郭 俊

(長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410124)

B737NG 發(fā)動機地面起動不成功故障分析

郭 俊

(長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410124)

介紹了 B737NG（CFM56-7B）飛機發(fā)動機起動的三個階段。對發(fā)動機三個起動階段就起動不成功故障現(xiàn)象、排故思路進行分析、總結(jié)，為診斷類似故障提供借鑒。

發(fā)動機；起動；故障分析

B737NG（CFM56-7B）飛機發(fā)動機地面起動不成功故障突發(fā)性強、排故時間長、難度大，成為長期以來困擾機務(wù)維護工作的一大難題?；谶@一問題 ,統(tǒng)計某公司 B737NG（CFM56-7B）機隊發(fā)動機地面啟動不成功故障現(xiàn)象，結(jié)合維護工作中的排故實例，分析發(fā)動機地面啟動不成功故障原因，并給出維護建議。

B737NG（CFM56-7B）飛機發(fā)動機的起動程序同其他渦扇發(fā)動機地面起動程序一樣包括三個階段：第一階段由空氣渦輪起動機單獨帶動高壓轉(zhuǎn)子加速轉(zhuǎn)動；第二階段由空氣渦輪起動機和發(fā)動機一起加速階段；第三階段以空氣渦輪起動機脫開后由發(fā)動機單獨加速至發(fā)動機慢車轉(zhuǎn)速[1]。

鑒于 B737NG（CFM56-7B）飛機發(fā)動機相關(guān)起動系統(tǒng)以及 CFM56-7B 發(fā)動機 FADEC（全權(quán)數(shù)字電子控制）起動控制特性，形成了該機型在三個起動階段地面起動不成功的特有故障形式。根據(jù)某航空公司 B737NG（CFM56-7B）機隊多年的數(shù)據(jù)收集，以下便分別從三個發(fā)動機起動階段就起動不成功故障現(xiàn)象進行分析。

1 發(fā)動機起動第一階段及故障分析

CFM56-7B 發(fā)動機由空氣渦輪起動機單獨帶動高壓轉(zhuǎn)子加速轉(zhuǎn)動是發(fā)動機起動第一階段，這個過程也叫發(fā)動機的冷轉(zhuǎn)階段。正常情況 CFM56-7B 發(fā)動機可冷轉(zhuǎn)到28-32%N2轉(zhuǎn)速，所需時間約為30秒，冷轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速越高將更有利于后期發(fā)動機起動加速，而對于機組往往在冷轉(zhuǎn)到 25%N2（時間約 25 秒）時便可提起起動手柄進入第二加速階段[2]。在此冷轉(zhuǎn)階段，機組常反映的故障現(xiàn)象是冷轉(zhuǎn)N2轉(zhuǎn)速達不到 25%，有時甚至低于 20%N2 最低限制，過低提起動手柄N2轉(zhuǎn)速將會導(dǎo)致后期的起動懸掛。針對N2 冷轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速過低導(dǎo)致起動不成功現(xiàn)象，B737NG（CFM56-7B）飛機主要反映在以下相關(guān)起動系統(tǒng)中。

1.1 APU 供氣氣源

APU供氣起源導(dǎo)致發(fā)動機起動不成功問題有兩種情況：一是APU負載壓氣機開度不夠?qū)е缕饎庸饬髁坎蛔阒率蛊饎邮?；二是起動時由于APU 引氣系統(tǒng)故障導(dǎo)致 APU 引氣活門自動關(guān)閉，從而終止了發(fā)動機起動氣源。B737NG（CFM56-7B）飛機 APU 為 GTCP131-9B 型[2]，壓氣機分為主壓氣機和負載壓氣機，當(dāng)發(fā)動機起動時，負載壓氣機便進入主發(fā)動機起動模式，負載壓氣機 IGV開度最大，防喘放氣活門全關(guān)，以提供發(fā)動機起動時最大流量和壓力，如果此時 IGV 不能開到應(yīng)有角度，起動流量減少，發(fā)動機冷轉(zhuǎn) N2 轉(zhuǎn)速自然達不到 25%提手柄轉(zhuǎn)速，冷轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速過低，機組便會終止起動。針對此類故障現(xiàn)象，可以查閱 APU 維護信息記錄，觀察是否有 IGV 不一致故障，同時也可以在地面冷轉(zhuǎn)發(fā)動機時監(jiān)控 APU 輸入監(jiān)控頁面 (圖1)，觀察 IGV和防喘控制活門開度是否與發(fā)動機起動所需一致，對于B737NG飛機往往出現(xiàn)此故障時IGV角度不對，更換 IGVA 即可排除故障。

