基于QAR數據的民航發(fā)動(dòng)機排故方法研究分析論文
1引言
QAR C Quick Access Recorder)是民航飛機上裝載的快速存取記錄器，記錄器介質(zhì)通常為可擦寫(xiě)光盤(pán)或PCMCIA卡，記錄時(shí)間可達數百小時(shí)，記錄參數涵蓋絕大部分飛行品質(zhì)監控數據。飛機航后維護時(shí)，機務(wù)工程師對QAR記錄的原始二進(jìn)制數據進(jìn)行譯碼，轉換成所需的參數工程值，工程值是對飛行品質(zhì)監控數據的真實(shí)還原。工程值包含高低壓轉子轉速、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(dòng)機引氣、發(fā)動(dòng)機火警、GPWS告警、防冰活門(mén)、起落架收放等200多個(gè)開(kāi)關(guān)量，這些參數反映飛機運行過(guò)程中各種變化情況和性能狀態(tài)，對監控操縱細節、保障飛行安全、提高運營(yíng)效率起到了科學(xué)有效的保障作用。
QAR數據是飛行技術(shù)檢查、安全調查評估、飛行故障排故的重要依據。怎樣利用QAR數據對飛機發(fā)動(dòng)機故障進(jìn)行準確有效的排故，一直是機務(wù)工程師不斷摸索、總結的重要經(jīng)驗。本文根據在長(cháng)期工作實(shí)踐中總結出的經(jīng)驗，提出利用發(fā)動(dòng)機相關(guān)QAR數據的分析，準確地進(jìn)行發(fā)動(dòng)機疑難故障診斷，從而有效排除發(fā)動(dòng)機故障的方法。重點(diǎn)研究對CFM56發(fā)動(dòng)機的常見(jiàn)故障進(jìn)行排故。
2發(fā)動(dòng)機轉子高振動(dòng)值排故方法
CFM56發(fā)動(dòng)機是雙轉子發(fā)動(dòng)機，由低壓轉子N1和高壓轉子N2組成。AVM(AirborneVibrator Monitor，機載振動(dòng)監視系統)和 QAR系統均能記錄低壓(轉子)部分和高壓(轉子)部分的振動(dòng)數值以及相對應的轉速等參數。根據MM ( Maintenance manual)手冊要求，CFM56發(fā)動(dòng)機通常情況下高、低壓轉子振動(dòng)值超過(guò)3.0個(gè)單位則必須要求排故，檢查確定不會(huì )導致二次損失后方能放行。若超過(guò)4.0個(gè)單位，則飛機無(wú)法放行。發(fā)動(dòng)機在正常狀態(tài)下高、低壓轉子的振動(dòng)一般不會(huì )超過(guò)1.0個(gè)單位。為了保障航班正常運營(yíng)，發(fā)動(dòng)機的振動(dòng)值達到2.5個(gè)單位以上，應采取相應的糾正措施。
2.1指示系統故障排故方法
當發(fā)動(dòng)機出現振動(dòng)值高的情況時(shí)，首先通過(guò)分析QAR數據判斷發(fā)生高振動(dòng)轉子的位置、轉速和飛行階段等，確定是否為指示系統故障。因發(fā)動(dòng)機工作環(huán)境相對惡劣，指示系統接頭可能出現氧化、龜裂等現象，導致發(fā)動(dòng)機振動(dòng)指示值較高。指示系統故障，QAR數據顯示為:發(fā)動(dòng)機振動(dòng)值高是在不同轉速、不同飛行階段隨機出現，且是間歇性的。
處理這類(lèi)故障的方法一般為:首先檢查與振動(dòng)相關(guān)的電氣接頭連接緊密性，線(xiàn)路完好性。如果確認與電氣接頭無(wú)關(guān)，則有可能是AVM內部問(wèn)題，相應考慮對串或者更換AVM，然后再試車(chē)檢查故障是否排除。實(shí)際排故當中，采用此種方法一般可消除指示系統故障。
2.2轉子自身問(wèn)題排故方法
波音737-300/400和737-700/800飛機分別裝配的是CFM56-3C和CFM56-7B發(fā)動(dòng)機。發(fā)動(dòng)機在長(cháng)期使用過(guò)程中，軸承和葉片磨損會(huì )加劇，燃燒室以及高、低壓渦輪會(huì )不斷積累灰塵，從而導致發(fā)動(dòng)機轉子不平衡，振動(dòng)值過(guò)大。對不同航段的QAR數據，通常高振動(dòng)值是出現在某個(gè)固定的轉速下，并且是在相對固定的相位角下。
