網站首頁 購買飛機 二手飛機 飛機導購 航校報名 飛行學院 飛機圖庫 深度報道 業界新聞 專題匯總 私人飛機論壇
賽斯納龐巴迪

飛行時發動機故障的判斷分析

私人飛機網 更新時間:2020-06-03 11:44:39 來源: 字號:

  航空發動機是航空器的動力裝置,為其提供飛行推力,被譽為飛機的心臟。在服役過程中,由于不斷的啟動、關停,以及各種飛行需求,各個部件都承受著復雜的循環載荷。盡管隨著制造工藝和維護水平的提高,發動機的可靠性越來越強,但空中停車的情況還是偶有發生。在60年代,平均每年每臺發動機失效一次。在今天,平均每臺發動機每30年失效一次。這意味著很多現在開始職業生涯的飛行員可能很難機會親歷發動機失效的情況。

  盡管發動機的可靠性顯著提高,但當發動機失效后,由于機組處理不當所導致的事故數量卻沒有明顯變化。這也是我們飛行員需要研究的課題。模擬機訓練極大的提高了飛行員處理特情的能力,但是它無法說明所有故障特征,而且有的故障不易識別(如探測系統出現問題)。這令很多飛行員在決斷的選擇上十分糾結。本文就航班運行中發動機故障的判斷與處置展開探討。

  一、發動機火警

  發動機火警可以發生在飛行的任何階段,包括空中和地面。發動機火警一般發生在短艙內,但在發動機核心和氣道之外,故而稱之為外部火警。通常由以下原因導致:1.泄露?扇家后w遇到高溫發動機部件被點燃?扇家后w包括:燃油(自動燃點230℃);滑油(自動燃點260℃;液壓液體(自動燃點450℃)。2.管道開裂(例如發動機轉動部件開裂)。3.燃燒室開裂(會導致火舌式火焰)。

  由于有專門的探測環路和鈴聲警告,這種故障容易被識別。但是不幸的是,機組人員將看不到,聽不到也聞不到發動機起火。這使得飛行員失去了其他參照的對照,有時難以做出最佳決斷。

  有時油門收在慢車位,火警信號會消失。這說明是可能是由于高溫氣體吹在火警探測環路上。例如熱引起管道開裂。發動機低功率工作時,進氣量減小,火警信號消失。這說明發動機并未著火。發動機火警探測是基于放置在發動機和吊架敏感區域內的溫度傳感器(環路)工作的。如圖2。不同型號的發動機特性不同,放置的位置也不同。單側環路故障也會引起火警警報。這經常發生在剛剛做完維護的發動機上。準確判斷火警警告指示,可以避免不必要的發動機空中關車。

  一般情況下,如果確定判斷確實存在火警,需要在第一時間進行發動機關停和拔出滅火手柄,這可以迅速切斷發動機的供油,進氣,點火。無論何時發生火警,控制飛機狀態是最重要的。經過證實,即使在離地后立即出現火警,飛機也有足夠的時間爬升到安全高度(公司規定滅火高度為400英尺以上)。著火的破壞性會時間的流失而增強,長時間的燃燒可導致滅火時間增長甚至滅不了火(如滅火器線路燒斷),后果是毀滅性的。滅火是一個與時間賽跑的過程,需要在控制好飛行狀態的前提下盡可能快的滅火。滅火后不要嘗試重新啟動發動機,那可能導致復燃。

  二、發動機尾管噴火

  這是由于發動機內部燃油積壓,在啟動或關車時,積壓的燃油從尾噴管噴出,然后被點燃。發動機的尾部會形成一道十幾米長的火焰,場面十分壯觀。由于其發生在設計溫度很高(1000-1200℃)的那一部分內,所以對發動機影響不大。但它有可能對飛機本身產生影響(如損壞襟翼)。由于發生區域位于氣道內部,通常稱之為內部火警。