圖1 發(fā)動機時監(jiān)控 APU 輸入監(jiān)控頁面

對 于 GTCP131-9B 型 APU 的 IGV， 隨 著 環(huán)境影響，使用一段時間后會出現(xiàn) IGV 轉(zhuǎn)動不靈現(xiàn)象，IGV 卡阻同樣也會導(dǎo)致 IGV 作動不一致，在出現(xiàn)不一致信息，更換 IGVA 前應(yīng)參照 AMM49-52-12PAGE501[2]檢查 IGV 作動力是否在規(guī)定范圍（手冊力范圍為 6-10 磅），如果檢查力過大，可通過對可接近的 IGV 驅(qū)動軸及齒輪進行潤滑，以使作動力滿足手冊范圍，此情況不必更換 IGVA 即可解決IGV 開度不夠問題。

發(fā)動機起動時，如果APU引氣壓力不升反降，低于 10PSI，說明 APU 引氣活門已關(guān)閉。此現(xiàn)象往往是 APU引氣活門自動關(guān)閉，駕駛艙無故障信息顯示。此時排故可通過接通 APU 引氣電門，查看 APU輸入監(jiān)控頁面引氣指令是否接通，觀察 APU引氣活門目視指示是否處于開位，B737NG（CFM56-7B）飛機出現(xiàn)此故障現(xiàn)象時 APU 引氣活門總處于關(guān)閉或接近關(guān)閉位置，但并非引氣活門失效，不能武斷地僅是更換 APU引氣活門，需測量引氣活門電磁閥 P10 插頭 1 號釘指令電源是否存在，在沒有電源的情況下，APU 引氣活門便會自動關(guān)閉。由于此型APU 引氣活門的控制不僅是受引氣電門控制，APU引氣系統(tǒng)的 IGV、SCV、PT 和△ P 信號故障都會導(dǎo)致引氣活門自動關(guān)閉， 直接將故障的 APU 氣源系統(tǒng)與飛機氣源系統(tǒng)隔離[3]，影響發(fā)動機正常起動。根據(jù)某航 NG 機隊的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，引起故障的直接原因大多數(shù)并非以上引氣系統(tǒng)相關(guān)部件，而是相關(guān)部件線路及插頭問題，排故時可測量相關(guān)線路的連續(xù)性，檢查插頭（圖2）安裝并進行相應(yīng)清潔即可解決問題。

1.2 起動氣源泄漏

B737NG（CFM56-7B）飛機起動氣源泄漏并非是簡單的氣源管路滲漏問題，多數(shù)是相關(guān)氣動部件失效而引起，通過機隊數(shù)據(jù)統(tǒng)計，主要體現(xiàn)在以下兩方面。

圖2 APU 引氣系統(tǒng) P1、P2、P3、P17 插頭位置

1.2.1 發(fā)動機高壓引氣系統(tǒng)故障

故障現(xiàn)象：機組在正常起動右發(fā)后，起動左發(fā)時 N2 轉(zhuǎn)速上升緩慢，達不到 25%N2 轉(zhuǎn)速，嚴重時低于 20%N2 轉(zhuǎn)速。

故障分析及處置：此類故障現(xiàn)象總是反映在左發(fā)，便自然會誘導(dǎo)機務(wù)單方面考慮左發(fā)起動部件及左側(cè)起動管路問題。然而對 B737NG（CFM56-7B）飛機氣動分配和對機組的起動操作程序有一定了解的情況下，便會發(fā)現(xiàn)真正導(dǎo)致此類故障的原因是另一臺已起動發(fā)動機高壓級系統(tǒng)（圖3）故障。正常情況下，機組起動時雙發(fā)引氣電門處于接通位，主發(fā)動機起動模式時，APU引氣壓力遠大于慢車時發(fā)動機高壓級引氣壓力，此時已起動進入慢車轉(zhuǎn)速的發(fā)動機高壓級活門在反流作用下處于關(guān)閉位。但如果此時高壓級調(diào)節(jié)器的反流功能減弱或者失效，高壓級活門便不能保持關(guān)閉，根據(jù)機組起動程序，先起動右發(fā)后起動左發(fā)，那么左發(fā)起動氣流便會從右發(fā)高壓級活門部分流失，導(dǎo)致左發(fā)起動流量不足，起動N2上升緩慢，從而達不到 25%N2 轉(zhuǎn)速。

圖3 高壓機系統(tǒng)

