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成长的烦恼

2018-06-12陈肖

航空知识 2018年6期

陈肖

空中第一现场

安装普惠静洁动力PW1100G-JM发动机的A320neo。

2018年2月9日，欧洲航空安全局（EASA）发布了紧急适航指令（AD 2018-0041-E），对装有PW1100G-JM发动机的一些空客A320neo和A321neo飞机实施操作限制，此前部分飞机因发动机原因发生了几次空中停车（IFSD）和中断起飞（RTO）事故。受影响的发动机更容易使飞机发生IFSD事故。该故障主要由序列号为ESN P770450及以后部分批次发动机改装过的高压压气机后轮毂刀锋封严部件失效引起。EASA责令相应飞机不得同时安装两台受影响的发动机，同时将安装受影响发动机飞机的ETOPS降低到60分钟，且不得越洋飞行。

发生了什么事

用最简单的话来讲，为保证发动机压气机的工作效率，每级（组）压气机风扇的转子与静子之间安装有密封环。普惠PW1100G-JM发动机的一个批次的这个密封环此前因为密封不严而导致发动机故障频发，普惠为此对这批发动机更换了新密封环，但时过不久，更换了新密封环的发动机出现了更严重的问题，可能是因为材料或结构设计问题，部分新密封环发生了破裂，产生的碎片进入压气机、燃烧室和涡轮，这会导致发动机异常停车。

引发破裂的原因

目前，普惠官方并没有对外披露密封环破裂的具体原因。但根据现有信息分析，在此前的密封环表面上发现了高磨损痕迹，磨损导致气密效率降低。新密封环可能使用了不同材料，且这种材料并没有经过全状态全寿命周期的疲劳测试。而导致过早金属疲劳的原因可能是因为气流引起的自激发振荡，及气流脉冲引发了密封环共振，最终导致破裂。

由于普惠公司未公开原因，以上仅为从专业角度进行的推论。

空中第一现场

“飞机起飞大约30分钟后，我听见一声巨响，我坐在12C，我看到左边窗外的闪光……当时飞机剧烈震动，一些人开始尖叫……”这是发生在3月5日IndiGo航班空中停车事件时乘客对媒体的描述。30分钟后飞机单发成功着陆。

“起飞过程中，我觉得飞机发动机的声音有些不对劲儿，在几乎不到2000英尺（约600米）的时候，我闻到机舱里有烟味。”这是发生在1月10日的IndiGo航班单发失效时一位乘客的描述。

我们且认为这两位经历了单发失效的乘客的描述准确，密封环破裂的确会引发“巨响”和“震动”，因为碎屑会经过燃烧室然后伤害涡轮，动平衡被破坏后引发震动和巨响。至于“闪光”的描述，可能是涡轮盘甩出了破碎零件，但该可能性较低。

至于1月10日的这起事故，由于官方没有进一步说明，仅从乘客描述的烟味来看，并不能确定这次空停就是由密封环失效导致的。

连锁反应

普惠GTF系列发动机的主要装机型号有：空客A320neo家族、庞巴迪C系列、俄罗斯MC-21、日本MRJ支线客机和巴西航空工业E2系列飞机。目前出现故障的发动机装机在部分A320neo上。除媒体大量爆出的印度JndiGo航空发动机事故外，目前，中国也有国航、南航、川航、天津航、西部、香港快运等多家航空公司运营着安装普惠PW1100G-JM发动机的A320neo，其中中国南方航空目前运营着7架A320neo和1架A321neo。

但是，南航的A320neo在去年也发生过多起空中停车事故，而造成空停的原因似乎并不是GTF发动机最新的密封环问题所致。

此外，虽然没有具体数据披露，但是在EASA发布关于GTF发动机的紧急适航指令后，空客暂停了向客户交付安装相关发动机飞机的工作，飞机积压对空客会造成巨大经济损失。

普惠如何应对

普惠总裁罗伯特·勒杜克在EASA发布紧急适航指令后对媒体表示，受影响的43台PW1100G-JM发动机将在4月底重回空中，此外还有55台尚未装机的PW1100G-JM发动机也将在升级之后交付用户。其实早在3月15日，普惠已经为55台发动机中的22台更换了新的密封件。

受该问题影响，生产PW1100G-JM发动机的工厂已经在今年2月完全停产。目前普惠的齿轮传动涡扇（GTF）发动机产量已经在第一季度低于目标，但勒杜克表示，到第三季度，公司会赶上其在2018年的产量时间表。普惠原计划2018年的GTF发动机产量为750台。

