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摘要：针对某架波音757飞机右发动机在起飞滑跑阶段出现异响的情况，分析了可能的原因，并采取了相应的排故措施。排故经验可供维修人员在遇到类似故障时参考。
关键词：波音757飞机；发动机；异响；故障；放气活门
Keywords：B757 aircraft；engine；abnormal sound；fault；bleed valve
1 故障描述
某航空公司一架波音757飞机在起飞滑跑阶段，因右发动机连续发出异响并伴随机体振动，导致机组中断起飞。地面孔探检查正常，预防性更换了瞬态压力传感组件（TPU）后模拟起飞功率试车，测试均正常，但飞机再次执行航班时又出现异响并伴随机体振动，导致机组再次中断起飞。
2 发动机起飞滑跑阶段简介
该架波音757飞机选装的发动机为三转子RB211发动机。在起飞滑跑阶段，机组接通自动油门后，推力管理计算机经过计算，通过伺服作动器移动油门杆到指令位置，EEC根据油门杆角度及其他参数控制发动机加速至指令EPR，在发动机转速快速增加过程中，压气机引气压力快速增加。为防止喘振出现，放气活门控制组件（BVCU）根据N2转速/T2温度信号或PLA角度信号控制中、高级压气机放气电磁阀，通过放气活门的打开与关闭，使流经压气机的气流量与发动机功率相匹配，提高喘振裕度。
3 故障分析
飞机中断起飞后，调取EICAS信息，有维护信息“R ENG SURGE BITE”出现。对TPU、BVCU进行自检，故障代码分别为40、04，依据FIM 75-32-00指向发动机喘振，但通过译码对比左右发动机的参数，未发现明显差异，与真实喘振现象不符。为验证发动机压气机放气系统工作是否正常，进行了系统分析。
3.1 发动机放气系统原理分析
发动机放气系统是通过放掉中、高压级压气机的气流来维持稳定的压气机工作状态，使发动机在加减速状态下不会出现喘振现象。该功能主要通过BVCU、TPU控制的2个中压级电磁阀、1个高压二级电磁阀、2个高压三级电磁阀来实现对3个中压六级放气活门、1个高压二级、2个高压三级放气活门开关的控制。
在发动机运转过程中，BVCU通过控制電磁活门的电源通断，使伺服压力信号接入或旁通，从而实现对中、高压级放气活门的控制。BVCU的控制方式分为正常模式和备用模式，正常模式是将N2和T2平方根的比值与设定值进行比较，以此来控制放气活门的开关（见图1）；当BVCU失去N2及T2信号时就工作在备用模式下，则根据油门杆角度来控制放气活门的工作，使放气活门在一定的PLA角度下打开，超过该角度则关闭。放气活门的工作状态分为稳态及瞬态，两种状态的划分是根据油门杆的运动快慢来区分的，T代表工作瞬态，在油门快速响应下，放气活门的开关较稳态都会延后。放气活门也受高度的影响，18000ft以上放气活门开关会延后。
防喘及失速系统由TPU及DDU（减速探测元件）构成，TPU用于发动机低功率下的防喘，DDU用于发动机高功率下的失速探测。TPU根据实际P4压力值与参考值的比较而动作，大于参考值则指令TFU激励2.5s，使燃烧室的燃油瞬间减少，断开PLA输入信号，使放气活门工作在瞬态，连续点火以防熄火。DDU的功用是一旦探测到发动机急剧减速，则指令两个HP3放气活门全打开23s，使发动机尽快恢复。为避免高功率状态下冷却涡轮的气流量减少，左HP3放气活门有一个释压阀，当HP3的压力过大时，打开控制腔放掉压力使活门关闭，以满足涡轮冷却气量需求。
3.2 试车验证发动机放气活门工作状态
