新一代发动机服役早期暴露的问题为其未来维修带来了机会

■ Sean Broderick

尽管LEAP发动机、 PW1000GGTF、TrentXWB、GEnx等新型发动机在运营早期出现诸多问题，会为发动机制造商带来不利影响，而且公众和客户有时也会认为这些产品似乎不够完美，但对于发动机制造商而言，出现问题后随即开展工作、进行改进，使他们能够对公司的发动机保障服务方案进行试验或验证，为未来新型发动机的售后服务奠定了基础。

随着空中交通需求的不断增长和飞机利用率的一再提高,CFM56、V2500、Trent700和GE90等成熟发动机的返厂修理高峰期正在到来,这些发动机的售后服务市场也变得愈发繁荣,MRO供应商在发动机制造商的牵引下,也正享受着几十年前的投资所带来的收益。

与此同时,CFM国际公司的LEAP系列和普惠公司的PW1000G系列等新一代发动机在服役早期也出现了诸多问题,受到广泛关注。目前GE、普惠及其风险分担方正全力开展工作,升级改进,使这些发动机变得更可靠。它们认为,与成熟发动机相类似,现在为新一代发动机开展的部分工作也是为了数年后其售后服务奠定基础。

截至今年8月初,普惠已为75架飞机配装了PW1000G齿轮传动式涡扇系列发动机（GTF）,包括为59架空客A320neo和16架庞巴迪C系列分别配装的PW1100G和PW1500G发动机。但由于PW1100G发动机燃烧室火焰筒和3号轴承座油封等数个部件存在可靠性问题,需要重新设计和改装,因此对该型发动机的服役造成了一定的影响。

2017年各型新型发动机的预期交付量来源：《航空周刊机队与MRO预测报告》

尽管在今年春季普惠公司对大部分服役发动机的油封进行了在翼改装,但仍有部分发动机被送回了修理厂。这些问题给普惠、空客和其他发动机OEM厂商带来了不利影响,但从另一个角度来看,也为他们提供了前所未有的机遇,使他们能够对公司的发动机保障服务方案进行试验或验证。

普惠公司表示,针对3号轴承座油封更新和移除问题,普惠已对其作业范围进行了研究,而且普惠旗下的一家修理厂也已提出了更好、更快解决油封问题的办法。普惠计划对该方法进行试验后予以推广。目前这些返厂发动机的修理却为普惠负责售后市场的专家和工程师们提供了一种机会,使他们能够对服役发动机做出的各种推论进行验证。

对此,美国佐治亚州哥伦布普惠发动机中心也表示认同,认为这给他们带来了很大的机会,让他们能够对公司的工装、手册和大修工艺进行验证。此外,较早发现这些从飞机上拆卸下来的发动机的问题有助于普惠对自身具备的修理水平和优先能力进行验证。普惠派出了专业的工程师团队仔细研究这些发动机,以收集一些在模拟环境下无法获取的宝贵信息。而且,这一工程师团队每周都会与其他地区的工作团队交换修理方面的信息。

该中心负责人认为,发动机服役早期暴露的问题是制造商在建模和设计等其他产业链环节中无法发现或看到的,这无疑是为这些产品的售后服务提供了一些独特的机会。

据普惠称,目前全球可为GTF发动机提供维修服务的修理厂有5家：普惠公司哥伦布发动机中心、德国MTU航空发动机公司、日本航空发动机公司、德国汉莎航空公司和普惠鹰亚洲服务中心。其中,德国MTU航空发动机公司和日本航空发动机公司已开始承接GTF修理业务；德国汉莎航空公司预计于今年第4季度迎来首台GTF返厂维修；普惠鹰亚洲服务中心将于2019年增加PW1100G修理业务。

LEAP系列作为PW1000G的竞争机型,目前也已顺利服役。CFM国际公司将提高飞机可利用率作为LEAP项目的重要研发目标。早期的反馈信息表明,CFM国际公司正在逐步实现这一目标。

