发动机首次起动掉转故障分析

发动机首次起动掉转故障分析

张金元 马宁

中航西安飞机工业集团股份有限公司

摘要 飞机地面试车时发现，当发动机在启封之后进行首次起动时，过程中出现两次掉转速现象，同时尾喷口有大量油雾及油烟喷出。因此本文针对发动机首次起动掉转事件，结合发动机和飞机燃油系统结构及工作原理，通过采用故障树的方式进行逐项排查，最终定位发动机首次起动掉转故障的直接原因是发动机首次启封滑油及空气排除不彻底。

关键词 首次起动  掉转速  故障树  滑油及空气

1 引言

发动机用来燃油转化为轴功率输出及引气功率输出，向飞机提供电源和气源供其他装置或系统使用。如果发动机发生故障，将会严重影响飞机各系统的整体协调工作。现有发动机在启封之后进行首次起动时掉转故障，会极大影响发动机各附件的工作性能，严重影响发动机工作安全性。本文针对发动机首次起动时掉转事件，需对发动机和飞机燃油系统结构及工作原理研究，分析排查故障产生的原因，对发动机外场排故给出一定的指导和建议。

2 问题描述

发动机在冷运转和假起动结束后，发动机空载工作起动过程中，出现转速由71%掉转至67%，当转速到达100%后转速掉转至86%，随后转速上升稳定在100%转速正常工作，转速掉转情况如图1所示。在起动过程中，目视观察发动机尾喷口有大量油雾及油烟喷出，后续发动机试验中均未发生类似掉转情况。

图1 首次起动时掉转曲线

3 故障定位

3.1 建立故障树

针对发动机起动过程中启封后首次点火工作出现转速掉转波动问题，根据发动机和飞机燃油系统结构原理，以发动机首次起动掉转为顶事件列出故障树，共有4项底事件，如图2所示。

图2 油泵调节器油门杆回弹偏大故障树

3.2 故障树排查结果

X1.1：燃油模块供油转速不稳定

试验后对ECB监控数据进行分析，发现在发动机掉转期间，燃油模块转速并未发生降低，转速一致跟随控制程序变化。在燃油泵出厂测试过程中未发生类似问题，在随后发动机试验过程中也未发现燃油泵供油转速忽上忽下的波动现象，因此底事件X1.1可以排除。

X1.2：燃油系统部件及管路滑油及空气未排空

该故障发生在发动机启封后第一次起动过程中，起动前冷运转2次，每次时间为10秒，假起动2次，每次时间15秒。冷运转期间燃油泵不工作，只能排除滑油管路中油封油，不能排燃油管路油封油；假起动期间才可以排除燃油系统管路油封油。按地面假起动燃油供油量，燃油泵工作30秒，排除燃油量约为400ml，存在燃油系统部件及管路空气或油封油未排空的可能。因此，底事件X1.2不能排除。

X2：飞机供油管路空气进入

调取飞参数据，检查发现在发动机起动过程中，飞机供油增压泵供油压力存在明显波动。经分析，可能存在外界空气进入增压管路的可能。因此，飞机供油管有空气进入可能，底事件X2不能排除。

X3：燃油控制规律错误

试验后对ECB监控数据分析，发现在发动机起动掉转过程中，供油信号一直在增加，燃油泵转速同样在增加，未发生因供油信号变低，导致发动机随之降转的现象。在ECB出厂测试过程中未发生类似问题，在随后发动机试验过程中也未发生ECB起动过程中非正常减油的现象发生。因此底事件X3可以排除。

3.3 故障定位结论

根据燃油流量及发动机转速的相关性，及监控后续连续试车情况，并未发生类似问题。因此，基本确认本次故障是由于发动机首次启封滑油排出不彻底，叠加飞机管路首次供油压力异常导致起动后燃油管路中有空气和滑油，造成的发动机掉转故障。

4 机理分析

发动机转速波动存在“真摆动”和“假摆动”两种，“真摆动”一般是由发动机传动系统或燃油调节系统质量问题引发的，是发动机系统自身故障，属于硬故障。“假摆动”一般是由发动机转速采集、传输或指示性系统存在问题，并不是发动机实际转速性能参数的反映，属于发动机系统软故障。发动机正常起动前，进行了1冷运转和2次假起动程序，飞机座舱显示转速信号正常，可以确认此次发动机掉转故障为自身故障，燃油系统问题是造成发动机转速波动的常见原因，考虑到此问题仅在首次起动时发生，后续发动机工作正常，故，将此次故障定位为发动机首次启封过程中滑油和管路空气未完全排空，后续通过调整启封过程参数排除问题。

5 纠正措施及验证情况

5.1 解决措施

调整冷运转和假起动时间，将冷运转时间由10秒调整为30秒，假起动时间由15秒调整为30秒。通过延长假起动时间，启封过程中燃油模块工作延长至1分钟，按照地面供油量计算评估，1分钟内至少可排出1.1L左右的油封油，可使燃油管路中空气和油封油排除更充分。通过延长冷运转时间，可以更好的排除燃烧室机匣内多余的滑油或燃油，避免首次起动过程中喷口出现大量油雾及油烟。

5.2 验证情况

对机上故障发动机重新开展油封和启封工作，按照启封程序启封后完成发动机启封后首次起动工作，过程中未发生掉转现象，同时尾喷口油雾及油烟较少，可满足使用要求，解决措施有效。

针对此故障，ECB软件进行升级，贯彻延长发动机冷运转和假起动时间控制逻辑。

6 结论

综上所述，发动机首次起动掉转问题的原因在于未充分考虑燃油系统部件及管路空气量，冷运转和假起动时间设置时间较短，发动机首次启封滑油及空气排除不彻底，造成起动过程中发动机转速短时掉转，同时尾喷口有油雾和油烟喷出故障的发生。经调整ECB软件设置，采取增加冷运转和假起动时间等措施，经理论分析和地面试车验证，故障排除。

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