a320neo最大落地重量 普惠齿轮传动发动机GTF面临可靠性灾难(1)

陈光/文

3.PW1100G服役初期的故障

装PW1100G的A320neo于2016年1月20日投入使用,初期使用中出现了两个问题,其一是全功能电调装置FADEC过多地在驾驶舱显示屏幂上发出所谓的故障信号,干拢驾驶员的精力,这个问题在修订了软件设计细节后,较快的解决了。

第二个问题是高压压气机转子的“热弯曲”。

当发动机停车時,如果用于冷却发动机的時间(在慢车状态下运转)太短,停车后发动机内部处在高温状态下,而且发动机上部的温度会高于下部的温度,会使高压转子上、下温度不一致,造成转子上下热膨胀不一致,这時转子会出现弯曲现象即热弯曲。

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如果停车时间短再次起动发动机时,热弯曲不仅会造成发动机振动,而且叶尖刮蹭机匣内衬,特別是第8级叶片(热弯曲時它处于弯曲的最大处),使发动机效率降低等。

因此普惠采取将起动时间加长到7分钟,使发动机逐步上升温度,消除热弯曲效应,,当然这种措施使用户非常不满。

后来,普惠釆取了3项攺进措施,即在3号、4号支点处如装弹性支座,以降低振动值;在第8级叶尖处涂上一层极硬、极尖的立方氮化硼cubic boron nitride (CBN),当它与围绕叶尖的环形耐磨衬环相磨碰时,会在耐磨衬环上磨出一与叶片宽度一致的槽道,能减少漏气损失。

另外对FADEC软件上做了相应的攺进等,使发动机的起动时间缩短至300秒(2016年6月)与200秒(2016年12月),这个起动时间己基本同于V2500发动机的起动时间。

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4.故障频发使IndiGo航空公司在18个月中换发69次

印度有两家廉价航空公司即IndiGo靛蓝航空公司与Go Air公司,靛蓝航空公司还是A320neo最大用户,己有32架飞机投入运营,由于印度地区天气炎热干燥、潮湿、污染严重与空气中盐份较多,对发动机的工作造成了较严重的影响,到2017年2月24日的13个月中换发42台,其中有28台由于3号轴承腔封严处泄漏使金属微粒进入滑油腔,激发滑油屑末探测器报警;

13台由于燃烧室火焰筒的进气孔被空气中的盐份堵塞使燃烧室性能恶化,性能下降25%(通过孔探仪查出的);

1台是由于主减速器故障(滑油屑末探测器报警)。

3号轴承腔封严处原来采用了端面石墨密封装置,这种密封装置封严效果好,普惠公司的PW4000发动机中,主轴中共有7处需封严,其中6处釆用了端面石墨密封,工作一直良好。

但在PW1100中所用的端面石墨密封装置中,由于FADEC中程序出了毛病,在一定高度上密封处气体压力不夠,使端面石墨不能和与其相配的密封面紧密接触,造成一些金属屑末进入滑油腔。

有报道称,普惠采用了刷封替代了端面石墨密封,2017年4月完成此项改进。

对于火焰筒通气孔被堵塞的问题,普惠采取对火焰筒进、排气处增加了通气孔的数目,几乎比原设计的孔数增加一倍,2017年9月完成攺进。

在此期间,美国精灵(Sprit)航空公司5架A320neo中有三架由于3号轴承腔滑油屑末探测器报警而停飞。另外,该公司的A320neo还由于在高空中,放气活门还会结冰卡滞,所以要求驾驶员将飞机保持在30000英尺(9100m)高度以下,印度的A320neo也遇到这个问题。

在过去的30年中,由于发动机技术稳定的提高,发动机故障造成的换发次数约为每年25次,但是印度靛蓝航空公司32架A320neo所用的PW1100G发动机,从2016年5月到2017年11月间却换发69次,平均每周换发一次,创造了一项世界纪录。