每个放气活门电磁阀有两个线圈，分别从专用发电机控制组件A或B得电，任何一个线圈工作正常均可控制放气活门，BVCU仅能测试到电磁活门的电信号是否正常，无法检测放气活门工作情况，判断放气活门工作状态需通过试车TEST 3来确定。
依据AMM 71-00-00-715-049执行TEST 3试车项目，通过对比试车功率下的EGT变化值判断活门工作是否正常。但试车多次未能检查出放气活门工作异常，分析认为在前推油门杆时和各活门开关过程中，EGT参数变化均不明显。后经过现场多次试车模拟发现，前推油门杆使EGT按照1℃/s缓慢上升，能够精确记录因放气活门开关导致的EGT变化，测试还发现IP6活门开关不在设定功率范围内。为进一步验证试车结果，对2个IP6电磁阀进行通电测试及电磁线圈电阻检查，均正常。拆下3个IP6活门，检查发现右下放气活门作动弹簧断裂（见图2）。
3.3 损坏IP6放气活门与故障相关性分析
为验证IP6放气活门加载弹簧断裂是否会导致异响振动的发生，对IP6放气活门工作原理进行分析（见图3）。
IP6电磁阀包含两个独立的线圈A和B，分别从专用发电机控制组件A或 B得电，任何一个线圈工作正常均可使放气活门关闭，IP6放气活门本体正常是由于弹簧加载在开位。电磁阀外部连接两根管路，一根连接HP3伺服引气管路，另外一根连接放气活门下腔。发动机运转时，电磁活门未被激励，伺服通气孔关闭，HP3伺服引气进入，在负载弹簧后部建立压力以保持进气口开度，使HP3引气进入放气活门下腔，放气活门打开。当电磁阀通电激励后，伺服通气孔打开，HP3伺服引气被释放，使进气孔关闭，降低了伺服信号管压力，使活门关闭。
给IP6放气活门弹簧预加载一个打开力，现场检查损坏的放气活门，预加载弹簧已断裂，放气活门轴承卡滞，导致活门轴向运动不畅，可停留在任意位置。试车发现TEST3参数混乱，尤其是HP2及IP6活门作动区间参数混乱，例如，A区间EPR1.08～1.15，HP2的关闭通常导致EGT下降10℃～20℃，但实际试车中EGT下降两次且接近40℃；B区间EPR1.17～1.24，IP6关闭通常导致EGT下降10℃～20℃，但实际EGT下降仅一次且为4℃。同时，地面试车时能够明显感觉到发动机气流不畅。综合判断IP6活门提前关闭，且关闭时EPR处于1.1左右。结合机组实际操作分析，当飞机进入跑道后，机组首先会将EPR推到1.1左右，然后衔接自动油门。当EPR到1.1时右下IP6活门已经关闭，当机组衔接自动油门后因HP3级压力比IP6级压力增长率快，导致活门再次打开而出现异响振动。由于IP6级气流快速排出，导致高压级压力瞬时下降，TPU探测到P4与参考值的差值，将PLA信号输入BVCU，使BVCU工作在瞬态，放气活门全开，即IP6放气活门失效状态与实际故障表现一致。
4 结束语
本次发动机起飞滑跑阶段出现异响是因IP6放气活门故障引起，总结经验如下：
1）对于发动机故障，应明确故障发生的阶段，读取相关系统的检测信息，判断相关系统的工作状态，通过译码分析发动机参数来初步判断发动机性能状况，以确定排故方向。
2）通常在地面状态下因各类限制很难通过试车模拟机组操作，给排故带来了一定的难度。因此，在进行测试时应研读手册，对于手册内的参数要求应通过试车完整精准地模拟出来，如在TEST3测试中需要使EGT按照1℃/s缓慢上升才能够精准地判断活门的作动状态。
3）在排故过程中，需通过严谨的逻辑分析确认损伤部件是导致故障的根本原因或唯一原因，避免排故浮于表面。
作者简介