  這個特情無法在模擬機訓練中表達,所以機組可能接觸較少。尾管噴火僅發動在地面發動機啟動火關車期間。由于駕駛艙沒有任何警告,這個特情的判斷需要依靠機務人員、乘務員或ATC的報告。由于尾管噴火伴隨大量火焰,他們可能會匯報為發動機著火。若駕駛艙沒有火警指示,不要按照火警檢查單處置。而且滅火劑噴射區域位于發動機整流罩與核心之間,執行火警檢查單并釋放滅火瓶對該故障沒有任何效果。如圖3。尾管噴火檢查單中的很多程序在其他發動機失效檢查單中不存在,準確判斷將幫助發動機盡快冷轉滅火。

  三、發動機喘振/失速

  當壓氣機轉速一定時,由于某種原因壓氣機的空氣流量減少,導致工作葉輪進口處絕對速度在發動機軸線方向上的分量下降,氣流在葉背處發生分離。這種發生在葉背上的現象叫做失速。如果失速葉片過多,會導致壓氣機喘振。

  通常意義上,發動機喘振上說的是壓氣機喘振。喘振是氣流沿壓氣機軸線方向發生的低頻率,高振幅的震蕩現象。壓氣機喘振根本原因是氣流分離。這種分離是由于壓氣機工作狀態嚴重偏離了設計工作狀態所引起的。以下幾種情況會導致發動機喘振:1.發動機性能降低(如壓氣機葉片開裂或高度磨損)2.吸入異物(如鳥類)或冰3.引起系統故障4.發動機控制故障(燃油控制或喘振保護裝置)。

  如果在大馬力起飛功率下發生壓氣機喘振,模擬機訓練中我們聽到的嘭嘭聲不足以說明聲音的巨大。曾經經歷過此種情況的機組在報告中說,那聲音好像是有人在他旁邊開了一槍。這容易造成機組慌亂,誤認為是輪胎爆破或者是炸彈爆炸。航班中的這類事件顯示出,機組容易對發動機喘振錯誤判斷導致V1以上中斷起飛,沖出跑道造成飛機損壞,乘客受傷甚至死亡。實際上,那僅僅是一聲巨響而已。

  根據壓氣機的不同故障,發動機喘振分為以下幾種情況:1.單次可自我恢復。機組人員可能聽到一聲或兩聲巨響,發動機參數迅速波動。通常在幾分之一秒之內,儀表指示就會恢復正常,難以通過觀察儀表指示來判斷。2.多次可自我恢復。根據不同原因和條件,喘振會發生多次,每次間隔2-3秒鐘,然后指示恢復正常。在此期間會伴隨EGT的上升。3.機組處置后喘振停止。機組人員會觀察到發動機參數連續幾次波動。油門桿收回會,參數指示與油門位置相匹配。單如果重新前推油門到高功率,喘振再次發生。在此種狀況下,如機組不及時處理,喘振會持續,直至發動機失效。4.機組處理后不可恢復。這將會有一次單一的爆破聲。伴隨巨響,發動機減速到零功率,就像不供油一樣。這通常意味著發動機嚴重損壞。油門收回慢車后,EGT還將以15℃/秒的速度上升,持續8秒左右,然后回落;N1,N2指示與油門位置一致;燃油流量在2秒內下降到喘振前的25%,在接下來的6秒內繼續降至10%。

  單次可恢復的喘振導致發動機損壞可能性很小。多次持續喘振會損壞壓氣機葉片。造成壓氣機效率降低,進入燃燒室氣體體積增加,這將導致過量燃油供給。燃燒室冷卻區無法保證空氣在到達渦輪前充分冷卻,造成EGT超限,渦輪葉片工作在超溫狀態。單次不可恢復的喘振說明壓氣機葉片可能折斷,需盡快關斷以避免進一步惡化。

  四、發動機熄火

  熄火意味著伴隨著發動機的轉速和EGT的下降,燃燒室內的燃燒過程停止。造成發動機熄火的原因多種多樣。比如燃油缺乏,遭遇火山灰,大雨/冰雹/結冰,發動機喘振失速等等。發動機熄火會導致多個駕駛艙指示異常,比如電氣系統和液壓系統。在發動機熄火后的一段時間內,由于失效發仍在風轉,轉速不會低于慢車,液壓低壓燈不會亮;如這時油門處于慢車位,飛機滾轉不明顯,機組可能誤判為電氣系統故障而不是發動機失效。建議當出現電氣系統故障指示時先關注一下發動機參數,畢竟飛機動力才是最重要的。

