飞行基础知识：空中发动机故障判断与分析.doc

航空发动机是航空器的动力装置，为其提供飞行推力，被誉为飞机的心脏在服役过程中， 由于不断的启动、关停，以及各种飞行需求，各个部件都承受着复杂的循环载荷尽管随着 制造工艺和维护水平的提高，发动机的可靠性越来越强，但空中停车的情况还是偶有发生 在 60 年代，平均每年每台发动机失效一次在今天，平均每台发动机每30 年失效一次这 意味着很多现在开始职业生涯的飞行员可能很难机会亲历发动机失效的情况图 1 给出了 2008 年国内外发动机空停千时率图 1 ：2008 年国内空停情况介绍（民航局飞行标准司） 尽管发动机的可靠性显著提高，但当发动机失效后，由于机组处理不当所导致的事故数量却 没有明显变化这也是我们飞行员需要研究的课题模拟机训练极大的提高了飞行员处理特 情的能力，但是它无法说明所有故障特征，而且有的故障不易识别（如探测系统出现问题） 这令很多飞行员在决断的选择上十分纠结本文就航班运行中发动机故障的判断与处置展开 探讨一、发动机火警 发动机火警可以发生在飞行的任何阶段，包括空中和地面发动机火警一般发生在短舱内， 但在发动机核心和气道之外，故而称之为外部火警通常由以下原因导致：1.泄露可燃液 体遇到高温发动机部件被点燃。

可燃液体包括：燃油（自动燃点230°C）；滑油（自动燃点 260°C；液压液体（自动燃点450C）2•管道开裂（例如发动机转动部件开裂）3•燃烧室开 裂（会导致火舌式火焰）由于有专门的探测环路和铃声警告，这种故障容易被识别但是不幸的是，机组人员将看不 到，听不到也闻不到发动机起火这使得飞行员失去了其他参照的对照，有时难以做出最佳 决断有时油门收在慢车位，火警信号会消失这说明是可能是由于高温气体吹在火警探测环路上 例如热引起管道开裂发动机低功率工作时，进气量减小，火警信号消失这说明发动机并 未着火发动机火警探测是基于放置在发动机和吊架敏感区域内的温度传感器（环路）工作 的如图 2不同型号的发动机特性不同，放置的位置也不同单侧环路故障也会引起火警 警报这经常发生在刚刚做完维护的发动机上准确判断火警警告指示，可以避免不必要的 发动机空中关车图 2 ：典型火警探测传感器（环路）位置 一般情况下，如果确定判断确实存在火警，需要在第一时间进行发动机关停和拔出灭火手柄， 这可以迅速切断发动机的供油，进气，点火无论何时发生火警，控制飞机状态是最重要的 经过证实，即使在离地后立即出现火警，飞机也有足够的时间爬升到安全高度（公司规定灭 火高度为400英尺以上）。

着火的破坏性会时间的流失而增强，长时间的燃烧可导致灭火时 间增长甚至灭不了火（如灭火器线路烧断），后果是毁灭性的灭火是一个与时间赛跑的过 程，需要在控制好飞行状态的前提下尽可能快的灭火灭火后不要尝试重新启动发动机，那 可能导致复燃二、发动机尾管喷火 这是由于发动机内部燃油积压，在启动或关车时，积压的燃油从尾喷管喷出，然后被点燃 发动机的尾部会形成一道十几米长的火焰，场面十分壮观由于其发生在设计温度很高（1000-1200C ）的那一部分内，所以对发动机影响不大但它有可能对飞机本身产生影响 （如损坏襟翼）由于发生区域位于气道内部，通常称之为内部火警这个特情无法在模拟机训练中表达，所以机组可能接触较少尾管喷火仅发动在地面发动机 启动火关车期间由于驾驶舱没有任何警告，这个特情的判断需要依靠机务人员、乘务员或ATC 的报告由于尾管喷火伴随大量火焰，他们可能会汇报为发动机着火若驾驶舱没有 火警指示，不要按照火警检查单处置而且灭火剂喷射区域位于发动机整流罩与核心之间， 执行火警检查单并释放灭火瓶对该故障没有任何效果尾管喷火检查单中的很多程 序在其他发动机失效检查单中不存在，准确判断将帮助发动机尽快冷转灭火。

