謝福

摘 要：發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)非常重要的一個(gè)系統(tǒng)，在使用過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些故障，影響航班的正常運(yùn)營，因此研究發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)故障原因是非常有必要的。本文以波音 737NG（CFM56-7B）為例，從原理入手，進(jìn)行分析，并總結(jié)在實(shí)際工作中所遇到的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)慢故障，具有較強(qiáng)的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)；故障分析；737NG

1 引言

2012年5月7日，某航空公司推出啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，雙發(fā)N2轉(zhuǎn)速達(dá)到21%后上升緩慢，機(jī)組正常提手柄，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功，機(jī)組觀察發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中APU引氣壓力25 psi左右。航后雙發(fā)EEC自檢無故障代碼，APU自檢無當(dāng)前故障[1]。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)原理

737NG飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程如下：將啟動(dòng)電門置于GROUND位，啟動(dòng)活門打開使來自APU的引氣通過并使啟動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓轉(zhuǎn)子（N2轉(zhuǎn)子）加速。與此同時(shí)高壓轉(zhuǎn)子（N1轉(zhuǎn)子）也跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)速上升。當(dāng)觀察到N2轉(zhuǎn)速上升到25%以上，或者N2轉(zhuǎn)速達(dá)不到25%以上時(shí)，N2轉(zhuǎn)速到達(dá)其最大冷轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（指的是N2在5秒之內(nèi)的上升小于5%）時(shí)，將發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)手柄上提至慢車位。EEC將控制點(diǎn)火并供油，當(dāng)燃燒室點(diǎn)火成功后，渦輪發(fā)出功率將于啟動(dòng)機(jī)一起帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升。當(dāng)N2轉(zhuǎn)速達(dá)到55%時(shí)，啟動(dòng)機(jī)自動(dòng)脫開，啟動(dòng)活門關(guān)閉，啟動(dòng)機(jī)慢慢停轉(zhuǎn)。自此以后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的加速僅是由于渦輪產(chǎn)生的功率大于壓氣機(jī)所消耗的功率，它將帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，直到發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作在慢車轉(zhuǎn)速[2]。

3 故障分析

發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)慢故障可分為兩種：

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)冷轉(zhuǎn)慢（提起動(dòng)手柄前N2轉(zhuǎn)速上升緩慢）；

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)懸掛（提起動(dòng)手柄之后N2轉(zhuǎn)速上升緩慢）[3]。造成發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)不正常的部件和系統(tǒng)有：

1）起動(dòng)機(jī)及起動(dòng)活門；

2）發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴；

3）發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油泵、HMU、PS3氣管、翼梁活門、VSV及VBV系統(tǒng)；

4）發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)；

5）APU引氣系統(tǒng)；

6）引氣管路。

案例屬于雙發(fā)起動(dòng)慢中的第一種情況，因?yàn)楣收蠟殡p發(fā)冷轉(zhuǎn)慢，雙發(fā)中的起動(dòng)、燃油、點(diǎn)火系統(tǒng)同時(shí)發(fā)生故障的概率很少，所以故暫不考慮發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)不正常前三個(gè)因素，重點(diǎn)分析APU引氣系統(tǒng)與引氣管路滲漏故障。當(dāng)APU提供給發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)系統(tǒng)的引氣壓力低時(shí)，起動(dòng)機(jī)獲得的熱能較少，轉(zhuǎn)換提供給N2轉(zhuǎn)子的動(dòng)能變少，因此N2加速速率變低，形成冷轉(zhuǎn)慢的故障[4]。

3.1 APU引氣系統(tǒng)引起的雙發(fā)冷轉(zhuǎn)慢故障

根據(jù)APU引氣系統(tǒng)工作原理，影響APU引氣的因素：引氣活門、IGV控制系統(tǒng)、防喘放氣活門系統(tǒng)、APU本體。

737NG飛機(jī)的APU引氣活門不會(huì)調(diào)節(jié)APU的引氣壓力， APU引氣活門只起開關(guān)作用。當(dāng)APU引氣活門開度不夠時(shí)，無論是在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)還是使用空調(diào)下APU引氣壓力都低，可以檢查該活門本體的位置指示器確定活門是否開度是否正常。