  大約有10%的熄火發動在起飛階段。在中低功率設定下,熄火發生最頻繁,如巡航和下降。這時很可能是在使用自動駕駛儀飛行。自動駕駛儀將在最大限度的彌補推力不對稱后斷開(假定接通的是工作發的自動駕駛儀)。這意味著機組需要一個較大的桿力才能控制住飛機狀態。如果沒有目視參考,如跨洋,夜間,云中飛行,飛機失控的可能性增加。國外已經發生了數次在低功率下發動機熄火,由于機組操作不當導致事故的案例。

  五、發動機嚴重損壞/分離

  發動機嚴重損壞意味著硬件已經損壞,發動機無法正常運轉。例如軸承故障,異物吸入損壞風扇葉片,轉子盤故障等等。判斷發動機嚴重損壞的界限難以界定。發動機生產廠商認為:出現明顯破損(如出現大洞或部分缺失)且移動油門桿無反應,可判定為發動機嚴重損壞。

  發動機嚴重損壞會伴隨有其他狀況。如火警(熱引氣泄漏)或喘振?赡軙幸宦暰揄,N1,N2,燃油流量會下降,EGT短時上升,發動機迅速失去推力。其特點類似于第三部分所說的不可恢復的喘振。

  發動機分離極為罕見。通常發生在起飛爬升階段或著陸滑跑過程中。受影響一側發動機主要和次要參數指示全部消失。在高功率情況下出現時,飛機滾轉明顯。盡快抵舵壓盤控制飛機狀態,改平坡度。拔出受影響發動機的滅火手柄,這將最快速的關閉翼梁燃油活門防止大規模燃油泄漏。

  六、發動機極限

  發動機極限分為發動機超轉和EGT超限。

  發動機超轉時,一方面渦輪葉片離心力過大,渦輪葉片容易失效;同時,發動機處于超壓狀態,超出了發動機強度,直接威脅發動機安全。

  目前高涵道渦扇發動機,無論是渦輪部件還是風扇,都有包容環外罩,能保護葉片斷裂后,防止葉片飛出打壞飛機部件。所以,若因使用或發動機故障引起的風扇轉子超轉,將使用風扇轉子負荷過重,轉子容易斷裂,進而使低壓渦輪失去負荷,進一步加劇N1超轉。低壓渦輪或風扇轉子一旦飛出,后果將是毀滅性的。此時適當收小油門,使轉速穩定。

  EGT是影響渦輪安全工作的最主要參數。EGT紅線是唯一可以偶爾超過而發動機不會故障的紅線。

  由于發動機的熱能慣性,EGT在起飛滑跑馬上要離地或剛剛離地時達到峰值。最大允許的EGT(紅線)和起飛中的EGT峰值之間的差值(TO/GA推力)叫做EGT裕度。實際飛行中,空氣中的沙塵等會隨氣流進入發動機,沉積到進氣道,壓氣機葉片,和發動機機匣等表面,引起積污。到一定程度時,將引起氣流分離加劇,壓氣機增壓效率降低。如要維持發動機產生的推力不變,則需要更多的燃油供給,導致EGT升高,裕度變小。如CFM56發動機,若壓氣機效率下降1%,EGT上升10℃,燃油消耗率上升0.6%。因此,EGT裕度也是監控發動機性能衰退的參數。

  發動機會在沒有故障的情況下超出EGT紅線,這時發動機繼續產生推力。因此如果機組注意到EGT在起飛滑跑中稍稍超出紅線,且較為穩定,可繼續起飛,將飛機建立在初始爬升航徑上再執行程序。落地后在飛行記錄本中報告,這說明發動機需要及時維護。

  EGT突然異常變化說明發動機故障。EGT高可能意味著:1.發動機喘振/失速2.尾管噴火3.發動機熄火。需要及時按照檢查單處置。

  七、發動機鎖死

  這里要提到一個誤區。高壓渦輪和高壓壓氣機相連,低壓渦輪和低壓壓氣機相連。保持架把軸承之間均勻隔開,以避免相互碰撞摩擦。高壓轉子轉軸和低壓轉子轉軸并沒有機械聯系,只有氣動聯系。高壓渦輪旋轉帶動高壓壓氣機葉片旋轉,吸入空氣。由于空氣沖擊,低壓壓氣機轉子旋轉,帶動低壓渦輪。所以發動機軸承之間不會由于滑油泄露等故障造成發動機鎖死。

