某型航空發動機轉速擺動故障分析

王世德 劉志宏 王炳輝

摘要：以某型航空發動機轉速擺動為切入點，總結了常見故障特點，區分“真擺”“假擺”兩種類型，闡述了故障原因，結合外場維護經驗給出了切實可行的維護措施。

關鍵詞：發動機；轉速擺動；故障分析

Keywords：engine；swing speed；failure analysis

0 引言

發動機轉速是表明航空發動機工作狀態的一項重要參數。國產某型航空發動機轉速由轉速傳感器采集，由機上綜合顯示裝置（或轉速表）以具體轉速值、轉速百分比等不同形式直觀體現。座艙指示轉速擺動故障是日常維護工作中較常見的典型故障，導致故障的原因多種多樣，按照引發故障的原因分類，通常將由發動機轉速調節系統問題造成的擺動稱為“真擺”故障，將由轉速傳感和指示系統問題引起的擺動稱為“假擺”故障。本文結合國產某型雙轉子渦噴航空發動機構造及燃油調節機理，具體闡述轉速擺動故障的特點、原因及防范措施。

1 轉速擺動量標準

該型發動機裝配于某系列軍用飛機，按照飛機外場維護工藝及技術說明書規定要求，當飛機油門手柄位置一定時，發動機允許的具體轉速擺動量標準為：機上轉速指示器顯示N1<88%時，擺動量不超過±1%；N1>88%時，擺動量不超過±0.6%。如果在使用中座艙指示轉速擺動量超過上述規定值范圍，則必須及時準確判斷轉速“真、假”擺動故障成因并做出正確處置，否則極有可能因飛機、發動機發生抖動共振給飛行員的正常操縱帶來困難，輕則損傷飛機和發動機部附件，重則引起發動機空中停車、承力件斷裂，嚴重危及飛行安全。

2 轉速擺動故障特點

該型發動機安裝在某飛機平臺后，轉速指示系統由2個轉速傳感器和1個轉速指示器組成。其中，轉速傳感器是一個單級、雙極、三相交流發電機，分別被發動機高低壓轉子驅動發出三相交流電。轉速指示器通過采集轉速傳感器發出的三相交流電壓信號，將具體電壓值轉化為轉速表指針驅動力，將具體轉速值以百分比的形式在轉速表上直觀指示出來。通過大量統計該型飛機發動機轉速擺動故障案例，追蹤具體問題相關信息，梳理出轉速擺動故障的如下主要特點：

1）使用年限長、翻修次數多的發動機，發生轉速擺動故障比例偏高；

2）發動機在中小轉速發生擺動故障次數比大轉速發生故障次數明顯偏多；

3）發動機轉速N1比N2發生擺動故障次數多，單個轉子發生擺動故障比兩個轉子同時擺動故障次數多，轉速單獨擺動比轉速、溫度、滑油壓力等相關參數同時擺動故障次數多；

4）N1和N2差值較大時，單個轉子轉速擺動故障次數多；差值較小時，兩個轉子轉速同時擺動故障次數多。

3 故障原因分析

發動機轉速擺動故障是發動機綜合性能好壞的直觀外在反映，“真擺”故障一般是由發動機傳動或燃油調節系統質量問題引起，屬于發動機系統自身的硬故障；“假擺”故障一般是發動機轉速采集、傳輸或指示系統存在問題，不是發動機實際轉速性能參數的真實反映，屬于發動機狀態指示系統的軟故障。只有將這兩種故障原因從根本上加以甄別，才能在判斷和排除故障時減少盲目性，增強時效性。

3.1 “假擺”故障原因分析

通過統計上百起轉速擺動故障案例后發現，在實際維修工作中，該型發動機轉速擺動故障絕大部分為“假擺”故障，故障現象是轉速N1單獨擺動，且大部分發生在中小轉速范圍內。引起轉速“假擺”故障的主要原因有：

1）轉速傳感器線路電纜插頭不清潔。在航空器日常工作時，周圍大氣環境變化相對劇烈，受自身工作條件及所處地理環境影響形成的線路污染較為嚴重，易造成發動機電氣附件插頭內部銹蝕、積炭或接觸不良，引起轉速指示異常擺動。

2）轉速信號電纜插頭導線斷絲或虛接。在飛機設計構造上，轉速表指示器、傳感器信號傳輸導線根部懸空，當發動機工作時，導線受高頻振動強度較大，易在導線根部焊接處形成斷絲或脫焊問題，形成因線路故障導致的轉速指示擺動或不指示問題。

3）轉速傳感器尾軸磨損產生間隙。轉速傳感器是隨飛機機體配套使用的高轉速運轉機件，長期使用過程中尾軸會產生微動磨損使尺寸減小，隨著使用時間的增長，傳感器尾軸與安裝座之間的配合間隙也會逐漸變大，從而造成傳感器轉子定軸性變差，工作時輸出電壓不穩定，引起轉速表指示擺動。

4）違規操作使傳感器受到物理性損傷。在日常維護工作中，一線工作人員因維修技能不足或其他因素影響，造成轉速表傳感器固定螺帽安裝偏斜（松動），或安裝過程中機件意外滑落（磕碰）造成尾軸受外力彎曲變形，都會致使傳感器轉子偏磨、輸出電壓不穩定，引起轉速表指示擺動。

