摘要：排氣系統(tǒng)是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)非常重要的部分，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)噴管是提供飛機(jī)推理的重要來源。本文以飛機(jī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)為例，分析其排氣系統(tǒng)功能和特點(diǎn)，針對(duì)性的研究了其進(jìn)排氣系統(tǒng)常見故障及維護(hù)保養(yǎng)，總結(jié)其維護(hù)保養(yǎng)政策。

關(guān)鍵詞：排氣系統(tǒng);渦扇發(fā)動(dòng)機(jī);故障維護(hù)

前言

飛機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，又稱內(nèi)外涵發(fā)動(dòng)機(jī)。它由兩個(gè)同心圓筒的內(nèi)涵道和外涵道組成，在內(nèi)涵道中裝有渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的部件——壓氣機(jī)，燃燒室和渦輪，在外涵道中裝有由內(nèi)涵轉(zhuǎn)子帶動(dòng)的風(fēng)扇。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇可由單獨(dú)的渦輪驅(qū)動(dòng)（如三轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)），也可是低壓渦輪驅(qū)動(dòng)的低壓壓氣機(jī)的第 1 級(jí)（如雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)）。空氣流經(jīng)風(fēng)扇后分成兩路，一路是內(nèi)涵氣流，空氣繼續(xù)經(jīng)壓氣機(jī)壓縮，在燃燒室和燃油混合燃燒，燃?xì)饨?jīng)渦輪和噴管膨脹，燃?xì)飧咚購奈矅娍谂懦觯a(chǎn)生推力;另一路是外涵氣流，流經(jīng)風(fēng)扇后的空氣直接通過管道排到機(jī)外（短外涵）或者一直流到尾噴口同內(nèi)涵氣流分別或混合排出（長外涵），而產(chǎn)生部分推力。發(fā)動(dòng)機(jī)的推力是內(nèi)、外涵道氣流反作用力的總和。

發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功能運(yùn)行產(chǎn)生影響，為確保其工作可靠，運(yùn)行良好，了解它們?nèi)绾喂ぷ饕约翱赡馨l(fā)生故障并進(jìn)行故障排除，對(duì)于全面了解飛機(jī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)至關(guān)重要。

1 渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)概述

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)主要為噴管，其主要作用[1]是：使從渦輪（或加力燃燒室）流出的燃?xì)?，在噴管中繼續(xù)膨脹，燃?xì)庵械囊徊糠譄犰兽D(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，以很大的速度沿一定的方向噴出，增大出口動(dòng)量，使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生反作用推力;其次是通過反推力裝置改變噴氣方向，將向后排出的噴氣折轉(zhuǎn)向斜前方排出，產(chǎn)生反推力，以迅速降低飛機(jī)落地后的滑跑速度，縮短飛機(jī)的滑跑距離;第三是采用消音噴管降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣噪聲;最后是通過調(diào)節(jié)噴管的臨界面積來改變發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。

目前，大型民航機(jī)的飛行速度大多為高亞音速，所以其動(dòng)力裝置都采用固定收斂形的亞音速噴管。亞音速噴管由排氣管（中介管）和噴口組成。排氣管包括殼體、后整流錐和支板三個(gè)部分。排氣管安裝在渦輪的后面，其作用是為燃?xì)馓峁┮粋€(gè)擴(kuò)張的流動(dòng)通道并使燃?xì)鉁p速，以減少摩擦損失。后整流錐把環(huán)形的燃?xì)馔分饾u過渡成圓形的，以減少渦流損失。支板是迫使方向偏斜的氣流變?yōu)檩S向流動(dòng)，以減少流動(dòng)損失。噴口是收斂形的管道，使燃?xì)饧铀?，以獲得較大的推力。因此，在排氣管內(nèi)燃?xì)鉁p速增壓，在噴口內(nèi)燃?xì)饧铀俳祲骸?/p>

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣有兩股氣流：低溫的外涵空氣流和高溫的內(nèi)涵燃?xì)饬?，其排氣方式主要有分開排氣和混合排氣兩種。在低涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)中，兩股氣流由混合器摻混，混合器能使外涵的空氣流入渦輪排氣流之中，保證兩股氣流充分混合。在高涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)中，兩股氣流通常分別排出，也可以將兩股氣流結(jié)合到一個(gè)公用的即整體式噴管組件之中。這種噴管使氣流在噴入大氣之前先部分地混合。

