GEnx-1B发动机振动故障分析与对策

陈文栋

摘要：发动机振动故障对航班运行的影响较大。本文对GEnx-1B发动机振动的各种故障现象进行分析总结，工程师据此可以采取相应的解决措施，快速准确地对故障做出处理，以提高航班的运行效率。

关键词：GEnx-1B发动机;振动;发动机监控组件;配平

1发动机振动监控原理

GEnx-1B发动机（波音787-8/9选装）振动监控系统主要用来显示发动机的实时振動值，同时提供低压转子的配平方案。该系统包括发动机电子控制系统（EEC）、发动机监控组件（EMU）、1号轴承振动传感器、涡轮中央框架振动传感器。其中，EMU是振动监控系统的核心部件，所有振动传感器都使用压电石英晶体元件来感受发动机结构的径向变化。EMU以未经滤波的宽带格式接收来自振动传感器的原始振动数据，经过滤后计算出N1和N2转子的振动值，最高的N1或N2振动值将显示在发动机指示与机组警告系统（EICAS）的次级显示器上。如果EMU对其接收的振动信号无法识别出振动源是来自N1还是N2，则以振动平均值BB来显示。振动值正常的显示数值为0～4.0，如果大于或等于4.0，则反白显示。如果振动值超标，EICAS显示格式会发生相应变化并伴随维护信息的出现。高的N1振动指示一般伴随着有感觉的振动，高的N2振动指示则无此现象。

发动机振动值是航空公司监控发动机状态的重要参数，工程师通过性能监控软件可以实时接收发动机性能参数，当振动值超过预设值时（一级2.2、二级4.0），系统立即通过手机短信提示工程师，以便及时采取相应措施进行故障处置。

2故障分析与排除

图1所示为我公司的波音787-8/9 机队2014～2018年GEnx-1B发动机振动故障原因分布，运行4年来，累计收到54起发动机振动故障报告，其中振动值大部分为超标，少部分显示空白。通过对故障的时空特性、表现形式、伴随信息等多方面的综合分析，得出导致发动机振动值高的主要原因是地面滑行颠簸，其他原因包括异常天气、EMU瞬时故障、EMU内部故障和发动机本体振动超标，图2给出了不同故障原因引发的发动机振动值变化。

2.1 地面滑行颠簸

波音787梦想飞机的主要材料是高强度低重量的复合材料，机翼重量轻，上反角较大。这一设计使得飞机在地面滑行时机翼更易受到颠簸而产生抖动，机翼吊架下的发动机随之发生振动值波动。根据报文，航班运行时多次在北京首都机场地面滑行阶段触发高振动值，大部分都集中在Z2、Z3滑行线，由于地面不平整导致振动值在2.0～4.9之间波动，驾驶舱无明显震感，发动机其他参数正常。飞机无超差记录，无自动事件，无代码。离开地面颠簸区域后，发动机振动值立即恢复正常，其他阶段无异常。飞机停靠机位后根据维护手册完成双发进排气区域目视检查，检查正常，检查风扇叶片、进气整流锥和填块，均正常。

2.2 异常天气

1） 结冰

787飞机在空中进入结冰区域时，防冰活门自动打开，根据结冰程度的不同，发动机振动值阶跃上升并在2.5～4之间波动。飞机通过结冰区后，发动机振动值迅速恢复正常（一般小于1），客舱无明显震感。地面的机务工程师可持续监控发动机，只要振动值等发动机参数正常即可继续执行航班。为谨慎起见，机组应按需通过卫星电话与机务工程师沟通，确认是因为飞机经过结冰区导致发动机振动值异常。飞机落地后检查发动机无超差记录，一般有维护信息77-11601（发动机高振动超限），如果没有ENG FAIL、ENG SURGE、ENG THRUST等状态信息，且离开结冰区后的发动机参数无异常，即可确定导致低压转子不平衡的原因是冰晶引起的振动值偏高。

2） 气流波动

当飞机穿云或处在短时大风等严重气流波动的情况下，发动机振动值会相应增大到1.5～2.5，N1等发动机参数却无异常变化，外界气流结束后，振动值恢复正常。可在飞机落地后根据维护手册完成发动机进排气区域目视检查，若结果正常就无需进行后续工作。

