某型发动机喘振故障的研究

高欣怡

【摘 要】某型航空发动机在空中训练中发生了喘振，导致涡轮叶片大部分烧毁缺失，发动机超温停车。根据喘振的机理和发动机的结构以及工作原理制定故障树，并经过一系列检查和分析，准确判断出故障部位为燃调，并查明了故障的根本原因为零件加工过程中产生的毛刺，导致偶件配合间隙变小，发生异常磨损所致。本文为排除、预防此类故障提供了解决途径。

【关键词】航空发动机 喘振 停车 故障树 燃调 毛刺

1 前言

喘振是气流沿压气机轴线方向发生的低频率、高振幅的振荡现象。发生喘振时，发动机转速不稳定，推力突然下降，排气温度急剧升高，严重时会导致叶片折断，发动机停车。根本原因是气流在叶背上发生严重分离，并扩展至整个叶栅通道。

某型涡扇发动机采取的防喘措施有：双转子结构，进气导叶可调，压气机中间放气。本文介绍了该型发动机一起喘振故障的检查与分析过程。

2 故障现象

某部一架飞机空中训练中，飞行员收回油门过程中，转速异常下降至低于慢车， 排气温度急剧上升并超过限制值，增大和减小油门均不能解除，最终发动机空中停车。着陆后检查发现高、低压涡轮叶片大部分烧毁缺失。

3 故障检查与分析

3.1 故障树

根据故障现象和飞参记录，判断故障为喘振导致发动机超温，烧毁涡轮叶片后停车。根据喘振发生的机理，故障分析组绘制了故障树（见图1）。

3.2 按故障树排查

按故障数底事件进行排查，情况如下。

（1）判读飞参，故障发生时飞机处于平飞姿态，且为单机科目，不存在“严重进气畸变”条件。

（2）复查厂内记录，故障发动机气动稳定性检查合格，可排除“喘振裕度不够”的可能性。

（3）检查发动机的放气活门、可调导向叶片动作灵活性，均正常。

（4）拆下燃调检查发现传动轴有卡滞现象。

从以上检查情况来看，燃调存在异常情况，可能对放气活门工作造成影响，为进一步查明具体原因，将燃调返回承制厂进行试验和分解检查。

3.3 燃调原理及检查情况（如图2所示）

燃调控制放气活门关闭/打开的机构原理如下：

（1）燃调的Pn离心传感器组件通过传动轴感应发动机转速，转速增加，离心传感器张开角度增大，反之则减小。

（2）离心传感器张开角度增大，Pn压力顶针推动支座组件向右移动，使Pn杠杆顺时针旋转，关小喷嘴开度，Pn油的压力增加；反之Pn压力减小。

（3）当P油压力增加并达到克服弹簧的作用力时，分流活门向下移动，放气活门关闭；反之，放气活门打开。

按以上思路分析：燃调的离心传感器故障，引起Pn油的压力异常，从而导致在规定转速下，放气活门未打开。通过以下检查得到验证：

1）在传动轴不转动的情况下试验，发现Pn油的压力已达到转速90%时的水平，在该压力条件下，放气活门是关闭状态（正常应处于打开位置）。

2）分解燃调，发现离心传感器的铜轴套与传动芯轴卡滞，二者配合表面有金属屑和异常磨痕。进一步分析判断二者卡滞是由于加工过程残留的毛刺在工作时脱落，形成多余物造成的。

3）分解离心传感器组件，发现中间支架油孔的毛刺是导致组件卡滞的原因。

4）更换合格的离心传感器组件，燃调功能恢复正常。

4 故障结论

由于燃调离心传感器卡滞，当发动机高压转速下降到放气活门打开转速以下时，离心传感器支架无法正常归位，引起Pn指令压力与发动机转速不符（过高），造成放气活门未能正常打开，导致发动机喘振超温，涡轮叶片烧毁后停车。

传感器偶件卡滞的原因是零件加工中毛刺去除不彻底，残留毛刺在工作中脱落造成的。

参考文献：

[1]XXX11发动机技术说明书.中航工业航空动力机械研究所，2001.12.

[2]航空燃气轮机原理.国防工业出版社，2008.09.