757飞机发动机一例航线喘振故障浅析

757飞机发动机一例航线喘振故障浅析

摘要:针对757飞机发动机出现喘振故障,在检查中分析喘振原理,并根据故障实际情况,排除非根本性原因,找出核心原由是由伺服控制气路泄漏导致活,最终排除故障。

关键词:发动机喘振757航班故障

2010年12月的一天,我在执行航班放行工作时,登机检查发现EICAS有“RENG SURGE BITE”维护信息,机组反映飞机降落时靠近右侧机翼旅客听到较大放炮声,结合地面检查中风扇进口叶片发黑,末级涡轮叶片高温烧蚀现象,初步判断右发发生喘振。本次航班是该公司的757-200型飞机28XX执行任务,大家都知道目前我国国内运营的757飞机中除了安装PW2037以外,大部分在翼型号都是RB211中的535E4发动机。

我们一边把故障信息第一时间报告给MCC,一边根据故障隔离程序做故障测试。打开右发包皮,分别在BVCU(位于右侧2点钟)及TPU(位于左侧10点钟)上进行测试,得到测试结果BVCU:CC AA F0 04 ED;TPU:CC AA F0 40 ED。由于代码显示的故障有可能为组件本身,有可能为鸟击及外来物导致的损伤引起,而且不能确定发动机有无损伤。在我们将情况及机组描述反馈回公司基地后,公司决定派工程部专人带件排故。

发动机压气机喘振是气流沿压气机轴线方向发生的低频率、高振

幅的振荡现象。喘振时出现的现象一般是以下几种:发动机的声音由尖哨转变为低沉;发动机的振动加大;压气机出口总压和流量波动幅度大;转速不稳定,推力突然下降并伴有大幅度的波动;发动机的排气温度升高,出现超温现象;严重时会出现放炮,气流中断而发生熄火停车。而反推力装置若使用不当, 也会造成超温;当飞机以低速滑跑时,反推力装置仍在工作,容易造成排出的燃气又重新被吸入发动机,从而造成喘振。喘振只是一种表象,它的成因主要是气流分离,或者更确切的说是附面层分离(boundary layer separation )。

喘振的根本原因是由于气流攻角过大,导致气流在大多数叶片的叶背处发生分离。其物理过程是:空气流量下降,气流攻角增加,当流量减少到一定程度时,流入动叶的气流攻角会大于设计值,于是在动叶叶背出现气流分离,流量下降越多,分离区扩展越大,当分离区扩展到整个压气机叶栅通道时,压气机叶栅会完全失去扩压能力。这时,动叶失去将气流压向后方的能力,无法克服后方较强的反压,于是,流量急剧下降。而且,当动叶叶栅失去扩压能力,后面的高压气体也许会通过分离的叶栅通道倒流至压气机的前方,或者因叶栅通道堵塞,气流瞬时中断。倒流产生的后果是压气机后面的反压降得很低,整个压气机流路在这一瞬间就变得“畅通无阻”, 而且由于压气机仍保持着原来的转速,于是,瞬时大量气流被重新吸入压气机,压气机恢复“正常”流动,继续进行工作,而流入动叶的气流由负攻角很快增加到设计值,压气机后面也筑起了高压气流,这是喘振过程中气流的重新吸入状态。然而,由于发生喘振的流路条件未变,因此,随着压气机后面反压的不断升高,压气

机流量又开始减小,直到分离区扩展至整个叶栅通道,叶栅再次失去扩压能力,压气机后面的高压气体再次向前倒流或瞬时中断。整个过程又开始回返往复进行。

基于喘振对发动机的工作所造成的危害,燃气涡轮压气机在设计时通过改变设计点的气动参数来防喘,其方法有三种:压气机中间级放气;可调导向叶片和整流叶片;双转子或三转子。

RB211-535E4 发动机采取的防喘措施是:三转子和压气机中间级放气。它的压气机放气控制系统有6个放气活门:高压2级1个、高压3级2个、中压6级3个。放气活门控制组件(BVCU)接收N2、T2、PLA和高度电门的信号控制放气活门的开关。BVCU中的减速探测装置(DDU)监控N2,当N2迅速下降,DDU打开两个HP3放气活门提供辅助的喘振保护。当瞬时压力组件(TPU)探测到喘振时,发送控制信号改变BVCU程序,提供高能点火,控制瞬时燃油组件减少供油,帮助发动机恢复到正常状态。

经过排故组连夜奋战,又是孔探,又是换件,排除了BVCU及TPU 本身故障,线路也没有问题,最后试车时听到有漏气声,检查发现中压级放气活门左侧电磁阀上的压气机引气控制空气管接头松动,重新对管路紧固后试车正常。

RB211-535E4发动机中压压气机放气活门系统包括三个放气活门和两个电磁阀。放气活门安装在中压压气机上:两个在右侧,一个在

左侧。电磁阀安装在分离整流罩两侧,右侧的电磁阀控制右侧的两个放气活门,左侧的电磁阀控制左侧的一个放气活门。中压放气活门是电控气动式的,它包括一个弹簧加载的筒型活门和活塞组件,活门上腔通过活塞上的孔与IP6空气相通。下腔通过对应的中压电磁阀与高压伺服空气相通。活门的位置由对应的中压电磁阀来控制。中压电磁阀包括两个线圈和一个弹簧加载的活门组件,其中包括两个管接头和一个通气口。一个管接头连接到HP3空气总管,另一个管接头连接到放气活门的下腔。当发动机工作时,如果中压电磁阀断电,则伺服通气口关闭,HP3空气顶开弹簧加载的活塞,通过控制气路进入放气活门下腔,放气活门打开;如果中压电磁阀通电作动,伺服通气口打开,HP3空气通大气,放气活门关闭。

由于上述伺服控制气路泄漏,从而影响气路的压力,导致活门控制不一致,最后产生喘振。

BVCU:BLEED V ALVE CONTROL UNIT引气活门控制组件

TPU:TRANSIENT PRESSURE UNIT 瞬时压力组件

参考文献

[1] 757AMM手册、FIM手册.