若是低壓轉子振動(dòng)較高時(shí)，則應先對發(fā)動(dòng)機進(jìn)行目視檢查，檢查風(fēng)扇葉片，進(jìn)口導向葉片和低壓渦輪可見(jiàn)部分葉片有無(wú)損傷，然后檢查前后收油池磁堵來(lái)判斷軸承有無(wú)磨損。在以上檢查結果都完好的情況下，最后進(jìn)行風(fēng)扇葉片配平和葉片潤滑來(lái)減少振動(dòng)值�？赏ㄟ^(guò)風(fēng)扇葉片配平和葉片潤滑來(lái)減小振動(dòng)值，通�？山档椭�1.0個(gè)單位以下。
若是低壓轉子振動(dòng)較高時(shí)，航線(xiàn)上沒(méi)有相應的措施以降低振動(dòng)值，但可對發(fā)動(dòng)機高壓級進(jìn)行孔探或者進(jìn)行磁堵檢測，以確認發(fā)動(dòng)機無(wú)內部損失，在確認發(fā)動(dòng)機無(wú)內部損傷后，可以繼續監控使用，直至發(fā)動(dòng)機被安排更換。
3 EGT溫度過(guò)高排故方法
3.1地面啟動(dòng)階段EGT過(guò)高排故方法
CFM56發(fā)動(dòng)機的EGT (exhaust gas temperature，排氣溫度)在啟動(dòng)階段的限制值為725攝氏度。為避免飛機運行延誤，確保正點(diǎn)率，啟動(dòng)階段EGT若超過(guò)700攝氏度并持續出現時(shí)，應采取相應的維護措施。CFM56-3B發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)階段EGT過(guò)高的主要原因有:VSV(Variable Stator Vane，可調靜子葉片)調節出現偏差，或MEC(Main Engine Control，主發(fā)動(dòng)機控制)內部磨損導致發(fā)動(dòng)機富油。
若VSV出現偏差，QAR數據反映出的特征是:雖然啟動(dòng)階段EGT過(guò)高，但FF(Fuel Flow，燃油流量)值不高。當發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)階段EGT有超過(guò)700攝氏度的記錄時(shí)，通過(guò)查看QAR數據包含的幾個(gè)EGT較高航段對應的FF，FF通常不會(huì )高于1100 lbs，這種情況主要對VSV進(jìn)行靜態(tài)校裝，調整VSV至正常位置即可排除故障。
若MEC磨損導致富油，QAR數據反映出的特征與前種情況相比，不但啟動(dòng)階段EGT過(guò)高，而且FF也偏高，通常超過(guò)1 100 lbs，甚至超過(guò)1 200 lbs。出現此類(lèi)故障，如啟動(dòng)階段EGT和FF偏離不嚴重，在不影響放行時(shí)，可先進(jìn)行高低慢車(chē)性能調節，使發(fā)動(dòng)機在MM手冊要求范圍內繼續安全工作，但由于MEC供油計劃偏富油，只有更換MEC才能最終排除故障。
3.2爬升階段EGT過(guò)高排故方法
導致爬升階段EGT升高主要有三種原因: (1) EGT指示系統故障;(2)油路和氣路控制系統故障;(3)發(fā)動(dòng)機性能衰退，高壓級工作效率低。根據QAR記錄的數據分析，可以相對容易準確地判斷導致爬升階段EGT升高的'原因。CFM56發(fā)動(dòng)機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，當分別超過(guò)910攝氏度和920攝氏度時(shí)，應引起關(guān)注，對發(fā)動(dòng)機進(jìn)行密切監控和視情采取措施。
3.2.1 EGT指示系統故障
當爬升階段EGT升高時(shí)，地面維護人員可收集最近階段該發(fā)動(dòng)機執飛時(shí)不同航段的QAR數據進(jìn)行分析。如果觀(guān)察到爬升階段EGT升高，通常超過(guò)30攝氏度，而在相同N1下，FF和N2幾乎沒(méi)有變化，且故障之前相同N1下的EGT幾乎也沒(méi)有變化，則可基本判定為EGT指示系統故障。航后檢查時(shí)可通過(guò)查看CDU(Control Display Unit控制顯示組件)顯示的故障代碼，以查找相應的電氣接頭進(jìn)行清潔或更換。
