某型支線客機發動機N2非正常運轉排故分析

■ 謝小東/上海飛機客戶服務有限公司

民航客機發生故障時，一般是根據中央計算機記錄的故障信息，如EICAS/ECAM警告信息、CMS維護信息等，以及設備、控制面板上的故障指示燈，參考故障隔離手冊（FIM/TSM)，查詢對應的條目進而找到排故程序。然而，對于有些不常見的、觀察到的故障現象，不一定包括在故障隔離手冊中，此時需要根據故障現象，結合系統原理和經驗進行分析，針對性地制定排故方案。本文就某型支線客機的一起發動機N2非正常運轉現象進行排故分析，以供參考。

1 故障現象

一架國產支線客機航前通電自檢完成后，三套液壓系統電動泵（ACMP)工作，左、右發FADEC上電狀態，駕駛艙EICAS顯示器上右發N2轉速指示為4.2%，左發正常，大約2分鐘后，N2轉速歸零。做NVM清除測試時，右發N2轉速指示增加，最高達5.5%，左發正常，關斷液壓系統后，右發N2轉速歸零。再次使用電動泵對三套液壓系統增壓，右發N2轉速緩慢上升，左發正常，關斷液壓系統后，右發N2轉速歸零。

2 原理分析

根據故障現象描述，該故障現象與液壓系統有直接關系。因此，對液壓系統以及與發動機的機械接口進行重點分析。

2.1 液壓系統架構

該飛機液壓系統由三套獨立的分系統1#、2#、3#系統組成，三套系統液壓油相互獨立，互不影響。每套系統都配置有主泵、備用泵、蓄壓器、自增壓油箱、油濾組件及控制閥。1#與2#系統基本相同，主泵為發動機驅動泵（EDP)，備用泵為交流電動泵（ACMP)。3#系統配有兩臺交流電動泵（ACMP)，互為備份。

2.2 液壓系統與發動機接口及故障原理分析

根據該機型的液壓系統架構，3#液壓系統與發動機無機械連接，1#、2#液壓系統的EDP分別位于左發、右發附件齒輪箱上。

EDP為柱塞式定壓變量泵，安裝在發動機附件齒輪箱（AGB)后部，通過聯軸器與發動機齒輪箱相聯，隨發動機起動而工作。發動機起動時，高壓轉子（N2)的轉動依次通過進口齒輪箱（IGB)、徑向傳動軸（RDS)和轉換齒輪箱（TGB)傳遞給附件齒輪箱（AGB)，從而帶動EDP運轉，整個機械傳動路徑如圖1所示。

圖1 該型飛機EDP機械傳動路徑示意圖

由于整個傳動機構是通過軸和齒輪機械連接的，根據上述傳動原理分析，2#系統EDP的轉動可以反向依次驅動發動機AGB、TGB、RDS、IGB，從而帶動發動機N2轉子轉動。同時，根據柱塞式液壓泵的工作原理，當泵的輸出端接入壓力后，可以反向驅動柱塞，使泵的輸入軸發生轉動，成為轉動輸出軸。因此，在2#液壓系統ACMP工作的情況下，能否導致EDP的轉動值得探討，下面對2#液壓系統的原理進行分析。

2#液壓系統主要部件包括自增壓油箱（Bootstrap Reservoir)、兩個液壓泵（EDP和ACMP)、壓力濾組件（Pressure Filter Module)、回油濾（Return Filter)、殼體回油濾（Case Drain Filter)、蓄壓器（System Accumulator)以及各液壓用戶等。自增壓油箱為EDP和ACMP提供液壓油，EDP在發動機的機械驅動下、ACMP在交流電的驅動下，通過泵內柱塞往復運動，將吸入的液壓油壓力增加至3000psi，經過壓力濾組件過濾，供液壓用戶作動，完成作動后液壓油通過回油路，經回油濾回到液壓油箱。2#液壓系統原理簡圖如圖2所示。

