某型航空发动机转速摆动故障分析

王世德 刘志宏 王炳辉

摘要：以某型航空发动机转速摆动为切入点，总结了常见故障特点，区分“真摆”“假摆”两种类型，阐述了故障原因，结合外场维护经验给出了切实可行的维护措施。

关键词：发动机；转速摆动；故障分析

Keywords：engine；swing speed；failure analysis

0 引言

发动机转速是表明航空发动机工作状态的一项重要参数。国产某型航空发动机转速由转速传感器采集，由机上综合显示装置（或转速表）以具体转速值、转速百分比等不同形式直观体现。座舱指示转速摆动故障是日常维护工作中较常见的典型故障，导致故障的原因多种多样，按照引发故障的原因分类，通常将由发动机转速调节系统问题造成的摆动称为“真摆”故障，将由转速传感和指示系统问题引起的摆动称为“假摆”故障。本文结合国产某型双转子涡喷航空发动机构造及燃油调节机理，具体阐述转速摆动故障的特点、原因及防范措施。

1 转速摆动量标准

该型发动机装配于某系列军用飞机，按照飞机外场维护工艺及技术说明书规定要求，当飞机油门手柄位置一定时，发动机允许的具体转速摆动量标准为：机上转速指示器显示N1<88%时，摆动量不超过±1%；N1>88%时，摆动量不超过±0.6%。如果在使用中座舱指示转速摆动量超过上述规定值范围，则必须及时准确判断转速“真、假”摆动故障成因并做出正确处置，否则极有可能因飞机、发动机发生抖动共振给飞行员的正常操纵带来困难，轻则损伤飞机和发动机部附件，重则引起发动机空中停车、承力件断裂，严重危及飞行安全。

2 转速摆动故障特点

该型发动机安装在某飞机平台后，转速指示系统由2个转速传感器和1个转速指示器组成。其中，转速传感器是一个单级、双极、三相交流发电机，分别被发动机高低压转子驱动发出三相交流电。转速指示器通过采集转速传感器发出的三相交流电压信号，将具体电压值转化为转速表指针驱动力，将具体转速值以百分比的形式在转速表上直观指示出来。通过大量统计该型飞机发动机转速摆动故障案例，追踪具体问题相关信息，梳理出转速摆动故障的如下主要特点：

1）使用年限长、翻修次数多的发动机，发生转速摆动故障比例偏高；

2）发动机在中小转速发生摆动故障次数比大转速发生故障次数明显偏多；

3）发动机转速N1比N2发生摆动故障次数多，单个转子发生摆动故障比两个转子同时摆动故障次数多，转速单独摆动比转速、温度、滑油压力等相关参数同时摆动故障次数多；

4）N1和N2差值较大时，单个转子转速摆动故障次数多；差值较小时，两个转子转速同时摆动故障次数多。

3 故障原因分析

发动机转速摆动故障是发动机综合性能好坏的直观外在反映，“真摆”故障一般是由发动机传动或燃油调节系统质量问题引起，属于发动机系统自身的硬故障；“假摆”故障一般是发动机转速采集、传输或指示系统存在问题，不是发动机实际转速性能参数的真实反映，属于发动机状态指示系统的软故障。只有将这两种故障原因从根本上加以甄别，才能在判断和排除故障时减少盲目性，增强时效性。

3.1 “假摆”故障原因分析

通过统计上百起转速摆动故障案例后发现，在实际维修工作中，该型发动机转速摆动故障绝大部分为“假摆”故障，故障现象是转速N1单独摆动，且大部分发生在中小转速范围内。引起转速“假摆”故障的主要原因有：

1）转速传感器线路电缆插头不清洁。在航空器日常工作时，周围大气环境变化相对剧烈，受自身工作条件及所处地理环境影响形成的线路污染较为严重，易造成发动机电气附件插头内部锈蚀、积炭或接触不良，引起转速指示异常摆动。

2）转速信号电缆插头导线断丝或虚接。在飞机设计构造上，转速表指示器、传感器信号传输导线根部悬空，当发动机工作时，导线受高频振动强度较大，易在导线根部焊接处形成断丝或脱焊问题，形成因线路故障导致的转速指示摆动或不指示问题。

3）转速传感器尾轴磨损产生间隙。转速传感器是随飞机机体配套使用的高转速运转机件，长期使用过程中尾轴会产生微动磨损使尺寸减小，随着使用时间的增长，传感器尾轴与安装座之间的配合间隙也会逐渐变大，从而造成传感器转子定轴性变差，工作时输出电压不稳定，引起转速表指示摆动。

4）违规操作使传感器受到物理性损伤。在日常维护工作中，一线工作人员因维修技能不足或其他因素影响，造成转速表传感器固定螺帽安装偏斜（松动），或安装过程中机件意外滑落（磕碰）造成尾轴受外力彎曲变形，都会致使传感器转子偏磨、输出电压不稳定，引起转速表指示摆动。

