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1、图 1 国内某型号发动机非包容性损伤后情况图 2 某国外航空公司发生的一起发动机非包容性损伤事件飞机发动机空停事件及预防In Flight Shut-Down Event and the Preventive Measures 葛忠汉/上海航空股份有限公司介绍了民用飞机发动机空中停车事件及其后果，对几种常用发动机空中停车情况进行了汇总分析，结合发动机内部各系统就空停事件的原因展 开了讨论，并提出相应的预防措施及设想。总飞行时数高，因此每年 IFSD 事件也有百位数的发生量。为此，通过对一些常 见型号发动机 IFSD 事件的统计及原因分 析，将有助于了解和采取有效的手段来 减少发动机 IFSD
2、事件的发生。下述表格是对三种不同推力级别、不同型号发动机其世界机队 12 个月的 运行中所发生 IFSD 事件的情况汇总和 分析。其中表 1 是 6 万磅左右推力的发 动机，表 2 为 4 万磅左右推力的发动机， 表 3 则是 2 万多磅推力的发动机。从中 可以发现，虽然发动机的设计和结构有 差异，但是从机械原因分析都可以将事 件归类在发动机的气路系统、滑油系统、 齿轮箱变速系统和燃油及控制系统故障 中。从技术原因分析可以分为设计制造 和维修操作两个方面。1. 机械原因（1）气路系统 发动机气路系统主要由发动机的风扇、压气机、涡轮、导向叶片等组成， 其功能是形成高压比的空气气流，使发飞机发动机
3、空停事件（In Flight Shut-时具有很大的冲击力，从发动机内部飞离出来，还将对飞机本体机构产生难以 预料的破坏。图 1 是几年前国内航空公司发生的 一起某型号发动机空中停车事件后非包容 性损伤的照片。此事件发生在飞机的起飞 过程中。图 2 是某国外航空公司发生的一 起发动机非包容性损伤事件的照片。此事 件发生在发动机地面试车时。为此，分析发动机空停事件的原因， 研究如何及时发现、排除隐患的措施和 方法，将有助于减少和避免发动机空停 事件的发生。Down, IFSD）主要是指飞机飞行中发动机在空中的非指令性停车事件。这是发动机在空中突发的失效事件。其 主要原因通常是由于发 动机运转系统
4、 中的零部件因结构或系统缺陷，经过一 段时间的劣化过程，最终导致异常分离 或损坏，短时间内对发动机的其他零部 件或系统工作环境起到破坏性的作用， 造成发动机不能继续运转而突然失效。 比如发动机运行中叶片的突然断裂，发 动机某重要部件的突然解体，或发动机 滑油系统部件损坏造成滑油短时间突然 大量泄漏等。这类情况有时也可能发生 在飞机起飞前或着陆后的滑跑以及发动 机地面试车等过程中。特别是发动机失效的非包容性损 伤，由于发动机损坏的部件在快速运转发动机空停事件原因汇总目前比较成熟的发动机机队每 1000 飞行小时的空中停车（IFSD）发生率通 常要低于 0.006 以下。但由于民航飞机的航空维修与
5、工程46AVIATION MAINTENANCE & ENGINEERING2009/表 1空停事件分析事例 1程度有限，许多核心件初始缺陷的迹象常会因其处于隐蔽的部位而难以发现。 因此，发动机核心零部件故障导致的发 动机空停事件的几率也相应比较高。因此，对发动机气路系统的故障预 防和状态监控的有效手段是定期的内窥 镜检查。但是内窥镜检查受操作人员技 术和经验的限制。（2）滑油系统 发动机滑油系统主要由滑油泵、滑油箱、滑油过滤装置、滑油封严、滑油 冷却装置和滑油管路等组成。滑油系统 为发动机的转动部件提供润滑和散热。 由于民航发动机的高函道比和高压比的 要求，发动机高、低压转子的转速，通 常会
6、高达约 5000-15000 转 / 分钟。在如 此高速转动下的部件，尤其是轴承，如 没有必要的润滑和散热措施，将会在较 短的时间内因过高的温度和严重的磨损 而导致损坏和失效。其中，滑油系统的封严损坏或滑 油滤堵塞比较容易造成发动机空停事 件。滑油系统的封严严重受损将导致滑 油的大量流失，油滤堵塞将严重影响滑 油正常传输，导致滑油压力不足。这两 种情况都容易造成发动机内部高速运转 的部件因缺少润滑或散热不利而损伤。 常见的引发滑油封严损坏或滑油滤堵塞的受损部件是发动机轴承。发 动机的高转速对发动机转子轴承的工 作环境和技术状态提出了严格的要求。 如果其中某个轴承出现结构上的缺陷， 将在高速运转
