陳文棟

摘要：發(fā)動機振動故障對航班運行的影響較大。本文對GEnx-1B發(fā)動機振動的各種故障現(xiàn)象進行分析總結(jié)，工程師據(jù)此可以采取相應(yīng)的解決措施，快速準(zhǔn)確地對故障做出處理，以提高航班的運行效率。

關(guān)鍵詞：GEnx-1B發(fā)動機;振動;發(fā)動機監(jiān)控組件;配平

1發(fā)動機振動監(jiān)控原理

GEnx-1B發(fā)動機（波音787-8/9選裝）振動監(jiān)控系統(tǒng)主要用來顯示發(fā)動機的實時振動值，同時提供低壓轉(zhuǎn)子的配平方案。該系統(tǒng)包括發(fā)動機電子控制系統(tǒng)（EEC）、發(fā)動機監(jiān)控組件（EMU）、1號軸承振動傳感器、渦輪中央框架振動傳感器。其中，EMU是振動監(jiān)控系統(tǒng)的核心部件，所有振動傳感器都使用壓電石英晶體元件來感受發(fā)動機結(jié)構(gòu)的徑向變化。EMU以未經(jīng)濾波的寬帶格式接收來自振動傳感器的原始振動數(shù)據(jù)，經(jīng)過濾后計算出N1和N2轉(zhuǎn)子的振動值，最高的N1或N2振動值將顯示在發(fā)動機指示與機組警告系統(tǒng)（EICAS）的次級顯示器上。如果EMU對其接收的振動信號無法識別出振動源是來自N1還是N2，則以振動平均值BB來顯示。振動值正常的顯示數(shù)值為0～4.0，如果大于或等于4.0，則反白顯示。如果振動值超標(biāo)，EICAS顯示格式會發(fā)生相應(yīng)變化并伴隨維護信息的出現(xiàn)。高的N1振動指示一般伴隨著有感覺的振動，高的N2振動指示則無此現(xiàn)象。

發(fā)動機振動值是航空公司監(jiān)控發(fā)動機狀態(tài)的重要參數(shù)，工程師通過性能監(jiān)控軟件可以實時接收發(fā)動機性能參數(shù)，當(dāng)振動值超過預(yù)設(shè)值時（一級2.2、二級4.0），系統(tǒng)立即通過手機短信提示工程師，以便及時采取相應(yīng)措施進行故障處置。

2故障分析與排除

圖1所示為我公司的波音787-8/9 機隊2014～2018年GEnx-1B發(fā)動機振動故障原因分布，運行4年來，累計收到54起發(fā)動機振動故障報告，其中振動值大部分為超標(biāo)，少部分顯示空白。通過對故障的時空特性、表現(xiàn)形式、伴隨信息等多方面的綜合分析，得出導(dǎo)致發(fā)動機振動值高的主要原因是地面滑行顛簸，其他原因包括異常天氣、EMU瞬時故障、EMU內(nèi)部故障和發(fā)動機本體振動超標(biāo)，圖2給出了不同故障原因引發(fā)的發(fā)動機振動值變化。

2.1 地面滑行顛簸

波音787夢想飛機的主要材料是高強度低重量的復(fù)合材料，機翼重量輕，上反角較大。這一設(shè)計使得飛機在地面滑行時機翼更易受到顛簸而產(chǎn)生抖動，機翼吊架下的發(fā)動機隨之發(fā)生振動值波動。根據(jù)報文，航班運行時多次在北京首都機場地面滑行階段觸發(fā)高振動值，大部分都集中在Z2、Z3滑行線，由于地面不平整導(dǎo)致振動值在2.0～4.9之間波動，駕駛艙無明顯震感，發(fā)動機其他參數(shù)正常。飛機無超差記錄，無自動事件，無代碼。離開地面顛簸區(qū)域后，發(fā)動機振動值立即恢復(fù)正常，其他階段無異常。飛機?？繖C位后根據(jù)維護手冊完成雙發(fā)進排氣區(qū)域目視檢查，檢查正常，檢查風(fēng)扇葉片、進氣整流錐和填塊，均正常。