壓力濾組件中，在EDP和ACMP兩個泵的壓力油路上各設置了一個入口單向閥，以防止EDP和ACMP中的油液互相交叉流動，使得不同壓力油路中的液壓油進入壓力油濾后只會由油濾出口流出，不會流入其他壓力油路中。根據原理圖和上述分析，若壓力油濾中EDP壓力油路入口單向閥（圖2中Pressure Filter Module藍圈處)故障在打開位，將導致由ACMP增壓后的油液反向通過該單向閥并到達EDP（圖2中虛線箭頭所示流向)，在3000psi壓力油的驅動下，EDP相當于柱塞馬達，產生反向轉動，通過聯軸器帶動發動機附件齒輪箱，進而驅動發動機N2轉子轉動。

3 排故過程

3.1 故障定位及確認

圖2 該型飛機2#液壓系統簡化原理圖

首先查看該機型的故障隔離手冊（FIM)，未發現有類似現象的排故程序。查詢歷史故障記錄，運營中未有報告過類似故障。

根據故障現象描述和上述分析，初步判斷故障原因為壓力濾中EDP入口單向閥故障。為了定位故障，拆下2#液壓系統的壓力濾組件，經檢查發現有異物卡在壓力濾EDP入口單向閥閥芯上，導致閥芯無法關閉，ACMP產生的壓力油反向驅動了EDP及發動機N2轉子轉動。

3.2 故障排除及污染物排查

將壓力濾組件EDP入口單向閥芯的異物取下，經對材料化驗分析，該異物為一小段密封圈。異物的可能來源為：出廠前安裝時帶入、航線維護過程中帶入、液壓系統部件密封圈損壞脫落。為判斷是否為液壓系統部件密封圈損壞導致，查詢廠家工程文件，對該段密封圈的材質及規格與機上液壓系統部件密封圈進行對比，發現卸壓閥、壓力濾組件、回油濾、殼體回油濾內部的密封圈材質與之一致。為了確認是否有上述部件密封圈損壞，且損壞后是否導致其他單向閥閥芯卡阻，執行以下工作：

1)將壓力濾組件異物去除，重新裝機后，完成2#液壓系統增壓試驗，操縱各液壓用戶（舵面、剎車、反推等)數次，檢查相關參數是否正常。

2)在2#液壓系統增壓的情況下，檢查卸壓閥、壓力濾組件、回油濾、殼體回油濾以及液壓系統各快卸接頭、主要部件處是否發生外部滲漏。

3)對2#液壓系統進行維護卸壓，依次拆下壓力濾濾杯、回油濾濾杯、殼體回油濾濾杯后，觀察油濾是否發生滲漏，以判斷是否因密封圈損壞而發生內漏；對2#液壓系統的各快卸接頭進行斷開并觀察是否有液壓油滲漏，以判斷是否有密封圈殘段造成接頭處閥芯卡阻。

執行完以上工作，未發現異常及外部滲漏、內部滲漏，可排除液壓系統部件密封圈損壞脫落帶入殘段的可能。但是，到底是由出廠前安裝時帶入還是航線維護過程中帶入，已無法查證。

由于不能徹底排除2#液壓系統油液中仍然有密封圈殘段的可能，主制造商對存在密封圈殘段的影響進行風險評估，確認不影響飛行安全，考慮到執行全套液壓系統換油成本高且無必要，因此未建議換油和清洗液壓系統。經過幾次對2#液壓系統壓力濾組件的間隔檢查，均正常，認為污染物已排除。

4 總結

本文對某型支線客機運營中的一起液壓系統油液污染物導致發動機N2非正常運轉問題進行了剖析。對此類故障定位，要求熟悉系統架構和原理，對于具有一定該機型維護經驗的工程師而言，定位故障的難度不大，然而對于造成故障的根源分析以及后續擴大檢查的措施，需要更加專業的理論和工程支持，航空公司需要在制造廠家的協助下完成后續排故。文中分析的故障在航線運營中首次出現，對于后續客戶更好地理解故障機理、制定排故措施有一定的指導作用。

[1]COMAC. ARJ21 Aircraft Maintenance Manual [Z]. 2017.

[2]孟慶堂. 民機液壓系統發動機驅動泵的卸荷工作及故障模擬分析[J]. 流體傳動與控制，2011(5):12-15.

[3]趙維義. 飛機液壓系統油液的污染與控制[J]. 機床與液壓，2012(10):157-170.

[4]史俊青，孫政. 液壓泄漏的原因及防治措施[J]. 淮北職業技術學院學報，2003(4):87-89.