7、的环境下迅速劣化。轴 承的结构缺陷增加转动摩擦力，进一 步加剧其结构的磨损，引发更多数量 的结构材料分离。发动机转子的转动 平衡受到影响，滑油系统的封严尤其 是动封严将受到严重破坏而导致封严 失效，严重时出现滑油大量泄漏。另外， 分离的材料会堵塞油滤，出现滑油压 力低或者滑油滤旁通现象，影响整个 发动机滑油系统的正常工作，最终导表2空停事件分析事例2动机产生高推力作用的空气动力。发动机气路系统的零部件根据其 设计要求的状态参与系统工作，部件 的技术状态影响其运行的有效性，也 影响了发动机产生的空气动力。一旦 这些零部件出现结构性的缺损或材料 分离故障，将导致发动机内部空气气 流的气压稳定状态失
8、控，致使发动机 空气动力损失。其中作为发动机核心 机部分的高压压气机、高压涡轮以及导向叶片的故障是最容易导致发动机空停事件的，且后果严重。 发动机运转时，其气路系统内部处于高速、高温、高压等极限状态，核心 零部件结构如发生材料分离故障，分离 出来的残余物具有很高的能量，将对下 流气路的部件产生极大的破坏，同时由 于其他部件因此受损后又将分离出更多 的残余物，将导致更为严重的破坏。发动机核心部件维护检查的可观察表3 空停事件分析事例3航空维修与工程47AVIATION MAINTENANCE & ENGINEERING2009/1原因次数纠正措施原因分类涡轮叶片断裂、气封严磨损以及VSV调节失效
9、等6限制叶片使用时间，执行改装SB部分原因调查中气路系统轴承损坏、封严损坏、油滤堵塞、管路破裂等20执行改装SB，部分原因调查中滑油系统AGB/TGB因轴承损坏或其他原因失效8改进检查方法，部分原因调查中齿轮箱变速系统EEC、HMU、燃油泵等失效4部件故障非共同性问题，部分原因调查中燃油及控制系统热起动未检查、燃油管损伤以及松动、压气机脏等各种原因7管理改进维护/操作原因其他系统原因5非共同性问题飞机系统外来物损伤3外来物总计53原因次数纠正措施原因分类涡轮动叶片疲劳裂纹和损伤 以及法兰螺栓疲劳断裂等5送修（修理）时执行OEM改进材料和工艺 的改装SB，部分原因调查中气路系统齿轮箱齿轮疲劳磨损
10、1执行OEM改进齿轮的啮合润滑的改装SB齿轮箱变速系统EEC 传感器受潮污染1已有改装计划，不久颁布燃油及控制系统其他系统故障导致漏油1非共同性问题飞机系统部件安装错误导致漏油5管理改进维修原因总计13原因次数纠正措施原因分类涡轮叶片损伤和内部硫化腐蚀断裂、空气封严失效等10改进检查方法和送修（修理）时执行OEM发布的改装SB气路系统轴承损坏、管路裂纹、封严损坏、磁堵脱开、指示故障等9执行OEM发布的改装SB，部分原因调查中滑油系统燃油调节器故障、EEC 故障等6执行OEM发布的改装SB，部分原因调查中燃油及控制系统轴承损坏、压力管破裂等2改进检查方法和执行OEM发布的改装SB齿轮箱变速系统其
11、他系统引起的发动机火警、振动以及漏油等4改进检查和部件安装方法飞机系统操作、维护或大修导致的故障7管理改进维修 / 操作原因外来物损伤4外来物总计42致发动机空停事件的发生。可以通过飞机指示系统和警告系 统来控制此类发动机空停事件的发生。 现代民航飞机都有发动机滑油压力和 滑油量的指示，并且在问题严重时发 出警告提示，使飞行员可以尽快地采 取紧急措施，避免更严重的安全和经 济后果。滑油系统的故障预防和状态监控手 段主要有 ：滑油耗量监控、定期检查滑 油滤和滑油磁性探测堵头、滑油抽样检 测等。（3）齿轮箱变速系统 发动机齿轮箱变速系统是将发动机转子动力传输给发动机辅助系统并带动 电动机、液压泵等