高壓系統(tǒng)排故可通過地面對高壓級調(diào)節(jié)器和活門進行健康檢查，航線上可通過以下方法快捷判斷：正常情況下，發(fā)動機停車后高壓級活門處于關(guān)閉位，接通 APU 引氣，檢查高壓級活門是否處于關(guān)閉位，如果活門離開關(guān)閉位置，或者人工轉(zhuǎn)動活門軸，活門能保持某一位置，在檢查活門無卡阻前提下（通過斷開活門打開作動腔信號管，人工轉(zhuǎn)動活門蝶閥軸至打開位，檢查蝶閥是否輕松自如回復(fù)到關(guān)閉位），說明高壓調(diào)節(jié)器反流功能失效，更換調(diào)節(jié)器即可排故。

排故過程中，考慮機組起動程序也尤為重要。機組起動時發(fā)動機引氣電門始終處于接通位，右發(fā)起動進入慢車后，PRSOV 便會打開，如果此時高壓級活門失效打開，左發(fā)起動氣流便會反流至右發(fā)[3]。為隔離故障或便于放行，此時可建議機組先起動右發(fā)后將引氣隔離活門關(guān)閉再起動左發(fā)，便可恢復(fù)正常，或者先起動左發(fā)再起動右發(fā)，即使右發(fā)高壓級系統(tǒng)故障，也不會影響正常起動。另外，左發(fā)高壓級系統(tǒng)反流故障不會在習(xí)慣性機組起動程序中得以體現(xiàn)，要發(fā)現(xiàn)隱患可以采用以上檢查方法或定期進行健康檢查。此類故障現(xiàn)象僅會導(dǎo)致單臺發(fā)動機起動問題。

圖4 流量控制關(guān)斷活門

1.2.2 空調(diào)系統(tǒng)流量控制關(guān)斷活門故障

如果機組反映雙發(fā)起動時都會有N2轉(zhuǎn)速上升緩慢現(xiàn)象，除前面提及 APU 供氣起源外，應(yīng)重點考慮氣源分配系統(tǒng)中各用氣活門的封嚴狀況。B737NG（CFM56-7B）飛機利用氣源總管分配氣源的系統(tǒng)有兩個，即機翼防冰系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)，分別由兩個機翼防冰關(guān)斷活門和兩個流量控制關(guān)斷活門與分配總管隔離， 機翼防冰關(guān)斷活門為電控電動式活門，控制開關(guān)的繼電器為單向控制，當(dāng)失去打開條件時便關(guān)閉活門，不易形成活門失效在打開狀態(tài)，且駕駛艙還有相應(yīng)活門的位置指示。而對于控制空調(diào)組件的流量控制關(guān)斷活門（圖4），其控制方式是雙向控制的電控氣動式，且電控電磁閥位于活門上，處于高溫惡劣工作環(huán)境中，電磁活門提升閥以及打開、關(guān)閉電磁線圈長期高溫環(huán)境下工作失效的概率增加，久而久之會導(dǎo)致活門非指令性失效，當(dāng)活門失效在開位時便會形成起動氣源分流，影響發(fā)動機正常起動。為判斷流量控制關(guān)斷活門是否失效在開位，可接通 APU 引氣，關(guān)閉左右空調(diào)組件電門，檢查空調(diào)沖壓進出口是否有空氣流速。也可以通過檢查活門蝶閥的位置目視指示，以判斷活門是否處于正常關(guān)閉狀態(tài)。對于B737NG（CFM56-7B）飛機，該活門失效開位的故障率較高，更換活門后即可排除發(fā)動機起動故障。航線維護中認真檢查尤為重要，及時檢查發(fā)現(xiàn)和根除，可以有效避免故障惡化所導(dǎo)致的起動懸掛等問題。

2 發(fā)動機啟動第二階段及故障分析

根據(jù)某航 B737NG（CFM56-7B）機隊數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在此期間影響到發(fā)動機起動不成功的故障現(xiàn)象主要表現(xiàn)在兩個方面：一是機組報告提起動手柄后，發(fā)動機會自動終止起動；二是起動過程中偶爾出現(xiàn)起動懸掛（高原機場較為突出） 。

根據(jù)機組的起動程序和起動時的關(guān)注度，只有當(dāng)出現(xiàn)起動懸掛時機組才會終止起動，而且報告為無燃油流量而產(chǎn)生起動懸掛。作為機務(wù)排故，針對機組報告必須認真分析和判斷，不能僅憑機組單方面描述就武斷認為是供油問題導(dǎo)致的起動懸掛。對于 B737NG（CFM56-7B）飛機，此階段導(dǎo)致起動不成功的原因往往不是供油問題，而是起動不點火所致。