这个看似平淡的表述，背后又有多少压力需要承担？

GTF发动机，作为目前业界第一款使用齿轮传动的大涵道比涡扇发动机，具有优秀的燃油效率和极低的噪音，但作为行业的开路先锋，GTF发动机从研发之日就并不顺利。因为除了上文所述的密封件问题外，在A320neo交付之初，GTF發动机还发生过燃烧室和燃油泵、轴承等问题，虽然这些问题现在都已得到各种形式的解决或缓解。

此外，普惠的竞争对手——CFM国际公司从2017年以来，获得了超过400架空客A320neo家族飞机发动机的合同，而普惠仅获得了60余架飞机发动机合同。随着PW1100G-JM发动机故障事件的进一步发展，两家的订单数量差距还在进一步拉大，CFM国际公司的合同数量一度达到普惠的10倍之多。

为此，普惠及其母公司联合技术公司曾绘制蓝图，用100亿美元的重金投入，以及从PW8000开始长达20年卧薪尝胆的研发，打算以革命性的齿轮传动技术打破CFM国际公司在窄体客机发动机市场上的主导地位，现如今这一宏伟目标恐怕将变得遥遥无期。后者生产的CFM56系列发动机目前大量应用在波音737和空客A320家族飞机上。

由于普惠官方未公布PW1100G-JM发动机的结构图，以俄制SSJ-100所使用的SAM146涡扇发动机结构图为例，现代航空涡轮发动机密封环的结构和原理基本类似。

圈中锯齿形状的就是高压压气机密封环，或普意官方所称的高压压气机后毂刀锋。

齿轮传动技术的质疑

齿轮传动技术本身，是一项革命性的创新，这一点毋庸置疑。从2016年1月服役以来，GTF发动机实现了其设计性能指标，降低了16%的燃油消耗，该指标在一些航空公司反馈的数据中表现的更加优秀，比监管排放标准减少了50%的氮氧化物，缩小了75%的噪音轨迹。

而且从目前影响使用的情况来看，问题也并没有发生在减速齿轮机构，甚至不是低压转子部分。普惠公司有着多年的发动机制造经验，其生产的PW4000系列广泛应用在空客A330、波音747等飞机上。

当然，或许是因为普惠公司并没有十分丰富的小型涡扇发动机（应用于窄体客机）的制造经验，因此在结构小型化方面遇到了问题。结构小型化在压气机部分的挑战，主要在高压压气机部分，压气机风扇转子尺寸缩小，使得对级间气密性的要求进一步提升。但这并不是GTF发动机出现目前如此严重问题的理由。

因失利看衰普惠？

PW1100G-JM系列发动机出现众多问题后，看衰齿轮传动技术，甚至看衰普惠的声音在舆论上不断发酵。毕竟单印度这次98台受影响发动机的维修升级费用就高达5000万美元，而对所有潜在受影响发动机的升级工作会使损失增加到接近12亿美元。这对任何一家公司来说都是一笔不小的损失。

但是，因为一款产品在诞生初期遇到了一些挫折，就看衰甚至全盘否定，这样的观点就有失偏颇了。对航空发动机这样一款高技术产品，或者说是一款高技术工程而言，可靠度方面的风险函数肯定符合“澡盆曲线”规律。新产品的诞生或新技术的应用在最初阶段失效率（或问题概率）一定是比较高的，但这部分的失效率会随时间递减，这称为早期失效，第二部分则是固定的失效率，称为随机失效，第三部分是超过设计寿命后，失效率随时间递增，称为老化失效。航空发动机这类具有极高技术含量的工业产品，其质量更是符合“澡盆曲线”规律。

PW1100G-JM系列发动机也如此，只不过，它早期的失效率有点儿太高了，高到了一些人开始担心它能否在拖垮整个项目之前，下降到固定失效率的阶段。

那么从PW1100G-JM的暂时失利看衰普惠的能力，这就更不符合逻辑。普惠对新技术的探索与推广应用，业界有目共睹。

不吹不黑，用事实说话。第一代喷气式客机波音707，普惠JT3C成为了其首选动力；波音747，普惠是第一个为宽体飞机提供真正大涵道比涡扇发动机的公司；庞巴迪C系列，普惠是第一家为其提供采用了齿轮传动技术发动机的公司……作为第一个吃螃蟹的人，没有谁为它在前面铺路，而后来者却可以从“先驱”身上获得很多经验。