2.2 異常天氣

1） 結(jié)冰

787飛機在空中進入結(jié)冰區(qū)域時，防冰活門自動打開，根據(jù)結(jié)冰程度的不同，發(fā)動機振動值階躍上升并在2.5～4之間波動。飛機通過結(jié)冰區(qū)后，發(fā)動機振動值迅速恢復(fù)正常（一般小于1），客艙無明顯震感。地面的機務(wù)工程師可持續(xù)監(jiān)控發(fā)動機，只要振動值等發(fā)動機參數(shù)正常即可繼續(xù)執(zhí)行航班。為謹慎起見，機組應(yīng)按需通過衛(wèi)星電話與機務(wù)工程師溝通，確認是因為飛機經(jīng)過結(jié)冰區(qū)導(dǎo)致發(fā)動機振動值異常。飛機落地后檢查發(fā)動機無超差記錄，一般有維護信息77-11601（發(fā)動機高振動超限），如果沒有ENG FAIL、ENG SURGE、ENG THRUST等狀態(tài)信息，且離開結(jié)冰區(qū)后的發(fā)動機參數(shù)無異常，即可確定導(dǎo)致低壓轉(zhuǎn)子不平衡的原因是冰晶引起的振動值偏高。

2） 氣流波動

當(dāng)飛機穿云或處在短時大風(fēng)等嚴重氣流波動的情況下，發(fā)動機振動值會相應(yīng)增大到1.5～2.5，N1等發(fā)動機參數(shù)卻無異常變化，外界氣流結(jié)束后，振動值恢復(fù)正常。可在飛機落地后根據(jù)維護手冊完成發(fā)動機進排氣區(qū)域目視檢查，若結(jié)果正常就無需進行后續(xù)工作。

2.3 EMU內(nèi)部故障

維護工作中檢查發(fā)現(xiàn)ENG GEN VIB MONITOR L 和ENG VIB MONITOR L 兩條狀態(tài)信息，關(guān)聯(lián)維護信息77-09601（EMU沒有向CDN輸出數(shù)據(jù)），左發(fā)振動值空白，先按MEL放行，后續(xù)航段再次出現(xiàn)該現(xiàn)象，航后落地檢查確認故障實時存在。機務(wù)人員測試EMU兩個CDN通道均無EMU的反饋數(shù)據(jù)，脫開RPDU相關(guān)插頭，測量有115V交流電通往EMU;測量EMU到RPDU之間線路的絕緣性，連續(xù)性正常。根據(jù)以上情況，判斷EMU故障，更換EMU后安裝軟件并重新輸入配平數(shù)據(jù)，測試正常無代碼。試車檢查正常，慢車時振動值0.6。后續(xù)跟蹤EMU廠家的修理報告，判斷是振動信號處理組件、功率組件、通信處理組件損壞，未發(fā)現(xiàn)封嚴及其他物理性損壞，更換新件后測試正常。

2.4? EMU瞬時故障

飛機健康系統(tǒng)監(jiān)控到發(fā)動機運轉(zhuǎn)時振動值顯示空白，伴隨維護信息77-12001 （EMU內(nèi)部故障）。針對此故障，短停先將EEC維護電門放至測試位并等待30s，再將EMU維護電門放至測試位并等待30s，發(fā)動機振動值一般會顯示正常。如故障現(xiàn)象依舊，再重置EMU跳開關(guān)，振動值可以恢復(fù)正常顯示。此類故障現(xiàn)象多出現(xiàn)在地面啟動發(fā)動機或?qū)MU維護電門人工放在測試位或空中電源轉(zhuǎn)換時，EMU內(nèi)部執(zhí)行初始自測試就會將振動值設(shè)置為空白，通過重置EMU跳開關(guān)可以清除維護信息并使振動值顯示正常。根據(jù)波音SB要求，將EMU軟件版本升級到EA55后，此類故障可以基本解決。