B737NG（CFM56-7B）飛機在提起起動手柄至慢車位置后，起動手柄控制的電門組件將通過 EEC同時作動梁活門和所選擇的點火系統(tǒng)。梁活門打開后，機身燃油通過梁活門、FMV和高壓關(guān)斷活門進入燃燒室，在整個燃油分配系統(tǒng)中，梁活門和高壓關(guān)斷活門有相應(yīng)燈光提示活門的位置不一致，F(xiàn)MV雖沒有燈光提示，但EEC會記錄FMV的不一致故障，通過CDU故障查詢可以得知。高壓關(guān)斷活門是一液壓機械式活門，活門的開關(guān)由液壓壓力完成，該活門的可靠性很高，故障率幾乎為零，活門位置偶爾有不一致故障指示，但都是活門位置反饋的同步解析器或線路故障，并非真實活門不一致。控制機身燃油的梁活門是電控電動式活門，活門位置的不一致會通過燈光得到真實反映，活門失效僅會在當(dāng)前狀態(tài)，活門的轉(zhuǎn)換需要反向電流才能完成，地面起動時即使活門失效在關(guān)閉位，所導(dǎo)致的起動不成功也不會發(fā)生在此起動階段。FMV控制精度高，為雙裕度控制，在HMU內(nèi)六個EHS中故障率最少，即使一個通道反映故障，另外通道依然會實施控制，不會導(dǎo)致突然中止供油現(xiàn)象發(fā)生。因此，從設(shè)計要求和實踐統(tǒng)計分析，供油系統(tǒng)導(dǎo)致此階段起動不成功的概率是非常小的。

相反，此階段更應(yīng)關(guān)注的是起動點火系統(tǒng)。從航線機組起動時所關(guān)注角度和所反映故障現(xiàn)象看，機組往往認為開始提起起動手柄時有燃油流量，而后流量終止導(dǎo)致起動懸掛，如果單憑機組所反映現(xiàn)象，勢必會引導(dǎo)從燃油系統(tǒng)入手而誤入歧途。從數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，點火系統(tǒng)的失效是導(dǎo)致此階段起動不成功的主要原因。正常情況每次起動選擇的是單點火，如果所選擇點火系統(tǒng)存在故障或者點火性能衰退，機組在 25%N2 提起起動手柄后，此時僅有供油而無點火，正常點火時間是5秒左右，滯后于供油流量顯示，機組往往注意不到，此時N2在起動機帶動下依然加速，機組誤認為起動正常。當(dāng)起動手柄在慢車位 15 秒鐘后，EEC 依然沒有感受到 EGT上升時，便會實施自動保護功能，切斷FMV和點火系統(tǒng)，徹底終止起動，此時機組才會發(fā)現(xiàn) N2 不上升，F(xiàn)F 為零，如是便誤認為無 FF 而導(dǎo)致起動懸掛，根本不可能意識到是 EEC 實施了濕起動自動切斷保護功能。作為排故人員，除了解機組反映表面故障現(xiàn)象外，還應(yīng)該基于機務(wù)維修對該型發(fā)動機深層認識來分析問題，借助于駕駛艙指示系統(tǒng)、CDU 的 EEC 測試系統(tǒng)和相關(guān)部件測試，可以有效的判斷和隔離故障系統(tǒng)和部件。如果是點火系統(tǒng)導(dǎo)致故障現(xiàn)象，往往通過 EEC 測試會有相應(yīng)故障記錄，同時通過 EEC 地面測試系統(tǒng)可以有效鑒別點火系統(tǒng)故障是否存在，以及驗證后續(xù)排故的可行性。

航線上，針對左右點火系統(tǒng)失效的放行是有區(qū)別的，左點火失效僅需選擇雙點火便可放行飛機，而右點火失效，除選擇雙點火外，還必須將左點火連接到備用交流電源系統(tǒng)后方可放行，此故障往往在飛機推出起動時反映，如果處理及時得當(dāng)，可以避免延誤或有效控制延誤時間。

圖5 梁活門控制電路圖

至于此階段的另外一種起動不成功現(xiàn)象是起動真實懸掛， 該現(xiàn)象大多出現(xiàn)在高原機場，沒有任何故障記錄，往往停車后再次起動后又可恢復(fù)正常起動。此現(xiàn)象在 CFM56-7B 發(fā)動機上偶爾出現(xiàn)，導(dǎo)致原因與該型發(fā)動機渦輪間隙控制系統(tǒng)和高原停車前冷卻時間有關(guān)，所以往往通過再次起動冷轉(zhuǎn)便可緩解或恢復(fù)，無需另加維護。

