一起发动机软轴断裂引发直升机双发停车的故障分析

边英杰，李建新，樊晓峰

(陆军航空兵66347部队，河北保定 071000)

0 引言

米-171直升机装有两台TB3-117BM型发动机。该型发动机配装的电子调节器对发动机压气机涡轮转速和极限工作状态进行调节和控制，使发动机性能和可靠性有了较大提升;另外，当自由涡轮出现超转时，电子调节器发出停车指令，从而保护发动机。如果飞行中出现发动机自由涡轮超转，势必导致发动机空中停车，这将严重危及飞行安全，特别是空中双发超转停车，如处置不当极可能酿成重大事故。

1 故障现象

2008年4月9日，某部组织跨昼夜飞行训练。夜间开飞后，×号米-171直升机开车，地面检查各项工作参数正常。起飞飞至×号机坪，进行悬停检查，直升机工作正常。随后准备落地转换着陆灯，在高度下降至1至0.5m时，直升机突然急剧右转并下降，在空中右转90°接地，接地后继续右转25°停住。其间双发转速和燃气温度急剧下降，旋翼转速迅速降低，发动机声音改变，总告警灯和主提示灯闪亮，语音告警器发出“2号发电机故障”、“1号发电机故障”等报警信号。

1 故障分析

根据故障现象可以确定该机双发停车。而造成双发同时停车的原因并不多，可归纳为进气量不够、燃油不合格、燃油不足以及操纵不当或部附件故障造成双发超转保护停车等情况。

2.1 外部常规检查直升机及发动机情况

1)目视检查发动机外部及进气道，状况良好;

2)检查直升机操纵系统、传动系统、升力系统及供油泵工作状况良好;

3)转动压气机及自由涡轮转子、旋翼、尾桨工作正常;

4)检查燃油箱，油量满，对燃油进行化验，符合标准。

2.2 通过对飞行参数记录仪的判读确定该机为空中双发超转保护停车

在对直升机外部进行检查未发现异常情况后，技术人员对该直升机飞行参数记录仪进行判读。判读结果显示，该架直升机在悬停下降过程中，右发动机瞬间工作异常，压气机涡轮转速和燃气温度急剧上升，同时左发动机燃气温度也随之上升，双发压气机输出功率增大造成旋翼转速超过规定值，致使双发超转保护停车。

表1 飞参记录的双发参数

2.3 自由涡轮超转保护系统工作原理［1］

TB3-117BM型发动机电子调节器中的自由涡轮超转保护装置的功用是:当自由涡轮转速达到(118±2)%时，自动控制发动机停车。

系统工作原理为:自由涡轮超转保护装置控制部件始终监视自由涡轮转速值。当自由涡轮转速达到允许极限值时，自由涡轮超转保护装置控制部件一方面接通自由涡轮转速超转告警电路，“自由涡轮超转”告警信号灯亮;另一方面向ИМ-3А执行机构的电磁活门发出信号，ИМ-3А执行机构接收到自由涡轮电路输出信号后，通过电磁铁打开活门，连通回油路，开大高压燃油通往低压燃油的放油路，回油量迅速增加，致使调节油针后的油压迅速降低，当向喷嘴供油油路的油压降到一定值时，锁闭活门在弹簧作用下切断向燃烧室喷嘴供油的油路，从而使发动机停车。

为了减少输出信号的虚警概率，自由涡轮超转保护系统电路制成完全相同的两条电路。只有在两条电路同时工作时，两个通道才能通过功率放大器将信号发送给ИМ-3А发动机停车执行机构。

在两条自由涡轮电路中，若只有其中一条电路工作，或两条电路在0.2s内不能相继接通，自由涡轮超转信号仍会出现，并且相应的“自由涡轮超转”告警信号灯亮。但是，这时ИМ-3А停车执行机构不工作，因为此时检查电路向强制装置输出指令，回到两个通道的原始状态，即在这种情况下，只有告警灯亮，发动机不停车。

2.4 造成发动机超转保护停车的主要因素

1)由于操纵不当造成

在空中由于下放桨距-油门杆过猛，远远超过其规定值，致使瞬间旋翼负荷突然大幅度减小，加之桨距-油门操纵主调节油针滞后，发动机压气机涡轮输出功率不变，导致自由涡轮转速急剧上升，旋翼转速瞬间增大，当自由涡轮转速超过允许极限值时，发动机自由涡轮超转保护装置参与工作，使发动机停车。

2)由于部附件故障造成

①发动机的自由涡轮(旋翼)超转保护装置传动机构损坏，致使保护装置停止工作。当自由涡轮转速保护装置动力传动失效时，自由涡轮转速保护装置会发出指令将发动机工作状态提高到发动机电子调节器、压气机涡轮转速保护装置或者温度限制器所限制的值上。此时，旋翼桨距不变，导致旋翼转速超出允许值，致使故障发动机超转停车。但这个现象只能导致一台发动机超转停车，不可能导致双发停车，因为当旋翼转速达到(107±2)%时，传动良好的发动机应急断开分流活门开始工作，使良好发动机工作状态降到慢车状态，而另一台发动机继续在最大状态工作。