刘善昭，工程师，负责波音737-300/400/800，波音757-200机队的发动机管理及技术支援；主要研究方向是航空燃气涡轮发动机原理与构造、发动机可靠性管理、发动机成本控制。
关键词：波音757飞机；发动机；异响；故障；放气活门
Keywords：B757 aircraft；engine；abnormal sound；fault；bleed valve
1 故障描述
某航空公司一架波音757飞机在起飞滑跑阶段，因右发动机连续发出异响并伴随机体振动，导致机组中断起飞。地面孔探检查正常，预防性更换了瞬态压力传感组件（TPU）后模拟起飞功率试车，测试均正常，但飞机再次执行航班时又出现异响并伴随机体振动，导致机组再次中断起飞。
2 发动机起飞滑跑阶段简介
该架波音757飞机选装的发动机为三转子RB211发动机。在起飞滑跑阶段，机组接通自动油门后，推力管理计算机经过计算，通过伺服作动器移动油门杆到指令位置，EEC根据油门杆角度及其他参数控制发动机加速至指令EPR，在发动机转速快速增加过程中，压气机引气压力快速增加。为防止喘振出现，放气活门控制组件（BVCU）根据N2转速/T2温度信号或PLA角度信号控制中、高级压气机放气电磁阀，通过放气活门的打开与关闭，使流经压气机的气流量与发动机功率相匹配，提高喘振裕度。
3 故障分析
飞机中断起飞后，调取EICAS信息，有维护信息“R ENG SURGE BITE”出现。对TPU、BVCU进行自检，故障代码分别为40、04，依据FIM 75-32-00指向发动机喘振，但通过译码对比左右发动机的参数，未发现明显差异，与真实喘振现象不符。为验证发动机压气机放气系统工作是否正常，进行了系统分析。
3.1 发动机放气系统原理分析
发动机放气系统是通过放掉中、高压级压气机的气流来维持稳定的压气机工作状态，使发动机在加减速状态下不会出现喘振现象。该功能主要通过BVCU、TPU控制的2个中压级电磁阀、1个高压二级电磁阀、2个高压三级电磁阀来实现对3个中压六级放气活门、1个高压二级、2个高压三级放气活门开关的控制。
在发动机运转过程中，BVCU通过控制電磁活门的电源通断，使伺服压力信号接入或旁通，从而实现对中、高压级放气活门的控制。BVCU的控制方式分为正常模式和备用模式，正常模式是将N2和T2平方根的比值与设定值进行比较，以此来控制放气活门的开关（见图1）；当BVCU失去N2及T2信号时就工作在备用模式下，则根据油门杆角度来控制放气活门的工作，使放气活门在一定的PLA角度下打开，超过该角度则关闭。放气活门的工作状态分为稳态及瞬态，两种状态的划分是根据油门杆的运动快慢来区分的，T代表工作瞬态，在油门快速响应下，放气活门的开关较稳态都会延后。放气活门也受高度的影响，18000ft以上放气活门开关会延后。
防喘及失速系统由TPU及DDU（减速探测元件）构成，TPU用于发动机低功率下的防喘，DDU用于发动机高功率下的失速探测。TPU根据实际P4压力值与参考值的比较而动作，大于参考值则指令TFU激励2.5s，使燃烧室的燃油瞬间减少，断开PLA输入信号，使放气活门工作在瞬态，连续点火以防熄火。DDU的功用是一旦探测到发动机急剧减速，则指令两个HP3放气活门全打开23s，使发动机尽快恢复。为避免高功率状态下冷却涡轮的气流量减少，左HP3放气活门有一个释压阀，当HP3的压力过大时，打开控制腔放掉压力使活门关闭，以满足涡轮冷却气量需求。
3.2 试车验证发动机放气活门工作状态
每个放气活门电磁阀有两个线圈，分别从专用发电机控制组件A或B得电，任何一个线圈工作正常均可控制放气活门，BVCU仅能测试到电磁活门的电信号是否正常，无法检测放气活门工作情况，判断放气活门工作状态需通过试车TEST 3来确定。