  可能引起該故障的原因分別為:1.蓖齒式封嚴上下蓖齒接觸。這是由于發動機溫度升高,導致內部零部件膨脹,使蓖齒封嚴和蓖齒相接觸,導致轉子鎖死。2.壓氣機或渦輪中轉子和靜子相對鎖死。通常發生在發動機嚴重損壞空中關車后,飛機快速俯沖,由于沖壓空氣持續沖擊風扇,前,后葉片保持器損壞,轉子葉片發生位置移動,與靜子葉片(導向器)卡在一起。這意味渦輪和壓氣機大多數葉片被毀。這不是一個瞬間的過程:打破相對固定的靜子和轉子部件需要極大的能量。

  發動機鎖死會導致發動機震動,零轉速,輕度飛機偏航并可能有異常噪音(風扇轉子損壞)。在正常工作的發動機一側,由于燃油自動補償系統,燃油流量會有一定程度增加。如果沒有別的故障指示,不需要機組進行處置。

  在航班運行中會遇到的發動機故障不限于以上所述,但有些故障極少發生或是與其他系統有較大關聯,這里不一一贅述。

  下面是一個圖表,它給出了各種故障下有可能出現的狀況。

  在航班運行中,對于故障的處置分三步走。第一步:操控。使飛機處于正常飛行的安全包線內。第二部:判斷/處置。發現辨別故障,執行相關檢查單。第三部:決斷。評估航空器當前安全形勢,通知ATC,報告機組意圖。

  在任何情況下,控制飛機狀態都是第一位的。發動機已獲得極端條件下取證,為飛行員在重大發動機故障執行相關程序前,穩定飛機提供了足夠的反應時間。例如測試發動機鳥類吸入。根據FAR 33部要求,起飛推力下的發動機必須要能夠承受3.65KG的飛鳥撞擊而不會熄火,也必須能夠承受同時吸入幾只小鳥(大約1KG),而推力喪失不超過25%。同樣,發動機必須能夠在N1,N2,N3(如有)在紅線上時運行5分鐘。即使在火警狀態下,在執行相關程序前先穩定飛機航跡。雖然會導致發動機受損更嚴重,但發動機已取證,火警維持幾分鐘的情況下不會影響到飛機安全。在飛行關鍵階段千萬不要倉促關斷發動機。如果可能,保持發動機的繼續工作。航班運行經歷表明,當機組發現某些發動機參數(EGT,震動指數等)偏離了正常范圍,經常決定要預防性的關閉發動機。如果儀表分析不足夠,機組應該平穩移動推力手柄并檢查發動機參數是否異常變化,盡量保持發動機運轉,除非程序指令關車。參考盡量多的發動機指數將幫助機組更全面的了解故障。

  準確的判斷/處置是最困難也是最關鍵的一部,它直接影響著航空器的安全和機組的決斷。這也是本文所討論的內容。準確的識別發動機故障及判斷其可能后果是保證安全的關鍵。全動模擬機是訓練的收效工具,但無法準確反應全部故障。這就要求機組在航班運行中,對自己所飛機型各個系統有深入的了解,對故障的表征和誘發原因做到心中有數,對飛機的當前狀況有一個清晰的情景意識。航空公司可考慮在不同的訓練階段,采用逐級深入的方式,使用生產廠商或行業內部提供的各種文件,從原理上幫助機組深入了解發動機系統。這將加深機組對于檢查單和操作手冊程序的理解,提高航班生產安全系數。

  由于本文較多的參考了一些外文資料,如與公司標準飛行操作手冊有不一致之處,請以手冊為準。

    私人飛機網 www.184082.tw
    本文鏈接地址:飛行時發動機故障的判斷分析

熱門飛機

飛機駕照報名

免費領取飛行體驗
大家喜歡看的飛機
二手飛機
佳永配资