LEAP-1A作为空客A320neo系列的选装动力装置,于2016年8月首次服役,截至2017年7月该型发动机在中短程混合工作模式下,日工作时长已超过10小时。

LEAP-1B作为波音737MAX的唯一装配发动机,于2017年5月列装在启动客户马印航空的两架飞机上开始服役,日工作时长达8小时。

CFM国际公司认为,首批LEAP发动机交付后除了LEAP-1B低压涡轮盘存有一些制造缺陷外,运行得非常成功。作为CFM国际公司的合作伙伴,赛峰集团在装配LEAP-1B发动机时,发现该型发动机低压涡轮盘存在制造缺陷。对此,赛峰集团表示,公司已拆除了约30台受影响的发动机,这些发动机低压涡轮盘组件可能系同一批次。

目前罗罗委派了7家修理厂在开展Trent XWB大修。

2011年年底，GEnx装配在卢森堡航空波音747-8F上进行了首飞。

相比之下,罗罗为空客A350系列配装的专用动力装置Trent XWB系列却可靠得多,故障率较低。罗罗表示,在头30个月内拆除的大部分发动机要么是飞机在翼寿命造成的,要么是用于在役数据收集,而并非发动机本身存在问题。

今年年初,罗罗曾表示：“尽管Trent XWB发动机曾出现过一些问题,但目前都已得到了很好的解决,至今没出现过严重的质量问题。当然,我相信即便出现问题,我们也能及时地发现并解决”。

2016年空客共交付49架A350,并解决了客舱供应链等问题。今年7月26日也已交付了第100架A350,目前仍在扩大生产规模,预计到2018年底月产能将达到10架。

罗罗出售的约90%Trent XWB发动机都已经签订了长期服务协议,目前委派7家修理厂作为Trent XWB的维修服务供应商,它们分别是罗罗德比总部的修理厂、罗罗合资企业香港航空发动机维修服务有限公司（HAESL）、新加坡航空发动机服务有限公司(SAESL)和N3发动机大修服务公司(N3),以及第三方MRO供应商达美技术运营公司（Delta Tech Ops）、阿布扎比穆巴达拉发展公司和法荷航工程维修公司(AFI-KLM E&M)。

今年6月,法荷航宣布将在其A350上装配Trent XWB发动机,而且确认订购25架A350-900飞机,并保留25架A350XWB飞机的选择购买权。同时,AFI KLM E&M还加入了罗罗维修服务网络,正在开展Trent XWB和Trent 1000部件修理工艺研发,包括低压压气机轴和燃烧室。

通常,新型发动机的大修在几年后才会形成,其修理合作方在扩大大修业务时,也会得到OEM在培训、专业技术和硬件设备方面给予的支持。但罗罗表示,“公司目前针对Trent XWB并没有制定任何发动机入门培训方案（Engine inductions）,今后一段时间也不会制定”。

相反,波音7 8 7配装的罗罗Trent1000与Trent XWB服役早期的经历完全不同,出现过诸多问题,其中中压涡轮（IPT）叶片出现腐蚀相关疲劳裂纹是最严重的问题。这是2016年年初该发动机启动用户全日空对配装Trent 1000发动机的波音787进行首飞时发现的。而克服这一问题就成为了全面改进部件和更换发动机项目的重中之重。欧洲航空安全局（EASA）和联邦航空局（FAA）对此也做出了指示,要求拆除所有出现过度腐蚀的在役发动机,并返厂维修。在诸多压力下,目前罗罗已研发出耐腐蚀性更强的叶片,正全面推广应用。今年EASA和FAA也要求对高压涡轮叶片疲劳相关问题和中压压气机转子密封件进行检查。

罗罗表示,“现已证实,Trent 1000上出现裂纹的零件的实际使用寿命没有达到原始设计寿命,所以这些零件最好尽早更换”。

叶片疲劳裂纹问题造成多家航空公司的波音787停飞。为此,罗罗斥资约7000万美元用于在役机队“技术条件”的改进,其中一半的资金用于Trent1000系列,以使波音787上安装的零件性能更高。这一投入也是罗罗所未曾预料到的,因为罗罗表示,“这一阶段的资金投入已经足够了,该暴露的问题都已经暴露了”。

庞巴迪C系列飞机完全飞行传感器数据为普惠提供了前所未有的分析机会。

从长期来看,罗罗正在将包括一些Trent 1000和Trent XWB采用的新技术整合到下一代机型Trent 1000 Ten之中。研发Trent 1000 Ten的主要目标是使燃油消耗率（sfc）降低3%。针对波音787-9所需的更低燃油消耗率和更高推力级,罗罗已建立了两套Trent 1000改进工作包,即工作包B和工作包C。而Trent1000 Ten则是Trent 1000 工作包C的升级版,它与工作包C仅有25%的相同零部件,且具有更大的推力,可配装于任何787机型。据悉,列装首台Trent 1000 Ten的波音787飞机已定于今年年底正式服役。