依据AMM 71-00-00-715-049执行TEST 3试车项目，通过对比试车功率下的EGT变化值判断活门工作是否正常。但试车多次未能检查出放气活门工作异常，分析认为在前推油门杆时和各活门开关过程中，EGT参数变化均不明显。后经过现场多次试车模拟发现，前推油门杆使EGT按照1℃/s缓慢上升，能够精确记录因放气活门开关导致的EGT变化，测试还发现IP6活门开关不在设定功率范围内。为进一步验证试车结果，对2个IP6电磁阀进行通电测试及电磁线圈电阻检查，均正常。拆下3个IP6活门，检查发现右下放气活门作动弹簧断裂（见图2）。
3.3 损坏IP6放气活门与故障相关性分析
为验证IP6放气活门加载弹簧断裂是否会导致异响振动的发生，对IP6放气活门工作原理进行分析（见图3）。
IP6电磁阀包含两个独立的线圈A和B，分别从专用发电机控制组件A或 B得电，任何一个线圈工作正常均可使放气活门关闭，IP6放气活门本体正常是由于弹簧加载在开位。电磁阀外部连接两根管路，一根连接HP3伺服引气管路，另外一根连接放气活门下腔。发动机运转时，电磁活门未被激励，伺服通气孔关闭，HP3伺服引气进入，在负载弹簧后部建立压力以保持进气口开度，使HP3引气进入放气活门下腔，放气活门打开。当电磁阀通电激励后，伺服通气孔打开，HP3伺服引气被释放，使进气孔关闭，降低了伺服信号管压力，使活门关闭。
给IP6放气活门弹簧预加载一个打开力，现场检查损坏的放气活门，预加载弹簧已断裂，放气活门轴承卡滞，导致活门轴向运动不畅，可停留在任意位置。试车发现TEST3参数混乱，尤其是HP2及IP6活门作动区间参数混乱，例如，A区间EPR1.08～1.15，HP2的关闭通常导致EGT下降10℃～20℃，但实际试车中EGT下降两次且接近40℃；B区间EPR1.17～1.24，IP6关闭通常导致EGT下降10℃～20℃，但实际EGT下降仅一次且为4℃。同时，地面试车时能够明显感觉到发动机气流不畅。综合判断IP6活门提前关闭，且关闭时EPR处于1.1左右。结合机组实际操作分析，当飞机进入跑道后，机组首先会将EPR推到1.1左右，然后衔接自动油门。当EPR到1.1时右下IP6活门已经关闭，当机组衔接自动油门后因HP3级压力比IP6级压力增长率快，导致活门再次打开而出现异响振动。由于IP6级气流快速排出，导致高压级压力瞬时下降，TPU探测到P4与参考值的差值，将PLA信号输入BVCU，使BVCU工作在瞬态，放气活门全开，即IP6放气活门失效状态与实际故障表现一致。
4 结束语
本次发动机起飞滑跑阶段出现异响是因IP6放气活门故障引起，总结经验如下：
1）对于发动机故障，应明确故障发生的阶段，读取相关系统的检测信息，判断相关系统的工作状态，通过译码分析发动机参数来初步判断发动机性能状况，以确定排故方向。
2）通常在地面状态下因各类限制很难通过试车模拟机组操作，给排故带来了一定的难度。因此，在进行测试时应研读手册，对于手册内的参数要求应通过试车完整精准地模拟出来，如在TEST3测试中需要使EGT按照1℃/s缓慢上升才能够精准地判断活门的作动状态。
3）在排故过程中，需通过严谨的逻辑分析确认损伤部件是导致故障的根本原因或唯一原因，避免排故浮于表面。
作者简介
刘善昭，工程师，负责波音737-300/400/800，波音757-200机队的发动机管理及技术支援；主要研究方向是航空燃气涡轮发动机原理与构造、发动机可靠性管理、发动机成本控制。