淺析減推力起飛對換發(fā)的影響

張鐵純，聶 震

航空發(fā)動機被喻為飛機的“心臟”。一方面，前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的相關(guān)報告數(shù)據(jù)顯示，民用客機航空發(fā)動機的價值在飛機整機價值中的占比高達(dá)20%~30%，與發(fā)動機相關(guān)的飛機間接運營成本、燃油費用和發(fā)動機維修成本之和占航空公司總運營成本的27%[1]，另一方面，從發(fā)動機全壽命周期角度來看，發(fā)動機使用維護(hù)階段的成本占其全壽命周期成本的45%~50%.因此，制定合理的換發(fā)計劃，實現(xiàn)機隊的優(yōu)化管理，對于降低航空公司的運營成本具有重要意義。

減推力起飛，是指在一定的起飛條件下和飛行環(huán)境中，在滿足飛機起飛安全性能的前提下，以相對于發(fā)動機全額定起飛推力較低推力級別起飛的起飛方式。減推力起飛的使用對發(fā)動機的性能有非常重大的影響，是一種常用且有效的飛機起飛性能優(yōu)化方式。發(fā)動機性能衰退主要表現(xiàn)為EGT裕度的降低，是航空公司計劃換發(fā)的主要原因之一。而減推力起飛可以延緩發(fā)動機性能衰退的速度，使EGT裕度長期保持較高的水平，從而延長發(fā)動機的在翼時間，降低提前換發(fā)率，減少因性能衰退造成的計劃換發(fā)。

1 EGT裕度對換發(fā)的影響

換發(fā)原因主要包括發(fā)動機性能衰退、壽命件到壽、典型零部件損傷、適航限制和發(fā)動機在翼運行中的突發(fā)事件（如因冰雹、鳥擊等外來物造成的損傷）等。其中，除發(fā)動機在翼運行中的突發(fā)事件引起的換發(fā)屬于非計劃換發(fā)外，其它原因造成的換發(fā)都屬于計劃換發(fā)。發(fā)動機投入使用后，由于個別單元體或整個核心機隨使用時間的增加而導(dǎo)致效率下降，從而引起耗油率增加、EGT上升、推力下降等一系列現(xiàn)象，稱為發(fā)動機性能衰退[2]。發(fā)動機的性能衰退主要體現(xiàn)在EGT裕度的降低上，因此，EGT裕度主要影響的是計劃換發(fā)。

EGT（Exhaust Gas Temperature）即發(fā)動機的排氣溫度，一般指低壓渦輪后的燃?xì)饪倻兀前l(fā)動機中一個重要的監(jiān)控參數(shù)。EGT裕度，指海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，發(fā)動機在拐點溫度全推力/全功率起飛狀態(tài)時的實際燃?xì)鉁囟扰c有關(guān)技術(shù)文件規(guī)定的限制值之間的差值。EGT裕度下降是發(fā)動機性能衰退的外在表現(xiàn)，是航空公司制定換發(fā)計劃的主要參考依據(jù)。飛機起飛時，發(fā)動機處于高溫、高轉(zhuǎn)速和高負(fù)荷的工作狀態(tài)，隨著使用時間的增加，發(fā)動機會因老化或部件、系統(tǒng)故障而出現(xiàn)性能衰退，表現(xiàn)為起飛EGT超溫和EGT裕度的下降，嚴(yán)重威脅飛行安全。因此，在EGT裕度下降超過規(guī)定的最小值前，必須適時安排下發(fā)，通過水洗發(fā)動機或?qū)l(fā)動機送修等措施，恢復(fù)其EGT裕度。

發(fā)動機的性能衰退是不可避免的，但如果能加強起飛階段的EGT監(jiān)控，通過采取合理的措施將起飛EGT裕度長期保持在較高的水平，就可以延長發(fā)動機的在翼時間，減少因性能衰退造成的換發(fā)，對實現(xiàn)機隊的優(yōu)化管理，降低航空公司的運營成本，提高其市場競爭力，具有積極的意義。

2 減推力起飛對發(fā)動機性能的影響

圖1所示為典型的高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機在標(biāo)準(zhǔn)海平面下的溫度特性。當(dāng)大氣溫度OAT（Outside Air Temperature）升高，且OAT

圖1 典型渦扇發(fā)動機的溫度特性

從發(fā)動機的使用角度來看，當(dāng)OAT≤TREF時，發(fā)動機可保持其額定推力基本不變，隨著OAT的降低，發(fā)動機在較低的轉(zhuǎn)速和較低的EGT下就可產(chǎn)生其額定推力。這樣，在不犧牲推力的前提下降低了EGT，從而降低了發(fā)動機熱部件的衰退速率。當(dāng)OAT>TREF時，為防止熱部件超溫，EGT將基本保持不變，這意味著，發(fā)動機將無法產(chǎn)生額定推力，且隨著OAT的增加，推力會隨之降低。為延長發(fā)動機在翼時間，防止EGT超溫是至關(guān)重要的。有數(shù)據(jù)表明，渦輪前溫度每下降20~30℃，發(fā)動機熱部件壽命大約可增加一倍[3]。

相對TO/GA推力起飛而言，使用減推力起飛將對發(fā)動機的工作狀態(tài)產(chǎn)生重要影響，主要體現(xiàn)在發(fā)動機轉(zhuǎn)速和EGT的降低上。表1所示為CFM56-7B發(fā)動機使用減推力起飛后的主要參數(shù)變化情況。