所以至少，普惠在创新这条路上的探索，赢得了世人的掌声。而创新付出的代价，只有普惠自己知道。

还有谁的错

数百台发动机返厂造成的损失普惠该承担就承担。但造成航空公司利益受损，仅仅是因为普惠技艺不精？恐怕没那么简单。

飞机制造商空中客车是否只需要发动机通过EASA/FAA的认证就可以装配？还是需要自己再对飞机与发动机的适配性和耐久性进行测试？当然，飞机制造商可以信赖EASA/FAA的认证，那么此时EASA/FAA就显得尤为重要，这两家认证机构是如何给普惠这款“问题产品”颁证的呢？他们的工作有没有缺失的地方？

2018年1月18日，安装PW1100G-JM的A320neo来中国丽江、稻城等地进行了发动机高原性能试飞。而安装LEAP-1A发动机的A320neo早在2016年就在中国顺利完成了相关实验。

因为，既然普惠PW1100G-JM发动机的这些问题在认证测试中没有暴露出来，那么显然这套认证测试方法还有缺陷。

耐久性的认证方法依然是大家关注的重点。因为PW1100G-JM这次出现的重大问题并不会在很短的测试或使用中发现。那么普惠公司是否有对产品进行全寿命周期的测试，或者全寿命疲劳试验正在做，尚未完成？要知道，很多飞机的全寿命疲劳试验是在飞机交付客户使用后一段时间才完成的。那么发动机疲劳试验是否也是如此？普惠没有给出答案。

但无论是普惠公司提交给认证方的数据有问题，还是认证方使用的方法有缺陷，EASA和FAA对批准PW1100G-JM发动机进入市场这件事都难辞其咎。

被客户放弃了？

作为普惠GTF发动机在中国的启动用户，中国南方航空却在2017年6月宣布为其50架新的空客A320neo飞机订购LEAP-1A发动机。南航在运营以普惠GTF发动机为动力的A320neo期间，曾有一段时间因无发动机可用而造成飞机停场，造成了巨大的经济损失。南航订购LEAP-1A发动机的这批订单金额高达15亿美元（目录价），也就是说，普惠公司在南航一家就损失了多达15亿美元的进账。此外，还有多家航空公司在发动机动力选择上做出了新的表态或行动。

但在今年4月初，PW1100G-JM发动机问题尚未完全解决的时候，捷蓝航空宣布为其订购的45架A320neo选择GTF。这一决定使捷蓝航空从此前的86台发动机订单增加到183台，订单总价值超过20亿美元（目录价）。

捷蓝航空的这一订单无疑是为处境艰难的普惠公司注入了一剂强心剂。但此时公布的这笔订单，不知道普惠有没有给捷蓝航空提供折扣，或提供了多少折扣。

此时的折扣是必要的，因为此时为A320neo选择CFM国际公司LEAP发动机的飞机订单数已经比选择PW1100G的高出近600架，CFM获得了A320neo家族60%的发动机订单。尚未进行发动机型号选择的A320neo家族订单总数只剩2000多架，为目前A320neo家族总订单数的三分之一。

普惠需要航空公司客户的支持，而此时的支持则显得更为重要。

未来依然光明？

被誉为“改变行业游戏规则”的，采用齿轮传动技术的大涵道比渦扇发动机，在可预见的未来，一定是航空发动机技术发展的趋势。

A320neo采用的LEAP和PW1100G两款发动机，前者CFM国际公司的LEAP的核心机是基于GE公司GEnx核心机的缩比设计，并引入了最新的气动、结构、冷却、复合材料等技术，最终使A320neo获得了15%的燃油效率提升。这样的提升将采用传统结构的涡扇发动机的性能指标推到了极限，未来即便再进行改进升级，但如果不对结构进行概念性更新，恐怕很难有10%这种量级的效率提升。

从该角度看，普惠公司对发动机齿轮传动结构的应用，使提升效率起到了质的改变，普惠也有升级PW1100G系列发动机核心机的打算，预计将获得额外5%～7%的效率提升，该目标计划在2025年前完成。

当然，这一切的前提，还是看普惠公司能否在短时间内解决PW1100G-JM现有这些棘手的问题。

责任编辑：王鑫邦