图3 灭火剂与喷火区域分布图三、发动机喘振/失速 当压气机转速一定时，由于某种原因压气机的空气流量减少，导致工作叶轮进口处绝对速度 在发动机轴线方向上的分量下降，气流在叶背处发生分离这种发生在叶背上的现象叫做失 速如果失速叶片过多，会导致压气机喘振通常意义上，发动机喘振上说的是压气机喘振喘振是气流沿压气机轴线方向发生的低频率， 高振幅的震荡现象压气机喘振根本原因是气流分离这种分离是由于压气机工作状态严重 偏离了设计工作状态所引起的以下几种情况会导致发动机喘振：1.发动机性能降低（如压 气机叶片开裂或高度磨损）2.吸入异物（如鸟类）或冰 3.引起系统故障4.发动机控制故障（燃 油控制或喘振保护装置）如果在大马力起飞功率下发生压气机喘振，模拟机训练中我们听到的嘭嘭声不足以说明声音 的巨大曾经经历过此种情况的机组在报告中说，那声音好像是有人在他旁边开了一枪这 容易造成机组慌乱，误认为是轮胎爆破或者是炸弹爆炸航班中的这类事件显示出，机组容 易对发动机喘振错误判断导致VI以上中断起飞，冲出跑道造成飞机损坏，乘客受伤甚至死 亡实际上，那仅仅是一声巨响而已根据压气机的不同故障，发动机喘振分为以下几种情况：1.单次可自我恢复。

机组人员可能 听到一声或两声巨响，发动机参数迅速波动通常在几分之一秒之内，仪表指示就会恢复正 常，难以通过观察仪表指示来判断2.多次可自我恢复根据不同原因和条件，喘振会发生 多次，每次间隔2-3秒钟，然后指示恢复正常在此期间会伴随EGT的上升3•机组处置后 喘振停止机组人员会观察到发动机参数连续几次波动油门杆收回会，参数指示与油门位 置相匹配单如果重新前推油门到高功率，喘振再次发生在此种状况下，如机组不及时处 理，喘振会持续，直至发动机失效4•机组处理后不可恢复这将会有一次单一的爆破声 伴随巨响，发动机减速到零功率，就像不供油一样这通常意味着发动机严重损坏油门收 回慢车后，EGT还将以15°C/秒的速度上升，持续8秒左右，然后回落；Nl, N2指示与油 门位置一致；燃油流量在2秒内下降到喘振前的25%，在接下来的6秒内继续降至10% 单次可恢复的喘振导致发动机损坏可能性很小多次持续喘振会损坏压气机叶片造成压气 机效率降低，进入燃烧室气体体积增加，这将导致过量燃油供给燃烧室冷却区无法保证空 气在到达涡轮前充分冷却，造成 EGT 超限，涡轮叶片工作在超温状态单次不可恢复的喘 振说明压气机叶片可能折断，需尽快关断以避免进一步恶化。

四、发动机熄火熄火意味着伴随着发动机的转速和EGT的下降，燃烧室内的燃烧过程停止造成发动机熄 火的原因多种多样比如燃油缺乏，遭遇火山灰，大雨/冰雹/结冰，发动机喘振失速等等 发动机熄火会导致多个驾驶舱指示异常，比如电气系统和液压系统在发动机熄火后的一段 时间内，由于失效发仍在风转，转速不会低于慢车，液压低压灯不会亮;如这时油门处于慢 车位，飞机滚转不明显，机组可能误判为电气系统故障而不是发动机失效建议当出现电气 系统故障指示时先关注一下发动机参数，毕竟飞机动力才是最重要的大约有 10%的熄火发动在起飞阶段在中低功率设定下，熄火发生最频繁，如巡航和下降 这时很可能是在使用自动驾驶仪飞行自动驾驶仪将在最大限度的弥补推力不对称后断开 （假定接通的是工作发的自动驾驶仪）这意味着机组需要一个较大的杆力才能控制住飞机 状态如果没有目视参考，如跨洋，夜间，云中飞行，飞机失控的可能性增加国外已经发 生了数次在低功率下发动机熄火，由于机组操作不当导致事故的案例五、发动机严重损坏/分离 发动机严重损坏意味着硬件已经损坏，发动机无法正常运转例如轴承故障，异物吸入损坏 风扇叶片，转子盘故障等等判断发动机严重损坏的界限难以界定。