由于其目前的推力级无法满足烟雾排放标准,对早期生产的发动机,罗罗至少需要进行部分改装。罗罗强调：装配Treat 1000 Ten发动机的飞机在四次着陆起飞运行模式内是可以满足烟雾数量标准的,即对机场附近的空气质量不造成污染,但一旦超过四次,就会造成环境污染。因此,罗罗在今年8月初向FAA提出申请,请求FAA授权公司暂时享有烟雾排放限值豁免权,直至2019年年末。期间,罗罗可针对Treat 1000在役发动机重新更改设计方案、制定改装方案。

同样,选择GEnx-1B系列作为波音787动力装置的客户也没能逃脱类似的厄运。问题之一是GEnx-1B系列在吞冰或吸入其他碎片时风扇叶片会产生摩擦。在去年,GE建议对位于风扇叶片前部的风扇定子组件内壳体的耐磨材料进行打磨,并对列装在波音787-8、787-9上的GEnx性能升级包（PIP-2型）发动机进行部分改装。基于此,运营商已完成了风扇机匣强制性改装。

EASA采用的适航指令是FAA颁发的一系列适航指令中的最后版本。FAA颁布这一指令的原因是2016年1月日本航空公司的一架波音787在飞行穿越结冰环境时,2号（PIP-2型）发动机叶片有冰块生成,发生了发动机吞冰事件,造成发动机空中停车。而根据设计原理,发动机吞冰时叶片会略微前移。但令人意想不到的是,前移的同时,叶片会与机匣内部的耐磨密封材料发生摩擦。而波音787另一台PIP-1 型发动机由于一定的构造优势在此次事故中损伤较小。

2016年3、4月份GE发布了具体情况说明书,重点描述了发动机吞冰或吞入其他碎片时叶片前移时与机匣内材料发生摩擦的原理。GE要求至少对波音787两台受影响发动机中的一台进行修理或用一台性能兼容的发动机进行替换。而FAA也于2016年4月向运营商下达了指令,要求其在2016年10月1日之前完成“去双发”。之后不久GE便开始生产线改进。

2013年,GEnx系列也出现过类似结冰问题,对波音787和安装GEnx-2B的波音747-8洲际客机造成了影响。GEnx核心机上堆积的高空冰晶结冰（大暴雨形成的小冰晶）造成数架航班暂时失去飞行动力,飞机飞行高度受限。为此,GE对发动机全权数字控制系统（FADEC）进行了软件更改。更改后,新的软件能够探测出移向发动机核心机的冰晶,并在冰晶进入发动机核心机时,FADEC将命令可变放气阀门打开,排出冰晶。最终,FAA等管理机构解除了飞行高度限制。

GEnx系列启动用户卢森堡航空公司于2011年年末将该型发动机装配在一架波音747-8货机上进行了首飞,到今年年初该型发动机已累计飞行了超过100万小时。GE航空表示：“尽管GEnx发动机在运营早期曾出现过一些非常棘手的问题,但由于我们开展了创新性设计,目前该型发动机运行良好,而且这与GE支援保障团队的工作是分不开的”。

上述几种新型发动机在服役早期出现的问题,也使发动机OEM厂商有了充分发挥他们数据分析能力的机会。

2015年年末GE航空开始采用其研发的Predix平台,将GEnx系列等首批发动机数据录入平台。今6月罗罗旗下的民航飞机可用性中心（Airline Aircraft Availability Center）成立,该中心是罗罗实现发动机实时在役保障的枢纽。罗罗表示“一款新型实时协作系统能够让全球的发动机维护工程师将发动机内部的图片实时分享给中心团队,并向他们征求下一步行动的建议”。

再如,普惠GTF系列发动机与庞巴迪C系列客机的结合也为普惠提供了更广泛的数据分析机会。普惠和庞巴迪组建的项目团队使飞机具备了完全飞行实时数据供应的能力,普惠可利用这些飞行数据对发动机进行监测,了解发动机的运行情况,如eFast 系统就是普惠对飞行数据采集、存储和传输的革新,它可有效地将飞机健康监测系统与地面实施对接。