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空中发动机故障判断与分析

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如果在大马力起飞功率下发生压气机喘振,模拟机训练中我们听到的嘭嘭声不足以说明声音的巨大。曾经经历过此种情况的机组在报告中说,那声音好像是有人在他旁边开了一枪。这容易造成机组慌乱,误认为是轮胎爆破或者是炸弹爆炸。航班中的这类事件显示出,机组容易对发动机喘振错误判断导致V1以上中断起飞,冲出跑道造成飞机损坏,乘客受伤甚至死亡。实际上,那仅仅是一声巨响而已。

根据压气机的不同故障,发动机喘振分为以下几种情况:1.单次可自我恢复。机组人员可能听到一声或两声巨响,发动机参数迅速波动。通常在几分之一秒之内,仪表指示就会恢复正常,难以通过观察仪表指示来判断。2.多次可自我恢复。根据不同原因和条件,喘振会发生多次,每次间隔2-3秒钟,然后指示恢复正常。在此期间会伴随EGT的上升。3.机组处置后喘振停止。机组人员会观察到发动机参数连续几次波动。油门杆收回会,参数指示与油门位置相匹配。单如果重新前推油门到高功率,喘振再次发生。在此种状况下,如机组不及时处理,喘振会持续,直至发动机失效。4.机组处理后不可恢复。这将会有一次单一的爆破声。伴随巨响,发动机减速到零功率,就像不供油一样。这通常意味着发动机严重损坏。油门收回慢车后,EGT还将以15℃/秒的速度上升,持续8秒左右,然后回落;N1,N2指示与油门位置一致;燃油流量在2秒内下降到喘振前的25%,在接下来的6秒内继续降至10%。

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单次可恢复的喘振导致发动机损坏可能性很小。多次持续喘振会损坏压气机叶片。造成压气机效率降低,进入燃烧室气体体积增加,这将导致过量燃油供给。燃烧室冷却区无法保证空气在到达涡轮前充分冷却,造成EGT超限,涡轮叶片工作在超温状态。单次不可恢复的喘振说明压气机叶片可能折断,需尽快关断以避免进一步恶化。 四、发动机熄火

熄火意味着伴随着发动机的转速和EGT的下降,燃烧室内的燃烧过程停止。造成发动机熄火的原因多种多样。比如燃油缺乏,遭遇火山灰,大雨/冰雹/结冰,发动机喘振失速等等。发动机熄火会导致多个驾驶舱指示异常,比如电气系统和液压系统。在发动机熄火后的一段时间内,由于失效发仍在风转,转速不会低于慢车,液压低压灯不会亮;如这时油门处于慢车位,飞机滚转不明显,机组可能误判为电气系统故障而不是发动机失效。建议当出现电气系统故障指示时先关注一下发动机参数,毕竟飞机动力才是最重要的。

大约有10%的熄火发动在起飞阶段。在中低功率设定下,熄火发生最频繁,如巡航和下降。这时很可能是在使用自动驾驶仪飞行。自动驾驶仪将在最大限度的弥补推力不对称后断开(假定接通的是工作发的自动驾驶仪)。这意味着机组需要一个较大的杆力才能控制住飞机状态。如果没有目视参考,如跨洋,夜间,

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云中飞行,飞机失控的可能性增加。国外已经发生了数次在低功率下发动机熄火,由于机组操作不当导致事故的案例。 五、发动机严重损坏/分离

发动机严重损坏意味着硬件已经损坏,发动机无法正常运转。例如轴承故障,异物吸入损坏风扇叶片,转子盘故障等等。判断发动机严重损坏的界限难以界定。发动机生产厂商认为:出现明显破损(如出现大洞或部分缺失)且移动油门杆无反应,可判定为发动机严重损坏。如图4。

图4:发动机严重损坏示意图

发动机严重损坏会伴随有其他状况。如火警(热引气泄漏)或喘振。可能会有一声巨响,N1,N2,燃油流量会下降,EGT短时上升,发动机迅速失去推力。其特点类似于第三部分所说的不可恢复的喘振。

发动机分离极为罕见。通常发生在起飞爬升阶段或着陆滑跑过程中。受影响一侧发动机主要和次要参数指示全部消失。在高

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功率情况下出现时,飞机滚转明显。尽快抵舵压盘控制飞机状态,改平坡度。拔出受影响发动机的灭火手柄,这将最快速的关闭翼梁燃油活门防止大规模燃油泄漏。 六、发动机极限

发动机极限分为发动机超转和EGT超限。

发动机超转时,一方面涡轮叶片离心力过大,涡轮叶片容易失效;同时,发动机处于超压状态,超出了发动机强度,直接威胁发动机安全。

目前高涵道涡扇发动机,无论是涡轮部件还是风扇,都有包容环外罩,能保护叶片断裂后,防止叶片飞出打坏飞机部件。所以,若因使用或发动机故障引起的风扇转子超转,将使用风扇转子负荷过重,转子容易断裂,进而使低压涡轮失去负荷,进一步加剧N1超转。低压涡轮或风扇转子一旦飞出,后果将是毁灭性的。此时适当收小油门,使转速稳定。

EGT是影响涡轮安全工作的最主要参数。EGT红线是唯一可以偶尔超过而发动机不会故障的红线。

由于发动机的热能惯性,EGT在起飞滑跑马上要离地或刚刚离地时达到峰值。最大允许的EGT(红线)和起飞中的EGT峰值之间的差值(TO/GA推力)叫做EGT裕度。实际飞行中,空气中的沙尘等会随气流进入发动机,沉积到进气道,压气机叶片,和发动机机匣等表面,引起积污。到一定程度时,将引起气

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流分离加剧,压气机增压效率降低。如要维持发动机产生的推力不变,则需要更多的燃油供给,导致EGT升高,裕度变小。如CFM56发动机,若压气机效率下降1%,EGT上升10℃,燃油消耗率上升0.6%。因此,EGT裕度也是监控发动机性能衰退的参数。如图5

图5:发动机性能衰退

发动机会在没有故障的情况下超出EGT红线,这时发动机继续产生推力。因此如果机组注意到EGT在起飞滑跑中稍稍超出红线,且较为稳定,可继续起飞,将飞机建立在初始爬升航径上再执行程序。落地后在飞行记录本中报告,这说明发动机需要及时维护。

EGT突然异常变化说明发动机故障。EGT高可能意味着:1.发动机喘振/失速2.尾管喷火3.发动机熄火。需要及时按照检查单处置。

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