3.2.2發(fā)動(dòng)機油路和氣路控制系統故障
如果爬升階段EGT升高，通過(guò)分析對比故障之前的QAR數據，發(fā)現巡航或者爬升狀態(tài)下EGT，FF和N2均出現上升，在大功率狀態(tài)下，EGT，FF和N2上升幅度尤為顯著(zhù)，此種情況表明發(fā)動(dòng)機的油路或氣路控制系統可能存在故障。排故時(shí)，可先排查VSV和V B V (Variable Bleed Valve，可調放氣活門(mén))等氣路控制系統，在排除沒(méi)有故障后，可檢查MEC、燃油泵等油路控制部件故障。根據長(cháng)期積累的排故經(jīng)驗，對于CFM56-3C發(fā)動(dòng)機，多為VBV系統的問(wèn)題，如VBV門(mén)卡阻，柔性驅動(dòng)軸斷裂造成某些VBV門(mén)密封不嚴，VBV馬達或作動(dòng)器失效導致VBV門(mén)無(wú)法動(dòng)作等。
3.2.3發(fā)動(dòng)機性能衰退
隨著(zhù)發(fā)動(dòng)機服役時(shí)間的增加，發(fā)動(dòng)機性能勢必呈現出衰退趨勢，從而導致爬升或巡航階段EGT升高。結合QAR數據，由發(fā)動(dòng)機性能衰退引起的EGT上升所表現出的數據特征為:相同N1下，EGT，FF，N2通常不會(huì )突然升高，高EGT值往往在高N1下出現，根據長(cháng)期積累的排故經(jīng)驗，高EGT值通常在每天首次起飛或者在高原機場(chǎng)、高溫天氣下，飛機處于接近滿(mǎn)載狀態(tài)，或無(wú)減推力等情況出現時(shí)。此時(shí)應查看發(fā)動(dòng)機性能報告，通過(guò)觀(guān)察EGT溫度來(lái)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(shuō)明發(fā)動(dòng)機總體性能已下降。航線(xiàn)上可通過(guò)清洗發(fā)動(dòng)機涵道，增加每天第一個(gè)航班的暖車(chē)時(shí)間，對飛機限飛高原機場(chǎng)，要求機組盡量使用減推力等，以延長(cháng)發(fā)動(dòng)機的在翼使用時(shí)間。
4利用QAR數據排故的注意事項
利用QAR記錄的大量關(guān)于飛行品質(zhì)和狀態(tài)的監控數據，能夠準確反映發(fā)動(dòng)機參數的關(guān)聯(lián)性，再現故障形式，確定故障特征，幫助機務(wù)工程師快速準確地排除故障。但也對機務(wù)工程部門(mén)和機務(wù)工程師提出了更高要求。對于機務(wù)工程部門(mén)而言，首先需要嚴格、高效、全程地收集、管理QAR譯碼數據，加強QAR系統維護，確保其能夠可靠工作，并且能夠承擔起數據對比和分析的任務(wù)，為機務(wù)人員排故提供有力的技術(shù)支撐。同時(shí)機務(wù)工程師不僅要對飛機運行系統有深刻了解，注重排故經(jīng)驗的總結和交流，更需要掌握QAR提供的參數特性，分析數據背后的故障成因，培養利用QAR排故的意識和技能。
(1)必須明確采集參數的傳感器位置和參數的物理意義。若無(wú)法明確參數表征的含義，會(huì )影響故障分析進(jìn)程，所以應結合數據采集組件和飛機系統結構來(lái)確定參數。
(2)分析、對比QAR數據時(shí)，應注意參數的時(shí)間間隔。應選取能體現飛機前后運行狀態(tài)明顯的數據，過(guò)長(cháng)的間隔對分析數據沒(méi)有意義，過(guò)短的間隔由于相似性高而易造成干擾和誤判。
(3)確定QAR數據的有效性。機務(wù)人員應結合發(fā)動(dòng)機實(shí)際狀態(tài)、運行環(huán)境、飛行時(shí)間等對數據進(jìn)行鑒別，確保數據的有效性。
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