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5.新改进的高压压气机后箟齿封严件带来巨大祸害

2017年12月普惠认为高压压气机8级盘后的锥轴上的篦齿封严环,性能未达到预期的水平,于是对此封严环进行了改型。从发动机生产序号为ESNP770450以及其后的发动机上釆用了这种改型的封严环。

但是这种新的封严环很快发现易掉块,使封气效果失效,发动机易进入喘振,造成发动机在飞行中停车。

例如,由2018年2月24日到3月12日期间,印度的靛蓝航空公司发生2起、GoAir航空公司发生1起空中停车。

鉴于这个故障对飞机的安全飞行影响较大,EASA于2018年2月9日发布了紧急适航指令AD 2018-0041-E,指令中所涉及的发动机为生产序号为P770450以及其后的发动机,指令中规定:⑴如果一架飞机上装有2台受影响的发动机,此指令生效后只能再飞3个起落,然后停飞该飞机;⑵如果一架飞机上装有1台受影响的发动机,此指令生效后,除1次起降外,不能再飞延程飞行(ETOPS)。

普惠公司已交付了装有这个改型的箟齿封严的发动机98台,其中55台交付空客公司,有43台已装在航空公司运营的飞机上,也即全球有32架其中印度有12架A320neo装有有影响的发动机。

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普惠公司为了解决这一问题,临时将原来的结构又换回到这些发动机上,这一变动耗费约5000万美元。

在EASA发布上述指令后,印度民用航空管理局DGCA考虑到前述的三次空中停车事件,于3月13日决定将装有受影响发动机的11架A320neo全部停飞,约占A320neo全部服役飞机113架中的10%. 其中8架为靛蓝公司的,3架为GoAir公司的。在民用航空史中,一次停飞全机群中十分之一的飞机,实属少见。

中国民航CAAC于2月11日发布了CAD2008-A320-05号适航指令,指令中转发了EASA紧急适航指令的内容。

空客公司在EASA发布上述指令后,决定停止接受PW1100G发动机。

印度靛蓝航空公司是印度最大的一家廉价航空公司,成立于2006年,它是A320neo最大的用户,订购了410架,现在已有32架服役,但从服役开始,发动机故障不断发生,造成较大的经济损失,在3月13日停飞8架后,将会带来更多的经济损失,印度媒体发文称:估计这个印度最大的廉价航空公司将倒在美国普惠PW1100G发动机的拖累之下了。

装PW1100G的A320neo于2016年1月投入营运以来,截至2018年初,已有18家航空公司113架在营运,积累飞行小時达50万,发动机性能还是比较好,其每座燃油消耗量比A320原型所用发动机约降低15%,氮氧化物排放比排放标准诚少50%,噪声降低了75%

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6. 结朿语

普惠公司“改变游戏规则”的新款齿轮传动涡轮风扇发动机GTF,其性能的确比其上一代发动机要好很多,这也是多款新型客机采用它的原因。但是,其可靠性却不尽人意,从开始服役起,就故障不断发生,仅印度靛蓝航空公司一家,在一年半时间内就换发67次,平均每周一次,创造了航空史上的奇闻。

因此,在研制新型发动机时,不能单纯追求性能,而要性能、可靠性与可维修性三性并重,这是上世纪美国普惠公司在研制第三代战斗机用F100发动机过程中决得重大成果,也为以后军、民用发动机研制时必须遵循的规则,这也是我们国家在研制新发动机时应遵循的。

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综观GTF发动机出现的故障,都是由一些所谓的小问题引起的,普惠公司是世界3大航空发动机公司之一,从军用发动机到民用发动机研制过多型,设计经验、使用经验与排故经验都比较丰富,按道理不会在GTF研制中出现这些小问题。

由此可以得出航空发动机中,沒有大问题与小问题之分,任何会引起发动机性能或可靠性的问题,都得认真对待,从严处理,这也是我们从GTF发生的故障中得到的经验。

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