2.5 發(fā)動機本體振動超標(biāo)

新發(fā)動機在交付客戶之前都會執(zhí)行振動測試并進行配平，以確保振動值在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。航空公司在機隊運行時可以按需對低壓轉(zhuǎn)子進行配平。GEnx-1B發(fā)動機風(fēng)扇葉片的前緣是鈦合金，其余都是較輕的碳纖維復(fù)合材料，而且葉片燕尾槽底部的防磨帶附著特氟龍潤滑劑，這樣的設(shè)計使得葉片在滿足其他性能參數(shù)的基礎(chǔ)上更有利于減少振動。

我公司機隊運行4年來僅收到1起由于發(fā)動機配平問題引起的振動超標(biāo)報告。該飛機某航段在起飛和下降階段出現(xiàn)短時振動超標(biāo)，其余階段的振動值稍微偏高，全程無防冰指示。落地后從機組處確認飛機未經(jīng)過冰晶區(qū)，檢查發(fā)動機進排氣區(qū)域正常，確認駕駛艙無代碼，無自動事件。后續(xù)航段又出現(xiàn)兩次高振動值告警，航后對發(fā)動機進行低壓系統(tǒng)配平測試。按照EMU提供的配平方案配平，拆下21號P10釘并安裝P01釘，拆下36號 P01釘并安裝P06釘。再次進行振動測試，N1為88%時振動值最大0.6，滿足手冊要求。為確保航班正?？煽?，將該飛機從洲際航班調(diào)整為國內(nèi)航班，后續(xù)航段左發(fā)振動值最高為0.8，說明配平有效。查詢該發(fā)動機歷史，發(fā)現(xiàn)該發(fā)動機于4天前剛完成裝機，初步判斷是大修后的振動測試時間不足，導(dǎo)致風(fēng)扇葉片裝配的磨合不夠，引起振動超標(biāo)。

另外，工程師在進行發(fā)動機低壓轉(zhuǎn)子振動試車時發(fā)現(xiàn)，配平測試可以通過電子飛行包（EFB）進行，比使用維護手冊中要求的通過筆記本電腦進行測試更穩(wěn)定、更高效。用筆記本電腦測試存在的問題是：全程40min內(nèi)需專人手動按壓數(shù)據(jù)線以確保連接正常（數(shù)據(jù)線接頭容易受振動松脫導(dǎo)致斷開連接），若不慎斷開連接，需耗費人力、燃油重新進行試車。采用EFB進行試車不會有上述問題。此建議被波音公司認可并采納，后續(xù)將修訂相關(guān)維護手冊。

3 總結(jié)

由上述分析可知，GEnx-1B發(fā)動機的高振動值大部分都是由外部原因造成的，發(fā)動機本體振動所占故障比例較小。對于因地面滑行顛簸、異常天氣引起的故障，需根據(jù)外界環(huán)境狀況、發(fā)動機運行參數(shù)和駕駛艙相關(guān)信息進行綜合判斷，若發(fā)動機振動值只是短時偏高，后續(xù)迅速恢復(fù)正常，而飛機落地后的外部目視檢查正常，其余航段無異常報告，則航班可以繼續(xù)運行，無需進行維護工作。若發(fā)現(xiàn)其他異常，則需根據(jù)手冊進行排故。對于發(fā)動機本體振動超標(biāo)故障，需從發(fā)動機裝機階段開始持續(xù)監(jiān)控，確保高質(zhì)量完成初始發(fā)動機裝機試車的相關(guān)工作，并根據(jù)發(fā)動機運行狀態(tài)對其及時進行配平，避免發(fā)動機性能惡化。對于EMU故障，需根據(jù)相關(guān)手冊及時隔離排故，再視情完成后續(xù)工作。