因?yàn)锳PU引氣壓力低的故障只發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，而在地面使用空調(diào)時(shí)APU引氣壓力正常，且APU自檢無APU引氣活門、PT、DP或P2故障代碼，所以我們可以判斷APU引氣活門工作正常。

對(duì)APU引氣壓力起真正調(diào)節(jié)作用的只有IGV（即APU的IGV開度決定APU的引氣壓力）。當(dāng)IGV的實(shí)際位置與ECU計(jì)算的指令不一致時(shí)，即 IGV的開度不夠，流過負(fù)載壓氣機(jī)的空氣流量不足，負(fù)載壓氣機(jī)對(duì)氣體做功量不足以滿足引氣量需求，尤其是在起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)。流過負(fù)載壓氣機(jī)的空氣流量越多，負(fù)載壓氣機(jī)對(duì)氣體做功量越大，APU引氣壓力越大；流過負(fù)載壓氣機(jī)的空氣流量越小，負(fù)載壓氣機(jī)對(duì)氣體做功量也越小，APU引氣壓力也越小。IGV的開度不夠會(huì)導(dǎo)致APU引氣壓力低，而且根據(jù)波音的維護(hù)信函：件號(hào)為3886188-2 IGV作動(dòng)筒可靠性不高，容易發(fā)生故障導(dǎo)致冷轉(zhuǎn)慢故障。

APU引氣負(fù)載影響APU發(fā)動(dòng)機(jī)的供油量：APU的IGV開度變化時(shí)，流過負(fù)載壓氣機(jī)的空氣流量也就改變，渦輪對(duì)負(fù)載壓氣機(jī)的輸出功率也要求隨之改變。根據(jù)APU燃油控制系統(tǒng)和IGV之間的關(guān)系，如果IGV在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間角度不夠，會(huì)有燃油流量變小的問題。燃油調(diào)節(jié)系統(tǒng)供給IGV作動(dòng)筒的控制壓力故障也會(huì)導(dǎo)致IGV開度不夠，但從737NG機(jī)隊(duì)APU燃調(diào)的可靠性分析燃調(diào)故障可能性較小。

當(dāng)PT、DP或P2有故障（不能提供壓力信號(hào)或提供的壓力信號(hào)不正確）時(shí)，會(huì)導(dǎo)影響IGV的開度，繼而影響APU引氣壓力，造成APU引氣壓力波動(dòng)。總壓PT和壓差DP傳感器管路容易堵塞和受到水汽的影響，造成APU引氣壓力波動(dòng)或時(shí)有時(shí)無的故障，且在自檢時(shí)可能無故障代碼?？梢酝ㄟ^清潔總壓PT和壓差DP傳感器，吹通傳感器管路能解決該故障。

根據(jù)APU防喘放氣活門的工作原理，防喘放氣活門的放氣量會(huì)影響APU的引氣壓力。ECU根據(jù)IGV的位置， APU進(jìn)氣道的進(jìn)氣壓力P2、進(jìn)氣溫度T2，負(fù)載壓氣機(jī)出口的總壓PT和壓差DP傳感器完成對(duì)喘振放氣活門SCV的控制?？倝篜T和壓差DP傳感器、進(jìn)氣壓力P2、進(jìn)氣溫度T2都會(huì)影響SCV的開度。

APU本體故障導(dǎo)致引氣壓力低：主要是APU的渦輪葉片可靠性不高。渦輪葉片有損傷或移位都會(huì)導(dǎo)致渦輪葉片效率降低，需要增加更多的燃油流量來滿足APU工作的要求，如果是由于APU本體故障導(dǎo)致APU引氣壓力低，那么APU的燃油流量和EGT都會(huì)偏高（尤其在起動(dòng)大發(fā)時(shí)），可以通過譯碼、狀態(tài)監(jiān)控和對(duì)APU本體進(jìn)行孔探檢查。當(dāng)APU本體故障時(shí)不管是在起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)還是使用空調(diào)下，APU引氣壓力都會(huì)低。

