本文基于中国民用航空局飞行标准司航空器使用困难报告(SDR)系统收集的数据,对国内民航发动机机队运行和空停情况进行介绍,并着重分析PWG和LEAP-1B两种型号发动机现阶段的典型故障以及相应的解决措施。
年国内民航保持安全稳定发展,事故征候数量和事故征候万时率等各项安全指标均处于较低水平,但是高风险事件仍时有发生:全年发生11起发动机空中停车事件,新型号发动机的设计制造缺陷问题也亟待解决。
国内民航发动机机队概况
截至年底,国内按CCAR-部运行的在用发动机数量为台,较年底增加了台,增长率仅为2.40%,由于波音MAX飞机停飞造成的LEAP-1B发动机(台)停止运行和新发暂停引进等问题,导致增长率降低7.07%。CFM56-7B、CFM56-5B和V三个型号发动机占比最高,分别为35.74%、20.41%和15.66%。机队增量较大的为LEAP-1A发动机和PWG发动机,分别增长台和台;机队退出较多的为CFM56-7B发动机和V发动机,分别减少28台和27台。
年底国内按CCAR-部运行的发动机平均机龄为6.88年,比年增加0.59年。其中10年以下机龄比例为75.44%,10~20年机龄比例为22.62%,20年以上机龄比例为1.94%。30年以上机龄的发动机数量为13台,最大机龄为34.96年,为顺丰航空的RB发动机。
年度按CCAR-部运行的各型号发动机按机龄对比。
年国内民航发动机SDR情况
年SDR系统共收到使用困难报告份,其中机械类故障导致的SDR事件份;动力装置相关SDR事件份,占机械类SDR事件的20.12%。按发动机型号统计,SDR数量前三位的分别是CFM56-7B发动机(份)、V发动机(份)和CFM56-5B发动机(89份)。按ATA章节统计,动力装置部分SDR数量前三位的分别是燃油/控制系统(份)、启动系统(份)和发动机本体(份)。
年动力装置机械类SDR数量按发动机型号分布。
年度动力装置机械类SDR按系统分布。
TRENT发动机故障件主要集中在燃油计量组件FMU(P/N:FMU-03)、发动机电子控制组件EEC(P/N:EEC0-02BX)和动力控制组件PCU(P/N:PCUMK5)。
年动力装置机械类SDR千时率为0.,各型号发动机SDR千时率中PW发动机最高,是机队平均值的5倍多;RB、CFM56-3和CF6发动机因为老旧机型原因,SDR千时率较高。PWG、LEAP-1B和LEAP-1A发动机因为新机型原因,SDR千时率也相对较高。运行时间前两位的CFM56-7B和CFM56-5B发动机机械类SDR千时率均处于机队平均水平以下,运行时间第三位的V发动机机械类SDR千时率略高于机队平均水平。
年发动机机械类SDR千时率按型号分布。
年国内民航发动机空停情况
年按照CCAR-部运行的发动机共发生空停事件11起,其中非机械类原因造成1起空停,为TRENT发动机遭遇鸟击。
设计制造原因造成8起空停,分别为PWG发动机3起,2起为低压涡轮(LPT)3级叶片断裂导致,1起为主齿轮箱滑油泵驱动齿轮断裂导致;TRENT发动机2起,均为发动机排气温度(EGT)指示系统设计缺陷导致;V发动机1起,为厂家装反高压压气机(HPC)3级孔探堵头造成HPC3级叶片断裂导致;LEAP-1B发动机1起,为径向传动轴(RDS)轴承失效导致;CFM56-7B发动机1起,为启动机金属屑污染发动机滑油系统导致。
机械原因造成2起空停,分别为V发动机1起,为引气和性能下降等一系列问题导致;CFM56-5B发动机1起,为液压机械组件HMU故障导致。
年按CCAR-部运行的各型号发动机空停数量和原因分布。
PWG发动机典型故障
1.LPT3级叶片断裂
PWG发动机LPT3级叶片采用钛铝合金,强度较差,在离心载荷下抗撞击能力不足,受到撞击时会断裂。截至目前,全球机队已发生几十起叶片断裂事件,并导致多起空停。
2.主齿轮箱失效
PWG发动机全球机队已发生17起主齿轮箱失效事件,造成15起空停、2起中断起飞。厂家调查认为,根本原因是主齿轮箱内部整体驱动发电机(IDG)/主滑油泵(MOP)驱动齿轮在发动机特定转速下产生共振导致齿轮断裂。
国内发生的1起主齿轮箱失效导致空停事件为EEC软件升级之后全球的第一起空停,说明EEC软件的升级并不能避免滑油泵驱动齿轮失效,还是要通过更换齿轮最终解决。
LEAP-1B发动机典型故障
LEAP-1B发动机的典型故障主要是其径向传动轴(RDS)轴承失效。
LEAP-1B发动机全球机队由于RDS轴承保持架早期失效已导致多起空停和非计划换发事件,厂家调查发现RDS轴承磨损/失效的原因为轴承保持架和轴承内滚道之间的滑油供油不足,由于缺少油膜润滑,保持架和内滚道之间发生磨损。在磨损前期会产生AISI银镀层金属屑;磨损后期保持架铆钉失效后,RDS轴承结构损伤造成滚珠磨损,传输齿轮箱TGB磁堵、滑油碎屑监控系统ODMS会出现大量M50轴承材料金属屑,导致滑油滤旁通灯亮,机组通常需按检查单人工关车。
年5月17日,厂家发布SB72-R7,要求对TGB回油滤进行重复检查;在南航、东航和厦航前期探索的基础上,厂家在该版本SB中引入对RDS轴承的孔探检查,以确认轴承保持架的变色、磨损情况。对于该项检查措施,FAA和EASA分别于6月7日和5月24日发布AD。同时,厂家发布SB72-、SB72-,对RDS轴承的重新设计,一方面是改善轴承保持架和轴承内滚道之间的油膜建立,将轴承内滚道的润滑方式由4个凹槽改为传统轴承的8个小孔,增强对内滚道的直接滑油供给,同时增加保持架的宽度,加强支撑的同时减小应力;另一方面,通过改进RDS分流器和滑油喷嘴,加大对RDS轴承的滑油供给。通过相同极限条件下的台架试验,与老构型轴承相比,新构型轴承保持架未出现变色、磨损的问题。
虽然随着波音MAX飞机的停飞,该机型装配的LEAP-1B发动机也停止运行,但是当波音MAX恢复运行后,其发动机问题将更为敏感和重要,因此对于LEAP-1B发动机问题和缺陷的跟踪、改进仍需进行。
总结
从统计数据来看,国内民航业仍将保持高速发展的态势,机队规模也会持续不断增长。在航空器和发动机的运行过程中,不可避免地会出现各种问题,新型号发动机的引进也将带来新的故障,其在运行中显现的设计制造缺陷问题亟需解决。后续将持续