从工程与维修入手提高A320 NEO飞机的运行可靠性

吴海峰

摘 要：通过在启动发动机前增加冷却时间来避免该发动机出现轴弯的现象；发动机性能监控，判断趋势提前采取措施；计划性维修和航线维修。

关键词：PW1100G发动机；经济性；可靠性

空客公司A320系列飞机作为波音公司B737系列飞机的最大竞争对手，自1988年面世以来，因其经典的机体结构，先进的电传技术等，渐成为各大航空公司的主力单通道干线机型。

30多年来，随着航空工业的制造水平不断提升，新型材料在飞机制造领域的应用，空客与波音分别推出了A350、B787两款新型双通道远程客机，新机型与原有A330、B777相比，运行成本大幅降低，各大航空公司反馈良好。为延续A350、B787的良好销售势头，并降低研发成本，空客和波音在其单通道客机经典机体结构基础上分别推出了A320 NEO与737MAX。

我司作为全空客机队，运营的是A320 NEO（New Engine Option），原A320系列我们称其为A320 CEO（Classic Engine Option）。从新旧两款机型的后缀全程我们不难看出它们的区别在于发动机。查阅我司运营NEO以来近两年的运行数据，NEO较 CEO可节约燃油XXXX%。航空公司的总运营成本里，燃油占30-40%，如果机队里CEO全改为NEO，将直接减少航空公司总运营成本的XXX%。

凡事有利就有弊，新型发动机之所以能如此大幅度的降低油耗，主要原因是新材料、新技术的运用，这些没有经过长时间验证的技术的运用，势必会降低发动机的可靠性。以PW1100G发动机为例，它的设计特点包括超高涵道比、带涂层的宽弦风扇叶片、新型合金材料制造的低压、高压轴以及压气机和涡轮叶片、FDGS（Fan Drive Gearbox System）等；其工作特点是极端工作温度和超高转速。

自2016年1月20日，第一架A320 NEO飞机投入商业运营以来，在三年多的时间内PW1100G发动机已经发生了多次空中停车，其原因不一，有的是因为封严失效，有的是因为压气机或涡轮的叶片断裂等等，其空停率远高于商业航班的平均值。我们可以认为这是一个“合理”的过程，因为任何新技术的运用都是通过实践逐步走向成熟的。但由于安全原因，居高不下的空停率是无法接受的，空客公司为此一度停止接收PW1100G发动机的供应，普惠发动机厂家也根据各个航空公司的故障报告，持续进行着改进。但由于发动机整体设计生产已经成型，普惠不会再有大动作，其所做的改进或升级只能是针对性的，一些其结构本身所造成的对后期运营的影响，只能通过工程技术、维修控制、维修方法等方面去解决。在发动机本身可靠性较低的情况下，通过各种方法将故障留在地面，使搭载该发动机的NEO飞机的运行可靠性得以提升至接近CEO的正常水平。

针对现有已知的问题，主要有以下几方面措施：

一、通过在启动发动机前增加冷却时间来避免该发动机出现轴弯的现象

相比普通发动机，PW1100G出现轴弯的趋势主要原因一是温度，二是结构。由于采用了新型的涡轮叶片材料和叶片冷却技术以及FDGS，该发动机热效率非常高，工作温度可大大高于传统发动机，其EGT温度限制能达到1080摄氏度。结构方面，由于PW1100G核心机体机很小，整根轴被设计的很细。发动机关车后，轴停止转动，由于冷空气下降热空气上升的原理，轴上部和下部受热不均，热变形有差异，这会导致整根轴沿中轴线产生弓形变形，理论上上述问题在所有发动机上都存在，但由于此发动机工作温度太高，轴又被设计的很细，此变形情况显得尤其明显，当然，这里的明显只是相对的。若在下次启动前，这种轻微变形没有完全恢复，发动机高速旋转时就会造成轴受力的不平衡，以及叶片尖端与机匣间隙不一致。为了解决这个问题，普惠除了在三号、四号轴承处加装减震器来减少此不平衡带来的影响外，还在发动机软件方便做出修改，增加了发动机启动前冷却环节，让发动机在一个低转速（N2：7%—10%）稳定运转一定时间，受热均匀后，再完成启动。由于增加了轴承处减震器，该冷却时间已经得以控制使得发动机的整体启动时间在150秒以内，相对于V2500的约80秒以及CFM的约50秒，这个时间是相对较长的。

二、发动机性能监控，判断趋势提前采取措施

性能监控的方式是通过发动机自身的各种传感器，将转速、EGT温度、振动值等参数通过飞机设备传至工程部门，工程师会分析此数据所反映的问题安排相应维修工作，类似手段目前几乎所有商业运营的飞机都在运用，已经非常成熟。针对于PW1100G，目前重点监控的一个参数就是N2 VIB，即高压轴振动值。相对V2500、CFM56等通常2.0以下不需处理的振动值限制，该发动机的限制值普惠公司给的是5.0。高振動值除前述轴弯可能是原因之一以外，超高的高压转子转速也是重要原因。相对于传统发动机15000RPM转的转速，PW1100G的转速能达到20000RPM，高出1/3。实际监控情况来看，该发动机的振动值个体差异较大，接近或达到5.0的发动机会被重点监控。由于此结构问题已经超出航空公司的维修能力，一旦转速持续加大，只能拆下发动机返厂大修，监控的目的在于判断趋势，提前计划，对航空公司的运营影响最小化。

三、计划性维修和航线维修

除了飞机自带软件、后台软件等，定期与不定期的检查也是发现问题的重要手段。根据PW1100G的特点，航空公司也会制定相应的检查间隔与检查方式，除了短停对目视可见区域的检查以外，孔探是目前应用最广也最有效果的手段之一，通过专用设备，进入核心机内部对压气机、燃烧室、涡轮等部位进行成像检查，发现是否存在裂纹、掉块等缺陷，可直观有效的提前发现问题，避免发动机在空中出现突发状况。

总之，新技术的运用是发展的必然趋势，也必将带来风险。厂家与运营方从多种角度出发，多方式的对其进行监控、分析、改进，新技术才能逐步走向成熟，其带来的经济、环保等方面的优势才能得以充分地体现。

参考文献：

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