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普惠GTF发动机故障对空客A320neo交付和运营产生影响

时间:2018-04-09 12:43来源:中国航空网 作者:中国航空

普惠公司PW1100G-JM发动机近期出现了一系列故障,造成多家航空公司的A320neo遭遇停飞,对A320飞机的交付和运营产生了不利的影响。目前,普惠公司正积极解决这些问题,并推出一系列解决方案,力图挽回故障造成的损失,实现GTF发动机与A320neo飞机的更好匹配。

2018年2月9日,欧洲航空安全局(EASA)发布了一项紧急适航指令,要求停飞配装PW1100G齿轮传动发动机的部分A320neo飞机,随后美国联邦航空局(FAA)也发布了相同的适航指令。这一消息无疑给正在更新换代的窄体客机市场掀起了新一轮波澜,空客公司原计划的2018年交付任务也恐受此干扰。

EASA的限令是针对最近4架配装了PW1100G发动机的A320neo飞机出现的新问题,其中两架飞机发生空中停车(IFSD),另外两架在地面检查时发现故障被拒绝起飞。经调查分析,这4架飞机的故障均由PW1100G发动机高压压气机(HPC)后轮毂篦齿密封断裂引起。EASA指出,这一故障会使密封失效,导致发动机喘振失速,进一步导致飞机IFSD或拒绝起飞,存在安全风险。如果发动机在没有指令的情况下停车,严重时有可能会导致双发失效。

据统计,此限令涉及安装了43台该型发动机的32架A320neo飞机,其中11架飞机被勒令停飞,其余21架飞机仅单发受限。经分析,该问题是在普惠对之前发动机故障进行修改设计后产生的。因此,涉及的停飞范围并不广泛,仅影响序列号在P770450之后出厂的部分产品。但受此影响,普惠公司正在紧急评估另外55架装有同型发动机的A320neo飞机是否存在同样问题。

2月16日,空客首席执行官汤姆•恩德斯表示,公司已停止接收PW1100G发动机,也不再向客户交付安装该型发动机的A320neo飞机,并暂停对有关飞机进行的预交付试验飞行,直到发动机故障问题得以解决。

故障原因分析

事件发生后,空客公司和普惠公司第一时间做出响应。2月12日,普惠公司发表声明,表示正在与空客一起密切联系客户,已经进行了故障定位,并将着手快速解决高压压气机后轮毂篦齿密封问题。同时,普惠公司表示,目前确定潜在受影响的发动机只是一小部分。


2月21日,普惠公司公布了该问题的解决方案,且已获得所有必需的监管批准。普惠公司已经开始实施这一解决方案,并向空客承诺,改进后的发动机将于3月份开始交付(但截至目前,尚无明确消息表明普惠公司已经完全解决这一问题,恢复正常生产供货)。普惠公司表示,此次出现的密封问题正是由改进发动机3号轴承密封和燃烧室可靠性所引发的新问题。普惠公司承诺将对发动机结构进行改进,并表示这一问题的根本原因已经确定。PW1100G发动机的3号轴承设计使用了篦齿密封,采用凹槽和楔形结构,使滑动密封面之间形成一层稀薄的空气膜,从而产生气动隔离。普惠公司起初认为,篦齿密封会随着时间的推移更加耐用,但在使用中发现软件对海拔高度存在误读问题,使碳密封部件没有得到足够的压力,因此不能形成预期的气泡。有时又会因施加太大的压力使碳密封部件和相关密封板之间产生缝隙,导致碳薄片进入油面,使金属微粒进入油系统,并触发芯片探测器报警。

实际上,这一故障并不是新问题,在此之前就已经暴露,普惠公司也已经做了大量改进型设计,但并未从根本上改变这种结构。2017年5月,普惠公司为当时的这一设计引入了临时升级包,该升级包增加了一个文丘里管,以减少针对轴承箱的空气压力,同时对电子发动机控制软件进行了相关修改,以限制气流。

普惠公司表示,经过产品近一年的服役反馈,升级包的性能好于预期,但普惠还一直在寻求该问题的最终解决方案。临时升级包为普惠公司腾出了更多的时间,其一直在加紧研究是选择对该种密封进行永久性修复还是重新设计新的密封方式。最终,普惠选择了标准的刷式干运转接触式封严结构,并且将其列入了标准材料清单目录。干运转面接触式密封是由碳化物材料的旋转环和碳石墨材料的固定环构成,这些环接触面是平的,在高速旋转时,采用磁铁或弹簧可让它们紧紧地接触在一起,防止漏油。

目前,普惠公司正在进行发动机返厂检查和维修,包括A320neo的PW1100G和庞巴迪C系列的PW1500G发动机。同时,普惠公司正在努力评估整体的生产和交付计划,以最大限度地减少对客户的影响。在量产发动机中将引入所有的升级改进,已交付发动机在进行大修时对其系统进行更换。普惠公司希望修改后的设计实现可靠性超过基准设计。

运营状况回顾

目前,PW1100G-JM发动机是普惠公司齿轮传动涡扇发动机系列中推力最大的型号,涵道比达12,采用“3级低压压气机+8级高压压气机+燃烧室+2级高压涡轮+3级低压涡轮”的结构,推力范围覆盖106~147kN,是A320neo飞机的两款备选动力装置之一,也是普惠角逐单通道干线飞机市场的核心产品。


作为一种双轴轴流式涡扇发动机,PW1100G-JM发动机低压轴由3级低压涡轮驱动3级低压压气机,同时通过齿轮传动系统驱动单级风扇以改善循环效率。燃烧室则采用了普惠公司独有的TALON X专利技术。其最大的特征是采用了齿轮驱动风扇系统(FDGS),该系统使风扇和低压压气机可以不同转速工作,低压转子在效率较高的高转速下工作,以匹配高压转子的最佳转速;同时,让风扇在气动损失和噪声都较小的较低转速下工作,从而实现通过增大发动机涵道比,使发动机可靠性提高,耗油率、使用成本、维修成本、噪声等降低。

2010年12月,空客公司宣布推出的A320neo拥有两种可选发动机方案,一种是普惠公司的PW1100G-JM发动机,另一种是CFM国际公司的Leap-1A发动机。2015年11月,PW1100G-JM发动机获得欧洲航空安全局(EASA)和美国联邦航空安全局(FAA)的联合型号认证。

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