发动机放气活门关闭引起座舱抖动和异响故障的检查与分析

马进恩 陈培伟 张志峰

（中国南方航空工业（集团）有限公司，湖南株洲 412002）

发动机放气活门关闭引起座舱抖动和异响故障的检查与分析

马进恩 陈培伟 张志峰

（中国南方航空工业（集团）有限公司，湖南株洲 412002）

为查明某发动机在3级放气活门关闭后造成飞机座舱内抖动和异响的故障原因，采用DEWE-1201型振动分析仪等设备对座舱和发动机进行测试，确定了引起座舱内抖动和异响的振动频率。通过逐步对压气机放气活门和可调导叶进行一系列调整、测试，并分析每项工作对异常振动的影响，查明了产生激振力的原因，为排除、预防此类故障提供了解决途径。

发动机 座舱 抖动和异响 放气活门

某型涡扇发动机（以下简称发动机）采用双转子、内外涵道混合排气结构，有3级风扇、9级高压压气机、1级高压涡轮和2级低压涡轮。为了防止喘振，高压压气机的第1级进气导叶为可调结构，第3级和第5级设有放气活门。

1 故障介绍

XXX号发动机在试车过程中，当3级放气活门关闭后，高压转速在90%～95%范围时，操作者感觉到座舱内有抖动和异响，但仪表显示发动机性能参数和振动值均稳定正常。对发动机进行调整安装和串换飞机检查，座舱内抖动和异响的现象始终存在。

类似故障在此前曾有发生，但对故障发动机进行台架试车时未测到异常的振动信号，分解检查也未发现任何零件存在可能引发异常振动的问题。

为查明XXX号发动机在90%～95%高压转速引起飞机座舱抖动和异响的故障原因，决定对发动机和飞机进行测振检查。

2 外场测试

2.1 目的

测试的目的是查明造成座舱抖动和异响的振动频率和变化规律，为故障分析其提供条件。根据操作者反映的现象，应重点关注发动机高压转速在90%～95%范围时座舱内突然出现的低频振动信号。

2.2 测试方案

2.2.1 测试设备

DEWE-1201型振动分析仪、BK-4508B型振动加速度传感器、ENDEVCO-2510型噪声传感器。

2.2.2 传感器布置方案

在发动机的风扇机匣、分流机匣、压气机匣和涡轮机匣上安装振动加速度传感器；在飞机座舱内安装振动加速度传感器和噪声传感器。

2.2.3 试车方案

（1）振动扫描：缓慢的将高压转速从56%（慢车状态）升高至106%（起飞状态），然后缓慢收回至56%；

（2）阶梯检查：将高压转速置于88%，然后以1%为台阶，逐渐升高至97%，每个台阶停留1分钟左右，然后以相同方式收回至88%。

2.3 测试过程及分析

2.3.1 初始状态测试

座舱内布置的振动传感器和噪声传感器采集的信号显示，当推、收油门使高压转速进入90%～95%区域时，座舱内突然出现了频率为41HZ的振动信号和噪声信号，在92%时达到峰值。该信号的出现时机和变化规律与座舱操作人员体感吻合，其频率从出现到消失始终为41HZ，不跟随发动机高、低压转速的变化而改变。

安装在发动机上的振动传感器在高压转速处在90%～95%的区域时，未采集到与座舱内41HZ振动对应的频率信号。

对其他飞机和发动机采取相同的方法进行对比测试，未发现类似的异常振动信号。

本次试验的分析意见：

（1）90%～95%高压转速下，座舱内突然出现的频率为41HZ的振动（以下简称座舱异常振动）是操作人员感受到抖动和异响的来源，应作为后续检查分析的主要关注对象。

（2）根据座舱异常振动频率始终处在41HZ这一特征来看，该振动不是发动机内部机械运转造成的。

（3）从发生的时机来看，座舱异常振动可能与三级放气活门关闭有关（规定为86%～90%，该台发动机实测值为88%）。

2.3.2 调整放气活门关闭/打开转速后测试

（1）将三级放气活门关闭/打开转速调整至84%试车检查，座舱异常振动信号无任何变化；

（2）将三级放气活门关闭/打开转速调整至92%试车检查，座舱异常振动声信号出现范围变为92%～95%。

本次试验进一步证明，座舱异常振动与三级放气活门关闭有关。

2.3.3 打磨放气活门密封面后测试

拆卸发动机外涵机匣后，着色检查放气活门与压气机集气室放气孔密封面的贴合度，发现位于左上方的三级放气活门与放气孔密封面仅有3/4圆周有贴合印迹，且大部分为线状贴合，其余3个放气活门贴合印迹周向连续，大部分为面状贴合，局部为线状贴合。（技术标准要求贴合印迹周向连续，面积不低于80%）。

对压气机匣左上方的三级放气孔与放气活门密封面进行研磨，使着色印迹周向连续（但无法满足贴合面积要求）。

复装发动机后试车，测试发现座舱异常振动信号出现的范围变为90%～92%，且强度明显减弱。该变化与座舱操作人员体感吻合。

本次测试证明，提高三级放气活门与压气机匣放气孔密封面的贴合程度，可以缩小座舱异常振动区域、降低振动强度。

2.3.4 调整进气导叶片角度后测试

将压气机进气导向器从-1°调整至-8°，目的是改变（略微增大）发动机涵道比，以改变内、外涵气流。

试车检查发现座舱内41HZ的振动和噪声信号出现范围变为88%～89%，且强度进一步减弱。该变化与座舱操作人员体感吻合。

本次测试证明，当改变发动机内、外涵气流条件时，座舱异常振动会随之发生改变。

3 机理分析

通过对系列测试工作的结果进行综合分析，可以得出结论：XXX号发动机高压转速在90%～95%区间时，飞机座舱内出现抖动和异响的问题，是压气机匣左上方的三级放气孔密封面与放气活门贴合不严导致内涵压缩空气泄漏，在高压转速处在90%～95%的区域时，内涵泄漏的气流与外涵气流共同作产生激振力，引起座舱响应造成的。

考虑到压气机匣的结构（钣金焊接件）和工作条件（载荷与温度从前往后递增，且随时变化），初步分析放气活门孔密封面与放气活门贴合不严，是由于机匣在制造残余应力、工作载荷与热应力共同作用下产生变形造成的。为了避免这种变形对发动机使用造成影响，现已开展了解决方案的研究工作。

［1］《XXX发动机技术说明书》.中航工业航空动力机械研究所，2011年版.

马进恩，男，中国南方航空工业（集团）有限公司，工程师，专业主攻：航空发动机外场故障诊断与分析；陈培伟，男，中国南方航空工业（集团）有限公司，工程师，专业主攻：航空发动机外场测试；张志峰，男，中国南方航空工业（集团）有限公司，工程师，专业主攻：航空发动机技术状态管理。