2 排氣系統(tǒng)常見故障

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)潛在的排氣故障包括：當(dāng)有消聲器或熱交換器泄漏時(shí)，廢氣逸入客艙，可能通過客艙熱系統(tǒng)。

同時(shí)起到這兩種作用的熱交換器和消聲器的部件出現(xiàn)了材料故障，導(dǎo)致廢氣直接泄漏到客艙或通過客艙熱系統(tǒng)。

由于消聲器和熱交換器上的擋板、錐或擴(kuò)散器松動(dòng)，部分或完全阻塞了排氣出口氣流，造成發(fā)動(dòng)機(jī)部分或全部功率損失。如果消聲器內(nèi)部部件松動(dòng)并在隨后的飛行中四處移動(dòng)，這種情況可能會(huì)間歇性地發(fā)生。

在排氣系統(tǒng)部件存在或被破壞的任何區(qū)域，都可能發(fā)生對(duì)周圍結(jié)構(gòu)的沖擊加熱或燃燒，并可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效或起火。對(duì)于渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)來說，燃燒尤其重要，因?yàn)樗鼈冊(cè)谳^高的廢氣溫度和壓力下工作。

以下是一些潛在的排氣系統(tǒng)故障[2]跡象：

外部表面的排氣系統(tǒng)泄漏跡象包括平坦的灰色、灰白色或淺灰色粉末或煤煙外觀。排氣系統(tǒng)和飛機(jī)結(jié)構(gòu)惡化的跡象包括翹曲、變形、變薄、坍塌、凹陷、開裂、撕裂、分離、結(jié)垢、焊縫分離、變色、腐蝕、金屬點(diǎn)蝕或燒毀。

排氣系統(tǒng)泄漏的跡象可能會(huì)出現(xiàn)在外部接頭、伸縮接頭、活絡(luò)接頭、卡箍或聯(lián)軸器上。

不正確的安裝，包括排氣管、球接頭和/或連接的不對(duì)中，可能出現(xiàn)異常磨損或扭曲、斷裂、松動(dòng)或缺少緊固件、夾具、墊圈或密封件。

飛機(jī)在排氣系統(tǒng)中發(fā)生過回火或未燃燒的燃料可能會(huì)造成損壞，如擋板和裂紋的焊接失效，特別是在廢氣可能泄漏到客艙空氣熱交換器的區(qū)域。

3 排氣系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)

為了防止排氣系統(tǒng)故障及不良運(yùn)行狀況的發(fā)生，要求所有的檢查和過程都要按照排氣系統(tǒng)和飛機(jī)制造商的建議進(jìn)行。此外，定期檢查是必須的：每年的，漸進(jìn)的，100小時(shí)的檢查。當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，也應(yīng)按照規(guī)定進(jìn)行修理。此外，為了確保安全，應(yīng)每天進(jìn)行飛行前檢查。

最后，建議按照以下檢查程序[3]：

對(duì)排氣系統(tǒng)進(jìn)行徹底的飛行前和隨后的重復(fù)檢查。

對(duì)噴管進(jìn)行目視檢查時(shí)，需要檢查噴管有無裂紋、變形等損傷。

對(duì)飛機(jī)進(jìn)行日常目視檢查。

徹底檢查排氣系統(tǒng)部件。

對(duì)飛機(jī)的排氣系統(tǒng)進(jìn)行壓力測(cè)試。

部分拆卸排氣系統(tǒng)部件，以便更好地檢查和檢查。

使用內(nèi)窺鏡進(jìn)行內(nèi)部檢查。

檢查渦輪增壓器系統(tǒng)部件。

在寒冷天氣運(yùn)行前對(duì)飛機(jī)排氣系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查。

檢查任何排氣系統(tǒng)測(cè)量組件的安裝。

避免使用不銹鋼來修復(fù)碳鋼系統(tǒng)，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的局部腐蝕。

