yǎng)利用QAR排故的意識和技能。
(1)必須明確采集參數(shù)的傳感器位置和參數(shù)的物理意義。若無法明確參數(shù)表征的含義，會影響故障分析進(jìn)程，所以應(yīng)結(jié)合數(shù)據(jù)采集組件和飛機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來確定參數(shù)。
(2)分析、對比QAR數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)注意參數(shù)的時(shí)間間隔。應(yīng)選取能體現(xiàn)飛機(jī)前后運(yùn)行狀態(tài)明顯的數(shù)據(jù)，過長的間隔對分析數(shù)據(jù)沒有意義，過短的間隔由于相似性高而易造成干擾和誤判。
(3)確定QAR數(shù)據(jù)的有效性。機(jī)務(wù)人員應(yīng)結(jié)合發(fā)動機(jī)實(shí)際狀態(tài)、運(yùn)行環(huán)境、飛行時(shí)間等對數(shù)據(jù)進(jìn)行鑒別，確保數(shù)據(jù)的有效性。
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