5）信號傳輸電插頭接觸不良或受電磁干擾。飛機上轉速信號傳輸電纜插頭采取釘孔配合方式，反復拆裝易使插釘（孔）因受外力產生彎斜（擴孔），致使釘孔接觸握裹力下降，引起轉速擺動。另外，飛機上電磁環境相對復雜，當信號線路電磁屏蔽層破損或防護能力下降時，也易發生轉速擺動故障。

6）轉速表指示器自身特性引起轉速指示擺動。該型飛機配裝的雙針轉速表指示器因受空間限制，設計上取消了電阻尼裝置，而游絲阻尼作用相對較小，易發生因指示靈敏度過高而產生的轉速指示“假擺”故障。結構上雙針轉速表指示器的N1、N2指針軸為套裝結構，N1指針軸相對細長且采取懸臂工作方式，配合間隙保持相對困難，當N1指針軸發生彈性變形時，兩軸會因旋轉力矩、彈性恢復力矩和摩擦力矩等綜合干涉而發生擺動故障。

3.2 “真擺”故障原因分析

飛機座艙儀表在顯示發動機轉速和排氣溫度、滑油壓力等參數的同時發生擺動，一般表明發動機燃油調節系統出現故障或較為嚴重的調節誤差，若此時發動機轉速在自始轉速以上，可判斷為發動機發生了轉速“真擺”故障。主要原因如下：

1）主燃油泵上回輸層板節流器流量失調或密封膠圈破損。此時，燃調裝置柔性調節性能大幅下降，轉速調節器穩定性變差，控制供油斜盤角的隨動活塞運動速度加快，容易使供油量調整與轉速變化產生自激震蕩，從而引起轉速擺動。

2）主燃油泵中心油濾堵塞，燃油壓力和流量異常變化引起轉速擺動。主燃油泵中心油濾是過濾進入燃油泵油液的最后一道屏障，當其發生堵塞故障時，將直接造成進油阻力增加，進油流量減少。按照主泵燃調特性，供油斜盤角將自動增大，進一步惡化供輸油環境，造成油濾后燃油內氣穴分離，進而導致供油壓力不穩、轉速擺動。

3）N2轉速限制器調節不當，造成提前限速。正常情況下，該型發動機N2轉速限制器的工作轉速為不大于104.5%，以防止發動機轉速過大使旋轉離心力超限而發生葉片疲勞斷裂問題。如N2限速器工作轉速過低，則N1調節器與N2限速器有可能同時參與工作、相互影響，造成供給燃油反復調節，使轉速擺動量超出規定。例如，某發動機夏季試車時，在最大狀態出現轉速擺動故障，檢查N2限制轉速僅為102%，由于夏季氣壓低、進氣溫度高，N2隨動轉速上升超過102%，使得主燃油泵供油失調，造成發動機轉速擺動。

4 轉速擺動故障的預防

針對可能引起發動機轉速擺動故障的多種原因，建議在實際維修工作中采取以下措施：

1）保持機載油液系統清潔。勤務維護中，注意保持加油口清潔，嚴格把控好油液加添、拆裝燃油系統附件和地面設備使用環節，防止臟物和雜質進入系統。每次航前準備時，按規定放出燃油內沉淀、水分等雜質，減少內部污染源。除維護原因外，飛機不允許空油箱停放，以最大限度地減少冷凝水的聚集。

2）對于座艙使用電氣類儀表飛機，注意檢查座艙儀表板的固定應牢靠，各減振墊應無老化、龜裂或失效等問題，防止因儀表板松動或減振失效引起轉速表指針擺動。

3）結合周專檢工作，清洗發動機轉速傳感器插頭上的積炭和污物，采取噴涂823飛機插頭清洗劑、保護劑的措施保證插頭電接觸可靠，并用耐高溫的氟化塑料帶或熱縮管包扎電纜插頭。

4）對于因傳感器尾軸與固定座之間配合間隙大而導致的轉速擺動，可在傳感器尾軸上加裝厚度為0.05～0.2mm的十字型紫銅片或采取更換轉速傳感器及發動機上轉速傳感器安裝座的方法來排除。對于因傳感器梅花螺帽與固定座配合間隙過大引起的轉速擺動，可在N1傳感器梅花螺帽內加裝0.5～1mm厚的紫銅墊片來消除間隙。

5）對于使用時間長、翻修次數較多的發動機，在裝機前應試裝檢查傳感器尾軸與發動機固定座之間的配合間隙是否符合規定。裝機后，應檢查N2轉子限速器工作轉速是否符合規定。

6）新發動機裝機前和進行發動機周期性工作時，應按照維修工藝流程及維護規程方法，清洗燃調裝置上各層板節流器和中間油濾濾芯，校驗流量不超過規定誤差范圍，確保燃油調節器內部清潔和調節精準性。

作者簡介

王世德，工程師，主要從事飛機修理生產及經營管理。

劉志宏，高級工程師，主要從事飛機修理及運行工作。

王炳輝，高級工程師，主要從事飛機航線維修工作。