基于QAR數(shù)據(jù)的民航發(fā)動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)通常為可擦寫光盤或PCMCIA卡，記錄時間可達數(shù)百小時，記錄參數(shù)涵蓋絕大部分飛行品質(zhì)監(jiān)控數(shù)據(jù)。飛機航后維護時，機務工程師對QAR記錄的原始二進制數(shù)據(jù)進行譯碼，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)控數(shù)據(jù)的真實還原。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多個模擬量，以及發(fā)動機引氣、發(fā)動機火警、GPWS告警、防冰活門、起落架收放等200多個開關量，這些參數(shù)反映飛機運行過程中各種變化情況和性能狀態(tài)，對監(jiān)控操縱細節(jié)、保障飛行安全、提高運營效率起到了科學有效的保障作用。
QAR數(shù)據(jù)是飛行技術檢查、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)對飛機發(fā)動機故障進行準確有效的排故，一直是機務工程師不斷摸索、總結的重要經(jīng)驗。本文根據(jù)在長期工作實踐中總結出的經(jīng)驗，提出利用發(fā)動機相關QAR數(shù)據(jù)的分析，準確地進行發(fā)動機疑難故障診斷，從而有效排除發(fā)動機故障的方法。重點研究對CFM56發(fā)動機的常見故障進行排故。
2發(fā)動機轉(zhuǎn)子高振動值排故方法
CFM56發(fā)動機是雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機，由低壓轉(zhuǎn)子N1和高壓轉(zhuǎn)子N2組成。AVM(AirborneVibrator Monitor，機載振動監(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)值以及相對應的轉(zhuǎn)速等參數(shù)。根據(jù)MM ( Maintenance manual)手冊要求，CFM56發(fā)動機通常情況下高、低壓轉(zhuǎn)子振動值超過3.0個單位則必須要求排故，檢查確定不會導致二次損失后方能放行。若超過4.0個單位，則飛機無法放行。發(fā)動機在正常狀態(tài)下高、低壓轉(zhuǎn)子的振動一般不會超過1.0個單位。為了保障航班正常運營，發(fā)動機的振動值達到2.5個單位以上，應采取相應的糾正措施。
2.1指示系統(tǒng)故障排故方法
當發(fā)動機出現(xiàn)振動值高的情況時，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，導致發(fā)動機振動指示值較高。指示系統(tǒng)故障，QAR數(shù)據(jù)顯示為:發(fā)動機振動值高是在不同轉(zhuǎn)速、不同飛行階段隨機出現(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的電氣接頭連接緊密性，線路完好性。如果確認與電氣接頭無關，則有可能是AVM內(nèi)部問題，相應考慮對串或者更換AVM，然后再試車檢查故障是否排除。實際排故當中，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飛機分別裝配的是CFM56-3C和CFM56-7B發(fā)動機。發(fā)動機在長期使用過程中，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，從而導致發(fā)動機轉(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，則應先對發(fā)動機進行目視檢查，檢查風扇葉片，進口導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。在以上檢查結果都完好的情況下，最后進行風扇葉片配平和葉片潤滑來減少振動值。可通過風扇葉片配平和葉片潤滑來減小振動值，通常可降低至1.0個單位以下。
若是低壓轉(zhuǎn)子振動較高時，航線上沒有相應的措施以降低振動值，但可對發(fā)動機高壓級進行孔探或者進行磁堵檢測，以確認發(fā)動機無內(nèi)部損失，在確認發(fā)動機無內(nèi)部損傷后，可以繼續(xù)監(jiān)控使用，直至發(fā)動機被安排更換。
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。為避免飛機運行延誤，確保正點率，啟動階段EGT若超過700攝氏度并持續(xù)出現(xiàn)時，應采取相應的維護措施。CFM56-3B發(fā)動機啟動階段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)動機控制)內(nèi)部磨損導致發(fā)動機富油。
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。當發(fā)動機啟動階段EGT有超過700攝氏度的記錄時，通過查看QAR數(shù)據(jù)包含的幾個EGT較高航段對應的FF，F(xiàn)F通常不會高于1100 lbs，這種情況主要對VSV進行靜態(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偏離不嚴重，在不影響放行時，可先進行高低慢車性能調(diào)節(jié)，使發(fā)動機在MM手冊要求范圍內(nèi)繼續(xù)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(tǒng)故障;(2)油路和氣路控制系統(tǒng)故障;(3)發(fā)動機性能衰退，高壓級工作效率低。根據(jù)QAR記錄的數(shù)據(jù)分析，可以相對容易準確地判斷導致爬升階段EGT升高的'原因。CFM56發(fā)動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910攝氏度和920攝氏度時，應引起關注，對發(fā)動機進行密切監(jiān)控和視情采取措施。
3.2.1 EGT指示系統(tǒng)故障
當爬升階段EGT升高時，地面維護人員可收集最近階段該發(fā)動機執(zhí)飛時不同航段的QAR數(shù)據(jù)進行分析。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，以查找相應的電氣接頭進行清潔或更換。
3.2.2發(fā)動機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)動機的油路或氣路控制系統(tǒng)可能存在故障。排故時，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，對于CFM56-3C發(fā)動機，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，VBV馬達或作動器失效導致VBV門無法動作等。
3.2.3發(fā)動機性能衰退
隨著發(fā)動機服役時間的增加，發(fā)動機性能勢必呈現(xiàn)出衰退趨勢，從而導致爬升或巡航階段EGT升高。結合QAR數(shù)據(jù)，由發(fā)動機性能衰退引起的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，高EGT值通常在每天首次起飛或者在高原機場、高溫天氣下，飛機處于接近滿載狀態(tài)，或無減推力等情況出現(xiàn)時。此時應查看發(fā)動機性能報告，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)動機總體性能已下降。航線上可通過清洗發(fā)動機涵道，增加每天第一個航班的暖車時間，對飛機限飛高原機場，要求機組盡量使用減推力等，以延長發(fā)動機的在翼使用時間。
4利用QAR數(shù)據(jù)排故的注意事項
利用QAR記錄的大量關于飛行品質(zhì)和狀態(tài)的監(jiān)控數(shù)據(jù)，能夠準確反映發(fā)動機參數(shù)的關聯(lián)性，再現(xiàn)故障形式，確定故障特征，幫助機務工程師快速準確地排除故障。但也對機務工程部門和機務工程師提出了更高要求。對于機務工程部門而言，首先需要嚴格、高效、全程地收集、管理QAR譯碼數(shù)據(jù)，加強QAR系統(tǒng)維護，確保其能夠可靠工作，并且能夠承擔起數(shù)據(jù)對比和分析的任務，為機務人員排故提供有力的技術支撐。同時機務工程師不僅要對飛機運行系統(tǒng)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(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，會影響故障分析進程，所以應結合數(shù)據(jù)采集組件和飛機系統(tǒng)結構來確定參數(shù)。
(2)分析、對比QAR數(shù)據(jù)時，應注意參數(shù)的時間間隔。應選取能體現(xiàn)飛機前后運行狀態(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。機務人員應結合發(fā)動機實際狀態(tài)、運行環(huán)境、飛行時間等對數(shù)據(jù)進行鑒別，確保數(shù)據(jù)的有效性。
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