发动机生产厂商认为： 出现明显破损（如出现大洞或部分缺失）且移动油门杆无反应，可判定为发动机严重损坏 如图 4图 4 ：发动机严重损坏示意图 发动机严重损坏会伴随有其他状况如火警（热引气泄漏）或喘振可能会有一声巨响， Nl, N2,燃油流量会下降，EGT短时上升，发动机迅速失去推力其特点类似于第三部分 所说的不可恢复的喘振发动机分离极为罕见通常发生在起飞爬升阶段或着陆滑跑过程中受影响一侧发动机主要 和次要参数指示全部消失在高功率情况下出现时，飞机滚转明显尽快抵舵压盘控制飞机 状态，改平坡度拔出受影响发动机的灭火手柄，这将最快速的关闭翼梁燃油活门防止大规 模燃油泄漏六、 发动机极限发动机极限分为发动机超转和EGT超限 发动机超转时，一方面涡轮叶片离心力过大，涡轮叶片容易失效；同时，发动机处于超压状 态，超出了发动机强度，直接威胁发动机安全目前高涵道涡扇发动机，无论是涡轮部件还是风扇，都有包容环外罩，能保护叶片断裂后， 防止叶片飞出打坏飞机部件所以，若因使用或发动机故障引起的风扇转子超转，将使用风 扇转子负荷过重，转子容易断裂，进而使低压涡轮失去负荷，进一步加剧N1超转低压涡 轮或风扇转子一旦飞出，后果将是毁灭性的。

此时适当收小油门，使转速稳定EGT 是影响涡轮安全工作的最主要参数 EGT 红线是唯一可以偶尔超过而发动机不会故障 的红线由于发动机的热能惯性， EGT 在起飞滑跑马上要离地或刚刚离地时达到峰值最大允许的 EGT（红线）和起飞中的EGT峰值之间的差值（TO/GA推力）叫做EGT裕度实际飞行中， 空气中的沙尘等会随气流进入发动机，沉积到进气道，压气机叶片，和发动机机匣等表面， 引起积污到一定程度时，将引起气流分离加剧，压气机增压效率降低如要维持发动机产 生的推力不变，则需要更多的燃油供给，导致EGT升高，裕度变小如CFM56发动机， 若压气机效率下降1%，EGT上升10°C，燃油消耗率上升0.6%因此，EGT裕度也是监控 发动机性能衰退的参数如图 5图 5：发动机性能衰退发动机会在没有故障的情况下超出EGT红线，这时发动机继续产生推力因此如果机组注 意到 EGT 在起飞滑跑中稍稍超出红线，且较为稳定，可继续起飞，将飞机建立在初始爬升 航径上再执行程序落地后在飞行记录本中报告，这说明发动机需要及时维护EGT突然异常变化说明发动机故障EGT高可能意味着：1.发动机喘振/失速2•尾管喷火3. 发动机熄火。

需要及时按照检查单处置七、 发动机锁死 这里要提到一个误区高压涡轮和高压压气机相连，低压涡轮和低压压气机相连保持架把 轴承之间均匀隔开，以避免相互碰撞摩擦高压转子转轴和低压转子转轴并没有机械联系， 只有气动联系高压涡轮旋转带动高压压气机叶片旋转，吸入空气由于空气冲击，低压压 气机转子旋转，带动低压涡轮所以发动机轴承之间不会由于滑油泄露等故障造成发动机锁 死可能引起该故障的原因分别为：1.蓖齿式封严上下蓖齿接触这是由于发动机温度升高，导 致内部零部件膨胀，使蓖齿封严和蓖齿相接触，导致转子锁死2.压气机或涡轮中转子和静 子相对锁死通常发生在发动机严重损坏空中关车后，飞机快速俯冲，由于冲压空气持续冲 击风扇，前，后叶片保持器损坏，转子叶片发生位置移动，与静子叶片（导向器）卡在一起 这意味涡轮和压气机大多数叶片被毁这不是一个瞬间的过程：打破相对固定的静子和转子 部件需要极大的能量发动机锁死会导致发动机震动，零转速，轻度飞机偏航并可能有异常噪音（风扇转子损坏） 在正常工作的发动机一侧，由于燃油自动补偿系统，燃油流量会有一定程度增加如果没有 别的故障指示，不需要机组进行处置在航班运行中会遇到的发动机故障不限于以上所述，但有些故障极少发生或是与其他系统有 较大关联，这里不一一赘述。

下面是一个图表，它给出了各种故障下有可能出现的状况在航班运行中，对于故障的处置分三步走第一步：操控使飞机处于正常飞行的安全包线 内第二部：判断/处置发现辨别故障，执行相关检查单第三部：决断评估航空器当 前安全形势，通知ATC,报告机组意图。