2.3 EMU内部故障

维护工作中检查发现ENG GEN VIB MONITOR L 和ENG VIB MONITOR L 两条状态信息，关联维护信息77-09601（EMU没有向CDN输出数据），左发振动值空白，先按MEL放行，后续航段再次出现该现象，航后落地检查确认故障实时存在。机务人员测试EMU两个CDN通道均无EMU的反馈数据，脱开RPDU相关插头，测量有115V交流电通往EMU;测量EMU到RPDU之间线路的绝缘性，连续性正常。根据以上情况，判断EMU故障，更换EMU后安装软件并重新输入配平数据，测试正常无代码。试车检查正常，慢车时振动值0.6。后续跟踪EMU厂家的修理报告，判断是振动信号处理组件、功率组件、通信处理组件损坏，未发现封严及其他物理性损坏，更换新件后测试正常。

2.4  EMU瞬时故障

飞机健康系统监控到发动机运转时振动值显示空白，伴随维护信息77-12001 （EMU内部故障）。针对此故障，短停先将EEC维护电门放至测试位并等待30s，再将EMU维护电门放至测试位并等待30s，发动机振动值一般会显示正常。如故障现象依旧，再重置EMU跳开关，振动值可以恢复正常显示。此类故障现象多出现在地面启动发动机或将EMU维护电门人工放在测试位或空中电源转换时，EMU内部执行初始自测试就会将振动值设置为空白，通过重置EMU跳开关可以清除维护信息并使振动值显示正常。根据波音SB要求，将EMU软件版本升级到EA55后，此类故障可以基本解决。

2.5 发动机本体振动超标

新发动机在交付客户之前都会执行振动测试并进行配平，以确保振动值在标准范围之内。航空公司在机队运行时可以按需对低压转子进行配平。GEnx-1B发动机风扇叶片的前缘是钛合金，其余都是较轻的碳纤维复合材料，而且叶片燕尾槽底部的防磨带附着特氟龙润滑剂，这样的设计使得叶片在满足其他性能参数的基础上更有利于减少振动。

我公司机队运行4年来仅收到1起由于发动机配平问题引起的振动超标报告。该飞机某航段在起飞和下降阶段出现短时振动超标，其余阶段的振动值稍微偏高，全程无防冰指示。落地后从机组处确认飞机未经过冰晶区，检查发动机进排气区域正常，确认驾驶舱无代码，无自动事件。后续航段又出现两次高振动值告警，航后对发动机进行低压系统配平测试。按照EMU提供的配平方案配平，拆下21号P10钉并安装P01钉，拆下36号 P01钉并安装P06钉。再次进行振动测试，N1为88%时振动值最大0.6，满足手册要求。为确保航班正常可控，将该飞机从洲际航班调整为国内航班，后续航段左发振动值最高为0.8，说明配平有效。查询该发动机历史，发现该发动机于4天前刚完成装机，初步判断是大修后的振动测试时间不足，导致风扇叶片装配的磨合不够，引起振动超标。

另外，工程师在进行发动机低压转子振动试车时发现，配平测试可以通过电子飞行包（EFB）进行，比使用维护手册中要求的通过笔记本电脑进行测试更稳定、更高效。用笔记本电脑测试存在的问题是：全程40min内需专人手动按压数据线以确保连接正常（数据线接头容易受振动松脱导致断开连接），若不慎断开连接，需耗费人力、燃油重新进行试车。采用EFB进行试车不会有上述问题。此建议被波音公司认可并采纳，后续将修订相关维护手册。

3 总结

由上述分析可知，GEnx-1B发动机的高振动值大部分都是由外部原因造成的，发动机本体振动所占故障比例较小。对于因地面滑行颠簸、异常天气引起的故障，需根据外界环境状况、发动机运行参数和驾驶舱相关信息进行综合判断，若发动机振动值只是短时偏高，后续迅速恢复正常，而飞机落地后的外部目视检查正常，其余航段无异常报告，则航班可以继续运行，无需进行维护工作。若发现其他异常，则需根据手册进行排故。对于发动机本体振动超标故障，需从发动机装机阶段开始持续监控，确保高质量完成初始发动机装机试车的相关工作，并根据发动机运行状态对其及时进行配平，避免发动机性能恶化。对于EMU故障，需根据相关手册及时隔离排故，再视情完成后续工作。