3 發(fā)動機啟動第三階段及故障分析

當(dāng) 56%N2 轉(zhuǎn)速后大發(fā)起動機脫開，單獨由發(fā)動機加速至 59%N2 慢車轉(zhuǎn)速而穩(wěn)定。對于CFM56-7B 發(fā)動機，根據(jù)某航機隊數(shù)據(jù)統(tǒng)計，此階段由于發(fā)動機部件原因而導(dǎo)致起動失敗的概率幾乎為零，而相反，在發(fā)動機進入慢車穩(wěn)定后一段時間內(nèi)，偶爾會發(fā)生發(fā)動機自動停車的現(xiàn)象，此故障現(xiàn)象往往發(fā)生在發(fā)動機慢車穩(wěn)定工作1分鐘左右后，在沒有任何跡象的情況下發(fā)動機自動停車。

根據(jù)數(shù)據(jù)收集，所有造成自動停車的原因都是機身燃油系統(tǒng)的發(fā)動機供油梁活門所致。梁活門為電控電動式蝶閥活門（圖5），該活門的作動為雙向控制，由發(fā)動機起動手柄來完成，活門作動器位置電門將活門運行情況反饋到駕駛艙燈光指示，該指示燈位于P5后頂板，提供三種位置指示，即活門關(guān)閉時燈光暗藍；活門打開時指示滅；活門不一致或轉(zhuǎn)換過程中燈光明亮藍色，當(dāng)活門不一致時不提供主警告指示[4]，由于機組起動程序，在機組起動過程中是不會抬頭去留意該活門燈光指示的，所以在提起起動手柄后，即使梁活門處于不一致狀態(tài)，燈光指示明亮藍色，機組也是無法監(jiān)控的。起動時梁活門不一致有兩種可能性，即活門沒有打開和活門部分打開。如果活門沒有打開，管路余油可以滿足發(fā)動機正常起動進入慢車，在慢車穩(wěn)定約1分鐘后，余油耗盡發(fā)動機便自動停車。如果活門卡在部分開位，受限的燃油流量足以讓發(fā)動機在慢車工作更長時間，但是當(dāng)機組增加推力起步時，便會導(dǎo)致供油不足而自動停車。

表1 發(fā)動機數(shù)據(jù)

梁活門由電馬達作動器和蝶閥活門體組成，其中馬達作動器為主要故障部件，當(dāng)一定使用時間后，作動器可靠性降低便會導(dǎo)致間歇性不一致故障，由于作動器故障存在間歇性，給排故工作會帶來很大困難和欺騙性，排故時可以通過多次循環(huán)起動手柄來鑒別梁活門是否存在間歇性不一致故障，如果無法鑒別，在檢查其它系統(tǒng)工作正常后，航線上也應(yīng)及時更換該活門以消除潛在的故障風(fēng)險。另外，梁活門不一致故障導(dǎo)致自動停車時，EEC 自檢是沒有任何故障記錄的，要想還原故障現(xiàn)象，分析故障原因，必須下載發(fā)動機數(shù)據(jù)（見表1），通過停車前及停車過程的數(shù)據(jù)分析，便可清晰還原停車時梁活門所處的位置，為精確排故提供有力的技術(shù)支持。

4 結(jié)論

B737NG（CFM56-7B）飛機發(fā)動機地面起動不成功故障的原因很多。維修人員應(yīng)熟練掌握地面起動的工作原理及工作模式，從表面現(xiàn)象挖掘深層次的故障原因，避免治標不治本的排故方式。

[1]萬俊丹 ,何遺非 .淺談航空燃氣渦輪發(fā)動機起動過程 [J].科技資訊 ,2013,(32):78-81.

[2]Boeing Co. Boeing B737-600/700/800/900 Aircraft Maintenance Manual [Z]. 2016.

[3]Boeing Co. Boeing B737-600/700/800/900 Fault Isolation Manual [Z]. 2016.

[4]Boeing Co. Boeing B737-600/700/800/900 System Schematics Manual [Z]. 2016.

［編校：楊 琴］

Fault Analysis of Unsuccessful Ground Starting of B737NG Engine

GUO Jun
(Changsha Aeronautical Vocational and Technical College, Changsha Hunan 410124)

This paper introduces the three stages of the aircraft engine starting of the B737NG (CFM56-7B). It analyzes and summarizes unsuccessful starting fault phenomena of three starting stages of the engine and corresponding troubleshooting ideas so as to serve as a reference for diagnosis of similar failures.

engine; start; fault analysis

V263.6

A

1671-9654(2017)02-0077-06

10.13829/j.cnki.issn.1671-9654.2017.02.020

2017-04-28

郭俊 (1987 － )，男，湖南益陽人，研究方向為航空維修。