從工程與維修入手提高A320 NEO飛機的運行可靠性

吳海峰

摘 要：通過在啟動發動機前增加冷卻時間來避免該發動機出現軸彎的現象；發動機性能監控，判斷趨勢提前采取措施；計劃性維修和航線維修。

關鍵詞：PW1100G發動機；經濟性；可靠性

空客公司A320系列飛機作為波音公司B737系列飛機的最大競爭對手，自1988年面世以來，因其經典的機體結構，先進的電傳技術等，漸成為各大航空公司的主力單通道干線機型。

30多年來，隨著航空工業的制造水平不斷提升，新型材料在飛機制造領域的應用，空客與波音分別推出了A350、B787兩款新型雙通道遠程客機，新機型與原有A330、B777相比，運行成本大幅降低，各大航空公司反饋良好。為延續A350、B787的良好銷售勢頭，并降低研發成本，空客和波音在其單通道客機經典機體結構基礎上分別推出了A320 NEO與737MAX。

我司作為全空客機隊，運營的是A320 NEO（New Engine Option），原A320系列我們稱其為A320 CEO（Classic Engine Option）。從新舊兩款機型的后綴全程我們不難看出它們的區別在于發動機。查閱我司運營NEO以來近兩年的運行數據，NEO較 CEO可節約燃油XXXX%。航空公司的總運營成本里，燃油占30-40%，如果機隊里CEO全改為NEO，將直接減少航空公司總運營成本的XXX%。

凡事有利就有弊，新型發動機之所以能如此大幅度的降低油耗，主要原因是新材料、新技術的運用，這些沒有經過長時間驗證的技術的運用，勢必會降低發動機的可靠性。以PW1100G發動機為例，它的設計特點包括超高涵道比、帶涂層的寬弦風扇葉片、新型合金材料制造的低壓、高壓軸以及壓氣機和渦輪葉片、FDGS（Fan Drive Gearbox System）等；其工作特點是極端工作溫度和超高轉速。

自2016年1月20日，第一架A320 NEO飛機投入商業運營以來，在三年多的時間內PW1100G發動機已經發生了多次空中停車，其原因不一，有的是因為封嚴失效，有的是因為壓氣機或渦輪的葉片斷裂等等，其空停率遠高于商業航班的平均值。我們可以認為這是一個“合理”的過程，因為任何新技術的運用都是通過實踐逐步走向成熟的。但由于安全原因，居高不下的空停率是無法接受的，空客公司為此一度停止接收PW1100G發動機的供應，普惠發動機廠家也根據各個航空公司的故障報告，持續進行著改進。但由于發動機整體設計生產已經成型，普惠不會再有大動作，其所做的改進或升級只能是針對性的，一些其結構本身所造成的對后期運營的影響，只能通過工程技術、維修控制、維修方法等方面去解決。在發動機本身可靠性較低的情況下，通過各種方法將故障留在地面，使搭載該發動機的NEO飛機的運行可靠性得以提升至接近CEO的正常水平。

針對現有已知的問題，主要有以下幾方面措施：

一、通過在啟動發動機前增加冷卻時間來避免該發動機出現軸彎的現象

相比普通發動機，PW1100G出現軸彎的趨勢主要原因一是溫度，二是結構。由于采用了新型的渦輪葉片材料和葉片冷卻技術以及FDGS，該發動機熱效率非常高，工作溫度可大大高于傳統發動機，其EGT溫度限制能達到1080攝氏度。結構方面，由于PW1100G核心機體機很小，整根軸被設計的很細。發動機關車后，軸停止轉動，由于冷空氣下降熱空氣上升的原理，軸上部和下部受熱不均，熱變形有差異，這會導致整根軸沿中軸線產生弓形變形，理論上上述問題在所有發動機上都存在，但由于此發動機工作溫度太高，軸又被設計的很細，此變形情況顯得尤其明顯，當然，這里的明顯只是相對的。若在下次啟動前，這種輕微變形沒有完全恢復，發動機高速旋轉時就會造成軸受力的不平衡，以及葉片尖端與機匣間隙不一致。為了解決這個問題，普惠除了在三號、四號軸承處加裝減震器來減少此不平衡帶來的影響外，還在發動機軟件方便做出修改，增加了發動機啟動前冷卻環節，讓發動機在一個低轉速（N2：7%—10%）穩定運轉一定時間，受熱均勻后，再完成啟動。由于增加了軸承處減震器，該冷卻時間已經得以控制使得發動機的整體啟動時間在150秒以內，相對于V2500的約80秒以及CFM的約50秒，這個時間是相對較長的。

二、發動機性能監控，判斷趨勢提前采取措施

性能監控的方式是通過發動機自身的各種傳感器，將轉速、EGT溫度、振動值等參數通過飛機設備傳至工程部門，工程師會分析此數據所反映的問題安排相應維修工作，類似手段目前幾乎所有商業運營的飛機都在運用，已經非常成熟。針對于PW1100G，目前重點監控的一個參數就是N2 VIB，即高壓軸振動值。相對V2500、CFM56等通常2.0以下不需處理的振動值限制，該發動機的限制值普惠公司給的是5.0。高振動值除前述軸彎可能是原因之一以外，超高的高壓轉子轉速也是重要原因。相對于傳統發動機15000RPM轉的轉速，PW1100G的轉速能達到20000RPM，高出1/3。實際監控情況來看，該發動機的振動值個體差異較大，接近或達到5.0的發動機會被重點監控。由于此結構問題已經超出航空公司的維修能力，一旦轉速持續加大，只能拆下發動機返廠大修，監控的目的在于判斷趨勢，提前計劃，對航空公司的運營影響最小化。

三、計劃性維修和航線維修

除了飛機自帶軟件、后臺軟件等，定期與不定期的檢查也是發現問題的重要手段。根據PW1100G的特點，航空公司也會制定相應的檢查間隔與檢查方式，除了短停對目視可見區域的檢查以外，孔探是目前應用最廣也最有效果的手段之一，通過專用設備，進入核心機內部對壓氣機、燃燒室、渦輪等部位進行成像檢查，發現是否存在裂紋、掉塊等缺陷，可直觀有效的提前發現問題，避免發動機在空中出現突發狀況。

總之，新技術的運用是發展的必然趨勢，也必將帶來風險。廠家與運營方從多種角度出發，多方式的對其進行監控、分析、改進，新技術才能逐步走向成熟，其帶來的經濟、環保等方面的優勢才能得以充分地體現。

參考文獻：

[1]《Airbus A319/A320/A321 Aircraft Maintenance manual》