表1 CFM56-7B發(fā)動機使用減推力起飛后主要參數(shù)變化情況

發(fā)動機的性能會隨著使用時間的增加而衰退。圖2所示為發(fā)動機性能衰退在EGT裕度上的表現(xiàn)，曲線1對應(yīng)新出廠或大修后裝機使用的發(fā)動機，曲線2對應(yīng)性能出現(xiàn)衰退的發(fā)動機。通過比較兩條曲線，一方面，當(dāng)外界大氣溫度相同且低于TREF時，由于性能衰退，發(fā)動機只有消耗更多的燃油，工作在更高的EGT下，才能產(chǎn)生其額定推力；另一方面，隨著發(fā)動機性能的衰退，EGT-OAT曲線整體向上平移，EGT裕度不斷減小（由EGTM1減小到EGTM2），外界大氣溫度的限制值OATL（Outside Air Temperature Limit）也會隨之減小（由OATL1減小到OATL2）。減推力起飛有助于延緩發(fā)動機性能衰退的速度，在圖2中表現(xiàn)為延緩EGT-OAT曲線向上平移的速度，從而使EGT裕度長期保持較高的水平，延長發(fā)動機的在翼時間。

圖2 發(fā)動機性能衰退在EGT裕度上的表現(xiàn)

3 減推力起飛對換發(fā)的影響

通過分析EGT裕度對換發(fā)的影響和減推力起飛對發(fā)動機的影響，建立起減推力起飛的使用與換發(fā)之間的關(guān)系。減推力起飛對換發(fā)的影響主要體現(xiàn)在計劃換發(fā)上。起飛推力對發(fā)動機的EGT影響相當(dāng)大，以CFM56-3發(fā)動機為例，當(dāng)N1為90%左右時，N1每增加（或減少）1%，EGT上升（或下降）11.4℃.而EGT每下降22℃，可使發(fā)動機熱部件壽命增加一倍[4]。采用減推力起飛，可以顯著延緩發(fā)動機性能衰退的速度，降低EGT裕度隨使用時間的增加而減小的速率，從而使發(fā)動機長期保持良好的工作狀態(tài)，對減少因性能衰退造成的計劃換發(fā)，降低航空公司的運營成本具有積極的意義。

鑒于EGT裕度是航空公司評價發(fā)動機性能衰退情況、制定換發(fā)計劃的主要依據(jù)，在發(fā)動機的日常使用與維護(hù)中，應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)控機隊中每一臺發(fā)動機EGT裕度的衰減情況。EGT裕度可以使用發(fā)動機監(jiān)控軟件進(jìn)行監(jiān)控分析，發(fā)動機制造商和航空公司會進(jìn)行同步監(jiān)控。發(fā)動機制造商在手冊中給出EGT裕度限制值，航空公司根據(jù)使用經(jīng)驗，結(jié)合公司機隊狀況制定視情監(jiān)控值與警告值，當(dāng)EGT裕度超過不同的值時，采取相應(yīng)的維護(hù)措施。典型的監(jiān)控軟件如GE公司的SAGE軟件、普惠公司的ECMⅡ軟件、羅羅公司的COMPASS軟件等。根據(jù)性能監(jiān)控軟件的監(jiān)控分析可以了解機隊中每一臺發(fā)動機的運行情況，分析發(fā)動機的故障，確定性能衰退的原因，從而制定合理的換發(fā)計劃，以便及時對性能出現(xiàn)嚴(yán)重衰退的發(fā)動機進(jìn)行維護(hù)，有利于EGT裕度的恢復(fù)。

對于非計劃換發(fā)來說，減推力起飛也有一定的積極意義。采用減推力起飛有助于減少起飛時發(fā)動機失效的幾率，降低發(fā)動機空中停車率，從而提高了發(fā)動機的可靠性，減少因空中停車造成的非計劃換發(fā)。

4 總結(jié)

發(fā)動機的性能衰退通過EGT裕度的下降表現(xiàn)出來，是航空公司制定換發(fā)計劃的主要依據(jù)。減推力起飛減少每次起飛發(fā)動機的損耗，延緩其性能衰退的速度，使EGT裕度長期保持較高水平，減少因性能衰退造成的計劃換發(fā)；減推力起飛減少起飛時發(fā)動機失效的幾率，降低發(fā)動機空中停車率，從而提高了發(fā)動機的可靠性，減少因空中停車造成的非計劃換發(fā)。采用減推力起飛減少發(fā)動機的維護(hù)成本，節(jié)約燃油，實現(xiàn)更少的發(fā)動機部件更換，為航空公司降低發(fā)動機的使用成本。

[1]楊 霄，陳亞隆.淺談航空公司機隊發(fā)動機管理[J].科技視界，2016（12）：124-125.

[2]景黎明，王國大.通過監(jiān)控EGT裕度進(jìn)行下發(fā)預(yù)測初探[J].西安航空技術(shù)高等專科學(xué)校學(xué)報，2007（05）：3-6.

[3]郝 英.發(fā)動機起飛EGT裕度的估算[J].航空維修與工程，2004（02）：39-40.

[4]賀爾銘，宋力濤.EGT影響因素分析及提高EGT裕度的措施[J].航空維修與工程，1999（06）：20-21.