3.2 引氣管路漏氣導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)冷轉(zhuǎn)慢

737NG飛機(jī)引氣管路破損泄露導(dǎo)致的管道壓力低故障極少，常見導(dǎo)致引氣壓力低的故障為空調(diào)組件活門非指令性打開。組件活門（流量控制和關(guān)斷活門）是一個(gè)電控氣動(dòng)的活門，管道中無壓力時(shí)，彈簧力使活門保持在關(guān)位。查詢南航可靠性中心，由于空調(diào)組件活門非指令性打開導(dǎo)致的冷轉(zhuǎn)慢故障就有8起，占起動(dòng)不正常較大的比例。endprint

根據(jù)機(jī)組檢查單，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)前都要將空調(diào)組件電門放到OFF位，隔離活門在自動(dòng)位。此時(shí)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，如果某一空調(diào)組件活門不在關(guān)閉位，空調(diào)組件繼續(xù)工作，為客艙或者駕駛艙提供調(diào)節(jié)的空氣，將導(dǎo)致引氣管路中的壓力不足，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)冷轉(zhuǎn)慢或起動(dòng)不成功。

當(dāng)發(fā)生雙發(fā)冷轉(zhuǎn)慢，伴隨APU引氣壓力低。根據(jù)現(xiàn)有的排故經(jīng)驗(yàn)，在按照FIM手冊(cè)排故的同時(shí)，對(duì)發(fā)生故障的航段進(jìn)行譯碼，觀察當(dāng)時(shí)組件電門位置是否與活門位置一致。對(duì)故障航段譯碼時(shí)發(fā)現(xiàn)右組件電門放在OFF位，而右組件活門在ON位，如圖1。

發(fā)生冷轉(zhuǎn)慢故障可能伴隨著的另一個(gè)故障現(xiàn)象：機(jī)組反應(yīng)時(shí)駕駛艙或客艙有燃油味，起動(dòng)結(jié)束后燃油味消失，尤其在起動(dòng)右發(fā)時(shí)。廣西分公司和鄭州分公司各出現(xiàn)過幾起發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)客艙有燃油味的故障報(bào)告。這種情況基本上可以判斷為某一空調(diào)組件活門非指令性打開，原因是發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)帶有燃油味的尾氣被機(jī)尾右后側(cè)的APU進(jìn)氣口吸入，進(jìn)入負(fù)載壓氣機(jī)和引氣管道，此時(shí)某一組件活門沒有關(guān)，混有燃油的空氣從空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)入駕駛艙或客艙。

當(dāng)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)冷轉(zhuǎn)慢故障時(shí)，建議檢查氣源系統(tǒng)是否有滲漏。重點(diǎn)檢查空調(diào)組件活門（起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)組件活門在開位等同于氣源系統(tǒng)滲漏）、APU氣路上的單向活門、地面氣源接頭和單向活門、隔離活門。

4 總結(jié)

當(dāng)雙發(fā)冷轉(zhuǎn)慢時(shí)，根據(jù)現(xiàn)有的排故經(jīng)驗(yàn)，并按照FIM[5]手冊(cè)排故的同時(shí)，應(yīng)該還注意以下要點(diǎn)：

（1）自檢APU，查看有無當(dāng)前、歷史故障代碼，維護(hù)歷史故障信息。APU的當(dāng)前和歷史故障信息，與發(fā)動(dòng)機(jī)的故障代碼不一樣，是當(dāng)有導(dǎo)致APU停車的故障時(shí)才會(huì)記錄，其他的一般故障信息，例如APU引氣壓力低等故障，將記錄在維護(hù)歷史內(nèi)，因此，除了要查詢當(dāng)前和歷史故障信息之外，還要查詢維護(hù)歷史的信息。

（2）對(duì)發(fā)生故障的航段進(jìn)行譯碼，檢查起動(dòng)時(shí)左右組件活門位置是否與組件電門位置一致。建議檢查氣源系統(tǒng)是否有滲漏，重點(diǎn)檢查空調(diào)組件活門、APU氣路上的單向活門、地面氣源接頭和單向活門、隔離活門。檢查雙發(fā)PRSOV是否在關(guān)位；使用引氣測(cè)試工具檢查雙發(fā)高。

參考文獻(xiàn)：

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[5]波音公司.波音737NG飛機(jī)故障隔離手冊(cè)[K].第54版（R54），2014.endprint