12、设备，为飞机提供电 力和液压源，此外在发动机启动时对起 动机变速，完成发动机起动过程。发动机辅助系统提供发动机工作的 滑油压力和燃油压力，并且是发动机燃 油电子控制系统的主电力源。因此，发 动机齿轮箱系统出现故障会引起发动机 辅助系统工作失效，导致发动机滑油、 燃油或控制系统不正常，最终也可能造 成发动机空停事件的发生。齿轮箱变速系统故障的预防和状态 监控手段类似滑油系统，主要有滑油耗 量监控、定期检查滑油滤和滑油磁性探 测堵头、滑油抽样检测，此外通过对发 动机性能状态的监控，也能发现部分齿 轮箱变速系统不正常的情况。（4）燃油及控制系统 发动机燃油及控制系统主要功能是调节和控制发动机工作时的
13、燃油供应。 系统主要有燃油泵、燃油计量装置、燃 油调节装置和燃油控制系统。此外燃油 控制系统中的发动机电子控制计算机还 起到了发动机状态监控、故障预告和报 警的作用。燃油及控制系统发生故障将导致发 动机的燃油供应以及发动机控制的不正 常。也容易导致发动机空停事件的发生。燃油及控制系统故障的预防和状态监控主要是防止人为差错事件，增进设 计改进的措施。2. 技术原因从上述三种型号发动机 IFSD 事 件的统计中，可以发现大多数发动机 IFSD 事件都与制造有关。前例所示的 一起发动机非包容性损伤失效事件，经 过 OEM 仔细分解并结合实验室分析， 最后查明，是由于初始生产过程中该发 动机高压机匣内
14、的一起超差损伤事件处 理不彻底，使该部位存在残余应力，经 长期使用后，该应力处出现了裂纹。并 且在之后的修理中又未能及时发现此裂 纹，在进一步使用中裂纹迅速发展，最 终导致了非包容性损伤事件的发生。OEM 也在不断进行对应的改进研 究，通过对收集到的 IFSD 事件的原因 分析，及时地发出相关信息和改装的服 务通告即 SB。这些信息和通告为航空 公司的工程技术人员和维修人员提供了 重要的参考。因此维修人员需要及时地收集和 充分地掌握这些信息和通告的内容，并 要对这些信息和通告进行深度的技术分 析，以达到有效的应用控制。这些信息 和通告的实施需要结合发动机历史和当 前的技术以及维修状态。否则将导
15、致维 修成本过高。此外，我们还可以发现，IFSD 事 件的原因分析中，航空公司维修原因也 占有不少的比例。这些信息如能被有关 的维修人员随时掌控，对预防发动机的 IFSD 事件也将产生很大的作用。事实上，航空公司经常面临的实际问题是，如何有效地掌握这些信息并将 其适时地应用于大量的维修工作中。为 此，需要研究有效的改进方法来提高发 动机维修效果。（1）为预防由于维修原因造成的发动机 IFSD 事件，必须要求从事实际维 修的人员随时掌控相关的信息。（2）预防因设计和制造原因的发动 机 IFSD 事件，应有效地掌握和适时地 应用制造厂商对发动机 IFSD 事件改进 措施的改装通告。（3）应着重把握
16、的监控维修环节有 内窥镜检查、滑油监控、性能监控和送 修掌控。发动机空停事件事发前 , 由于破坏 发动机系统正常运转的零部件工作状态 并无异常，发动机的各性能参数也无异 常变化。此外由于发动机本身结构的复 杂性，许多部件因检查接近困难的原因 以及检查方法和操作经验等其他因素的 影响，难以发现那些存在结构缺陷部件 的劣化过程状态。对于发动机核心零部 件，最起作用的内窥镜检查的效果也很 有限。只有通过改进发动机的维修方案 和对送修策略的研究和分析实施，才能 收到效果。为了有效地进行发动机状态监控， 减少和预防发动机空停事件的发生，非 常有必要开发和应用发动机使用技术状 态监控和综合维修技术信息的管
17、理平台 系统。该系统需要满足如下要求 ：（1）整合发动机的大量信息资源 ；（2）及时有效地控制在翼发动机的 状态 ；（3）提高发动机工程管理和状态监 控工作的效率 ；（4）提高技术人员掌控发动机修理 历史和状态的能力，以及对公司机队发 动机状态的全面控制力度 ；（5）有利于翼上发动机问题的可靠 性分析和翼下发动机修理费用控制等。 航空公司通过开发应用这样的发动 机状态和信息管理系统，可以最大限度 地减少因发动机原因引起的飞机航班延 误和取消，并减少和避免发动机空停事空停事件预防措施讨论从上述分析得出如下结论 ：件的发生。航空维修与工程48AVIATION MAINTENANCE & ENGINEERING2009/1维 修 MAINTENANCE