5）信号传输电插头接触不良或受电磁干扰。飞机上转速信号传输电缆插头采取钉孔配合方式，反复拆装易使插钉（孔）因受外力产生弯斜（扩孔），致使钉孔接触握裹力下降，引起转速摆动。另外，飞机上电磁环境相对复杂，当信号线路电磁屏蔽层破损或防护能力下降时，也易发生转速摆动故障。

6）转速表指示器自身特性引起转速指示摆动。该型飞机配装的双针转速表指示器因受空间限制，设计上取消了电阻尼装置，而游丝阻尼作用相对较小，易发生因指示灵敏度过高而产生的转速指示“假摆”故障。结构上双针转速表指示器的N1、N2指针轴为套装结构，N1指针轴相对细长且采取悬臂工作方式，配合间隙保持相对困难，当N1指针轴发生弹性变形时，两轴会因旋转力矩、弹性恢复力矩和摩擦力矩等综合干涉而发生摆动故障。

3.2 “真摆”故障原因分析

飞机座舱仪表在显示发动机转速和排气温度、滑油压力等参数的同时发生摆动，一般表明发动机燃油调节系统出现故障或较为严重的调节误差，若此时发动机转速在自始转速以上，可判断为发动机发生了转速“真摆”故障。主要原因如下：

1）主燃油泵上回输层板节流器流量失调或密封胶圈破损。此时，燃调装置柔性调节性能大幅下降，转速调节器稳定性变差，控制供油斜盘角的随动活塞运动速度加快，容易使供油量调整与转速变化产生自激震荡，从而引起转速摆动。

2）主燃油泵中心油滤堵塞，燃油压力和流量异常变化引起转速摆动。主燃油泵中心油滤是过滤进入燃油泵油液的最后一道屏障，当其发生堵塞故障时，将直接造成进油阻力增加，进油流量减少。按照主泵燃调特性，供油斜盘角将自动增大，进一步恶化供输油环境，造成油滤后燃油内气穴分离，进而导致供油压力不稳、转速摆动。

3）N2转速限制器调节不当，造成提前限速。正常情况下，该型发动机N2转速限制器的工作转速为不大于104.5%，以防止发动机转速过大使旋转离心力超限而发生叶片疲劳断裂问题。如N2限速器工作转速过低，则N1调节器与N2限速器有可能同时参与工作、相互影响，造成供给燃油反复调节，使转速摆动量超出规定。例如，某发动机夏季试车时，在最大状态出现转速摆动故障，检查N2限制转速仅为102%，由于夏季气压低、进气温度高，N2随动转速上升超过102%，使得主燃油泵供油失调，造成发动机转速摆动。

4 转速摆动故障的预防

針对可能引起发动机转速摆动故障的多种原因，建议在实际维修工作中采取以下措施：

1）保持机载油液系统清洁。勤务维护中，注意保持加油口清洁，严格把控好油液加添、拆装燃油系统附件和地面设备使用环节，防止脏物和杂质进入系统。每次航前准备时，按规定放出燃油内沉淀、水分等杂质，减少内部污染源。除维护原因外，飞机不允许空油箱停放，以最大限度地减少冷凝水的聚集。

2）对于座舱使用电气类仪表飞机，注意检查座舱仪表板的固定应牢靠，各减振垫应无老化、龟裂或失效等问题，防止因仪表板松动或减振失效引起转速表指针摆动。

3）结合周专检工作，清洗发动机转速传感器插头上的积炭和污物，采取喷涂823飞机插头清洗剂、保护剂的措施保证插头电接触可靠，并用耐高温的氟化塑料带或热缩管包扎电缆插头。

4）对于因传感器尾轴与固定座之间配合间隙大而导致的转速摆动，可在传感器尾轴上加装厚度为0.05～0.2mm的十字型紫铜片或采取更换转速传感器及发动机上转速传感器安装座的方法来排除。对于因传感器梅花螺帽与固定座配合间隙过大引起的转速摆动，可在N1传感器梅花螺帽内加装0.5～1mm厚的紫铜垫片来消除间隙。

5）对于使用时间长、翻修次数较多的发动机，在装机前应试装检查传感器尾轴与发动机固定座之间的配合间隙是否符合规定。装机后，应检查N2转子限速器工作转速是否符合规定。

6）新发动机装机前和进行发动机周期性工作时，应按照维修工艺流程及维护规程方法，清洗燃调装置上各层板节流器和中间油滤滤芯，校验流量不超过规定误差范围，确保燃油调节器内部清洁和调节精准性。

作者简介

王世德，工程师，主要从事飞机修理生产及经营管理。

刘志宏，高级工程师，主要从事飞机修理及运行工作。

王炳辉，高级工程师，主要从事飞机航线维修工作。