■ 李獻(xiàn)凱 謝仲陽 王海寬/ 中國南方航空股份有限公司工程技術(shù)分公司沈陽基地 2 南航工程技術(shù)中心

1 故障現(xiàn)象

輔助動力裝置（APU）是安裝在飛機(jī)尾部的小型燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，在地面或空中為飛機(jī)提供電源，還為發(fā)動機(jī)起動或客艙空調(diào)提供氣源保障。

某航空公司修理廠在對波音737 型飛機(jī)中131-9B 型APU 進(jìn)行整機(jī)翻修時(shí)發(fā)現(xiàn)：APU 出廠前試車，正常起動后一切參數(shù)正常，但在高負(fù)載T0009 測試點(diǎn)（MES+96KW）會出現(xiàn)無規(guī)律的異常的“放炮”喘振聲，其他測試點(diǎn)均正常。通過位置判斷喘振聲發(fā)生于動力段，停車重新起動后仍然出現(xiàn)高負(fù)載時(shí)動力段喘振現(xiàn)象。該故障現(xiàn)象為首次出現(xiàn)，修理廠通過一系列分析和判斷，成功排除故障并找到了更好的檢查辦法，為提高APU 修理質(zhì)量提供了參考。

2 故障分析

針對上述喘振現(xiàn)象，修理廠對試車臺及相關(guān)傳感器進(jìn)行檢查評估，排除試車臺故障；更換APU 上相關(guān)的外部件（LRU 航線可更換零件）后故障仍然存在，排除LRU 部件損傷可能。初步判斷故障原因是APU 內(nèi)零件故障或零件間裝配關(guān)系不匹配。決定重新分解APU，對相關(guān)零件進(jìn)行詳細(xì)檢查，對相關(guān)零件的裝配間隙進(jìn)行重新分析。

2.1 相關(guān)零件配合間隙檢查。

分解APU 后，對照此前裝配時(shí)的零件配合間隙表、維修記錄等資料進(jìn)行重新檢查，所有配合尺寸均無異常，各級調(diào)節(jié)墊片尺寸均滿足手冊標(biāo)準(zhǔn)，動力段、負(fù)載段壓氣機(jī)（P/S、L/C）和渦輪也沒有任何刮磨現(xiàn)象，因此基本排除因裝配不當(dāng)引起喘振的可能。

2.2 相關(guān)零件的重新檢查

針對動力段喘振現(xiàn)象，重點(diǎn)檢查渦輪、壓氣機(jī)葉輪、內(nèi)機(jī)匣、擴(kuò)散器等零部件。

1）一、二級渦輪。APU 中這兩個(gè)部件均為全新航材可用件，經(jīng)檢測尺寸符合手冊要求，試車前后無任何損傷。

2）動力段葉輪。動力段葉輪屬于時(shí)壽件，該葉輪雖不是全新件，但TSN/CSN（總使用時(shí)間/總使用循環(huán)）滿足廠家極限時(shí)間30000h 的要求。根據(jù)手冊檢查葉輪葉片無磨損、腐蝕、打傷等損傷。對比OEM 相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)，葉型符合手冊標(biāo)準(zhǔn)。

3）動力段內(nèi)機(jī)匣。無刮磨涂層掉塊等損傷，根據(jù)手冊檢查相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)果均在手冊要求范圍內(nèi)。

4）動力段擴(kuò)散器。該件為修理廠家剛剛修理完成的航材件，測量安裝邊平面度在手冊要求范圍內(nèi)，重新檢查主葉片，葉片切面較平整。手冊中對葉片的檢查標(biāo)準(zhǔn)為：葉片前緣允許刻痕、磨損的最大損傷值為0.67mm，風(fēng)蝕的最大損傷值為0.51mm。但是主葉片前緣處于密閉空間內(nèi)，且空間狹小，普通測量工具無法進(jìn)入以對葉片損傷值進(jìn)行測量（見圖1）。通常情況下，葉片前緣上部和下部由于氣流流速不同導(dǎo)致的風(fēng)蝕量不同，會產(chǎn)生一個(gè)風(fēng)蝕的斜面（見圖2），工作者一般通過對比葉片上下風(fēng)蝕量的差值來判斷是否達(dá)到0.51mm 標(biāo)準(zhǔn)。觀察到故障葉片葉根處疑似有3mm缺陷，但前緣較平整，無法直觀判斷出葉片是否風(fēng)蝕或變短。修理廠使用一標(biāo)記尺寸的長桿從葉片后緣探入葉片空間（見圖3），對比發(fā)現(xiàn)該擴(kuò)散器中不均勻分布的7 片葉片相比其他大部分葉片短2 ～3.5mm，初步推斷此為疑似故障源。后與擴(kuò)散器修理廠家聯(lián)系，確定該擴(kuò)散器葉片進(jìn)行過打磨修理，但因工作疏忽打磨后并未對葉片尺寸進(jìn)行修復(fù)。

圖1 131-9型APU動力段擴(kuò)散器

圖2 常見的葉片風(fēng)蝕

圖3 故障APU擴(kuò)散器

結(jié)合其他零件的檢查結(jié)果，修理廠認(rèn)為動力段擴(kuò)散器葉片變短是導(dǎo)致本次喘振的主要原因，決定只更換該件，重新回裝APU。裝配完成后再次試車，一切正常，故障排除，APU 成功出廠。

3 檢查工裝的設(shè)計(jì)