②功率协调器应急断开分流活门失效。功率协调器的功用是在两台发动机共同工作时，用均衡压气机出口空气压力的方法来均衡两台发动机的功率。功率协调器应急断开分流活门的用途是当旋翼转速达到(107±2)%时断开功率协调器，从而防止在双发同时工作时，一台发动机故障超转带动另一台发动机超转［1］。

因为当一台发动机由于故障使旋翼转速超过允许值时，由于功率协调器应急断开分流活门失效，在功率协调器作用下，另一台发动机的工作状态随之升高。当旋翼转速达到(107±2)%时，由于两台发动机分流活门不能按规定打开，良好发动机工作状态继续升高，旋翼转速继续增大，直至超过允许值时两台发动机电子调节器的自由涡轮超转保护装置工作，打开回油路，致使双发超转保护停车。

2.5 发动机在特定检查中发现的异常情况

1)拆卸右发动机自由涡轮转速传感器水平软轴检查，发现水平软轴后端靠近接头处断裂(见图1)。

2)分解右发动机燃油调节器时，发现中心油滤表面有金属末存在，在自由涡轮转速调节器部件及相关腔体内发现有三件Ф2.5mm断裂的杆状金属物(见图2)，长度分别为8mm、6mm和4mm，表面有啃伤。同时发现，自由涡轮转速调节器和自由涡轮操纵油压传感器的齿轮面存在压伤，该处油腔内壁非工作面存在轻微的擦伤。

图1 水平软轴断裂

图2 杆状金属物

3)将左发动机燃油调节器安装在车台上进行实验，发现功率协调器应急断开分流活门在规定的转速未投入工作，即正常在4510r/min(相当于旋翼转速106%)时应投入工作，而此燃油调节器应急断开分流活门在转速上升至4648r/min(相当于旋翼转速109.5%)时仍未投入工作。

3 结论

右发动机的自由涡轮转速传感器水平软轴过载瞬时断裂，导致自由涡轮转速调节器的放油活门关闭，供油量急剧增大，压气机转速上升，输出功率也急剧增加。同时，左发因右发压气机转速上升，P2压力增大，左发动机在功率协调器的作用下增大其供油量，压气机转速上升，输出功率也相应增大。因双发输出功率同时增大，旋翼转速急剧上升，当旋翼转速达到(107±2)%，自涡转速为(112.2±2)%时，功率协调器应急断开分流活门应按设计要求投入工作，发动机功率下降。但此时，右发动机自由涡轮转速调节器由于水平软轴断裂而未工作，作用在应急断开分流活门随动活塞下端面上的自由涡轮转速操纵油压(P∏CT)为0，应急断开分流活门不能投入工作;而左发功率协调器应急断开分流活门也未按要求投入工作，致使双发分流活门不能按要求进行放油，双发输出功率未能下降，旋翼转速仍继续上升，当旋翼转速达到(112.6±2)%(表中最大为110%)，自涡转速为(118±2)%时，双发超转保护停车。

4 注意事项

通过对此起米-171直升机双发超转保护停车故障原因的分析，为预防此类事故的再次发生，在此浅谈几点启示:

1)发动机在检修或大修过程中，要对发动机功率协调器应急断开分流活门工作性能数据进行测试调整，防止其在规定工作范围内不能参与工作。

2)飞行中，特别是在放桨距，尤其是桨距在6°以下时要特别观察旋翼转速。空中发现旋翼转速猛增等故障，应立即果断地向左转动油门环，同时也可适当上提桨距-油门杆来制止旋翼转速和发动机转速继续上升，这时切忌下放桨距-油门杆。随后用发动机单独操纵手柄降低和调整发动机的工作状态，使旋翼转速恢复到(95±2)%的范围内，同时，通过操纵油门环和单操手柄尽量保持双发转速差不超过2%。在保持参数符合这一要求并不会突增的前提下，将油门环拧回最右。飞行中提放桨距-油门杆的动作要柔和并与油门环和单操手柄配合使用，严密关注发动机的工作状态和旋翼转速的变化，防止旋翼转速上下波动超过允许值。

3)发动机功率协调器应急断开分流活门工作以后，不管旋翼转速是否恢复到给定值，燃油调节器主调节油针前面的高压燃油将分流活门一直保持在最上位置，此时发动机工作状态降低到慢车状态，而不是停车［2］。要想使此分流活门恢复到工作前位置，必须关闭发动机，高压燃油消失，分流活门在弹簧的作用下移到最下位置，关闭高压和低压燃油通道，分流活门才能恢复到工作前位置。

［1］TB3-117涡轮轴发动机维护手册［Z］.2007.

［2］TB3-117涡轮轴发动机技术使用维护手册［Z］.1996.