4 維護(hù)保護(hù)政策

每個(gè)人都希望減少飛機(jī)故障出現(xiàn)的總時(shí)間以提高運(yùn)營效率，同時(shí)確保飛機(jī)飛行過程中安全。從本質(zhì)上講，通過早期檢測(cè)迅速修復(fù)或先發(fā)制人的故障不會(huì)讓駕駛艙內(nèi)的飛行員分心。請(qǐng)注意，嚴(yán)重到足以使飛機(jī)停飛的故障不是本文的主題，因?yàn)橥ｏw的飛機(jī)顯然不會(huì)造成飛行安全風(fēng)險(xiǎn)。盡管如此，當(dāng)?shù)孛婀收显陲w行過程中首次出現(xiàn)時(shí)，它會(huì)造成干擾，所以這仍然是一個(gè)問題。有兩大類系統(tǒng)故障不會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)停飛：一類是飛機(jī)仍能飛行的故障，另一類是無法修復(fù)的經(jīng)常性故障。

理想情況下，我們希望防止故障在駕駛艙內(nèi)被發(fā)現(xiàn)。要做到這一點(diǎn)，就必須預(yù)見到失敗的來臨，并在它發(fā)生之前采取行動(dòng)。這就要求我們發(fā)現(xiàn)健康狀況惡化的跡象，并將其與負(fù)責(zé)任的部分聯(lián)系起來。有一些工具和方法可以應(yīng)用于這種任務(wù)。

基于條件的維護(hù)（“CBM”）致力于檢測(cè)處于故障過程中的組件。一般來說，這些跡象是低水平的錯(cuò)誤信息模式和對(duì)溫度、壓力、振動(dòng)特性等不利趨勢(shì)的常規(guī)監(jiān)測(cè)，這些跡象表明故障開始出現(xiàn)。飛機(jī)正在產(chǎn)生故障的早期跡象，這一事實(shí)將其歸入基于狀態(tài)的監(jiān)控（Condition-Based Monitoring）的范疇，盡管駕駛艙尚未意識(shí)到這一點(diǎn)。

另一方面，預(yù)測(cè)性維護(hù)（“PdM”）則力爭(zhēng)更進(jìn)一步。它試圖在沒有任何故障跡象的情況下，預(yù)測(cè)一架完全可以使用的飛機(jī)的某個(gè)部件未來會(huì)出現(xiàn)什么故障。PdM通過監(jiān)測(cè)正常運(yùn)行設(shè)備上的系統(tǒng)參數(shù)流來檢測(cè)未來的故障。它正在尋找通過對(duì)特定失敗進(jìn)行嚴(yán)格分析而預(yù)先確立的“領(lǐng)先指標(biāo)”。尋找每一個(gè)領(lǐng)先指標(biāo)本身就是一項(xiàng)相當(dāng)大的科學(xué)努力。

總之，CBM和PdM的目標(biāo)是在駕駛艙注意到任何效果之前先發(fā)制人地進(jìn)行修復(fù)。然而，當(dāng)飛機(jī)系統(tǒng)確實(shí)發(fā)生故障時(shí)，采用軟件工具可以在短時(shí)間內(nèi)找到原因，從而將其對(duì)駕駛艙的影響降到最低。故障影響駕駛艙的時(shí)間越短，飛行安全的風(fēng)險(xiǎn)就越低。

5 結(jié)論

發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，會(huì)吸入大量空氣，排出高溫、高速燃?xì)猓a(chǎn)生很大噪聲。為避免人員受傷和設(shè)備損壞，在飛機(jī)前、后都規(guī)定了危險(xiǎn)區(qū)域，其大小隨發(fā)動(dòng)機(jī)的大小、位置、推力和風(fēng)速的不同而不同。進(jìn)入排氣危險(xiǎn)區(qū)，會(huì)被吹跑，并且高溫排氣也會(huì)造成傷害。危險(xiǎn)區(qū)域的范圍大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的功率狀態(tài)有關(guān)，功率越大，范圍就越大。本文以渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)為例，主要分析了其常見故障和維護(hù)保養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃宇生，倪偉，全飛飛，舒毅.論新型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)維修中的人為因素故障[J].裝備機(jī)械，2019（01）：50-53.

[2]田浩，楊武奎，馮琳.某型發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)急工作狀態(tài)排溫突升故障的分析與排除[J].航空維修與工程，2018（02）：77-78.

[3]王偉生，肖金彪.航空發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理系統(tǒng)及其標(biāo)準(zhǔn)分析[J].航空動(dòng)力，2019（01）：68-70.

作者簡(jiǎn)介：李征，出生：1981，性別：男，漢族，籍貫：北京市順義區(qū)，職稱：工程師，學(xué)歷：大學(xué)本科，研究方向：飛機(jī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)故障及其維護(hù)保養(yǎng)。