為了解決無法直接用常規(guī)測量工具檢查葉片損傷值的難題，修理廠設(shè)計(jì)了一種操作方便且易于觀察的檢查工裝，可以快速準(zhǔn)確地判斷出擴(kuò)散器葉片損傷值是否超過手冊標(biāo)準(zhǔn)。雖然該工裝是為動力段擴(kuò)散器設(shè)計(jì)，但負(fù)載段擴(kuò)散器的功能和構(gòu)型與動力段擴(kuò)散器相似，因而也可以推廣至負(fù)載段擴(kuò)散器的檢查。

3.1 設(shè)計(jì)過程

研究擴(kuò)散器的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，擴(kuò)散器葉片前緣由于處于環(huán)形內(nèi)壁內(nèi)，從前緣直接測量難度較大，但葉片與葉片之間有一條狹長的空間，且葉片邊為直線，因此可以設(shè)計(jì)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測量桿，從葉片后緣伸入擴(kuò)散器即可對比出葉片是否變短，需要注意的是測量桿長度應(yīng)為手冊要求的葉片標(biāo)準(zhǔn)長度。

從零件設(shè)計(jì)廠家和修理廠家處獲得標(biāo)準(zhǔn)葉片長度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)葉片長度制作了一個(gè)對比標(biāo)桿。由于手冊提到風(fēng)蝕損傷小于0.51mm的葉片前緣可繼續(xù)使用，在該檢查工裝前緣0.51mm 處加工一切口作為第一標(biāo)桿，作為檢查葉片風(fēng)蝕是否可用的依據(jù)。手冊中還提到當(dāng)葉片損傷小于1.27mm 時(shí)可通過手工打磨去除損傷的方法來修理，因此在該工裝頂端至1.27mm 處加工第二個(gè)切口臺階作為第二標(biāo)桿，以判斷葉片損傷是否超出打磨可修理極限，也可用于判斷是否是打磨修理后的合格零件。

為了確保測量的準(zhǔn)確性，在工裝葉片根部根據(jù)擴(kuò)散器大圓直徑設(shè)計(jì)一圓弧，將工裝固定于葉片根部。在圓弧上方測繪出測量葉片至上一葉片的切線距離，在此距離上設(shè)計(jì)另一卡塊，深入上方葉片，該卡塊用于測量時(shí)固定工裝，防止工裝在測量時(shí)有軸向和周向的位移。工裝設(shè)計(jì)圖如圖4 所示。

圖4 工裝設(shè)計(jì)圖

3.2 工裝使用

如圖4、圖5 所示，該工裝使用時(shí)需從擴(kuò)散器葉片后緣將測量桿（圖4 中18）深入擴(kuò)散器葉片之間，使圓弧面（圖4 中13）緊貼在擴(kuò)散器的外圓輪廓上，且測量桿緊貼在葉片背部。通過對比第一標(biāo)桿0.51mm（圖4 中16）、第二標(biāo)桿1.27mm（圖4 中17）的位置與擴(kuò)散器葉片前緣的相對位置，得出檢查結(jié)論。若只露出第一標(biāo)桿而未露出第二標(biāo)桿，代表零件風(fēng)蝕量小于0.51mm，零件可用；若第二標(biāo)桿露出一部分但未完全露出，表示該部件已風(fēng)蝕超標(biāo)、零件不可用，但可進(jìn)行打磨修理；若第二標(biāo)桿已完全露出，代表零件不可用，且損傷超出葉片打磨修理極限，需更換葉片。

圖5 工裝使用

3.3 工裝優(yōu)點(diǎn)

與現(xiàn)有檢測方法相比，本設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）通過視覺，直觀比較擴(kuò)散器主葉片與測量桿、第一標(biāo)桿和第二標(biāo)桿之間的關(guān)系，可以快速、精準(zhǔn)判斷出主葉片損傷情況，從而快速判斷零件是否可用，還可判斷出主葉片是否需要修理、需采用什么方式修理等，節(jié)省了檢查時(shí)間，提高了工作效率。

2）可以精準(zhǔn)判斷出故障類型，相比僅用肉眼觀察更加可靠，有效提升零件檢查質(zhì)量，保證整個(gè)APU 維修質(zhì)量。

3）工裝設(shè)計(jì)新穎實(shí)用、操作簡單、易學(xué)易用，節(jié)約了學(xué)習(xí)成本和時(shí)間成本。

4）通過對零件狀態(tài)的準(zhǔn)確判斷，減少了零件的錯漏檢現(xiàn)象，節(jié)省了APU的維修成本。

5）此應(yīng)用可推廣至所有類型的APU 擴(kuò)散器，還可推廣至發(fā)動機(jī)擴(kuò)散器。

4 結(jié)論

通過對一起APU試車故障的分析，得出動力段擴(kuò)散器葉片部分變短尤其是不均勻變短可能導(dǎo)致APU 整機(jī)喘振現(xiàn)象，該故障現(xiàn)象主要發(fā)生在高負(fù)載階段。設(shè)計(jì)了一套合理的檢查工裝，填補(bǔ)了該部件檢查中的漏洞，大幅提高了部件檢查的效率和質(zhì)量。下一步將采用建模和數(shù)據(jù)分析等方法，著重研究不同擴(kuò)散器葉片長度對APU 性能的影響。本研究驗(yàn)證了嚴(yán)格把控民航維修檢查標(biāo)準(zhǔn)的重要性，可為APU 維修行業(yè)發(fā)展提供一定的指導(dǎo)。