ARRIEL 2C发动机功率裕度显负研究

【摘要】直九型机上多安装法国ARRIEL 2C发动机，发动机功率裕度下降甚至显示负功率时，在海上执行搜救、搜潜等任务无地效悬停时非常危险。本文通过现象分析、研究、制定方案，并采取提单发、对照曲线等方法，查找出故障的产生原因，然后通过综合检查、调整、维护等方法排除了故障，并总结出引起该故障的主要原因及排故思路，对今后能快速的解决该类故障起到一定的指导和借鉴作用。

目前直九出口型机多采用法产ARRIEL2C发动机。按《发动机维护手册》要求，每飞行20小时做一次发动机健康检查。在发动机健康检查中经常出现发动机功率裕度下降甚至显负问题，因为发动机与飞机交联比较多，能引起发动机健康检查时W、T两项指标为负故障的可能因素又很多（如指示问题、发动机内部件损坏、维护不当、空气损失，以及附件需要维护等等）。Z9EC直升机使用一段时间后，便出现此情况。这种情况在海上搜救、搜潜时，长时间低高度无地效悬停非常危险。最终因发动机功率显负问题长时间未得到有效解决而停飞。到现场后，我采取了提单发、对照曲线等方法，确定了问题的产生原因，并排除了故障，使飞机恢复到了良好状态。本文有针对性的总结出引起发动机功率裕度显负问题的主要原因及排故思路，对今后能快速的解决该类问题起到一定的指导、借鉴作用。

一、问题描述

发动机每间隔20飞行小时发动机做一次健康检查。Z9EC飞行员反映：“发动机健康检查时，要求检查的W、T两项指标均显示负功率（正常应显示正功率），当时外界大气温度约为30℃、场压约3000ft、燃气发生器转速为99%、旋翼转速355转/分。这种情况在海上搜救、搜潜时，长时间低高度无地效悬停非常危险，按规定直升机应该停飞。”飞机停飞公司将承担停飞引起的商保期延误索赔大笔费用，有些国外承制厂的件也由哈飞负担，损失很大，并影响公司信誉及国际企业形象。

二、发动机健康检查程序

下面介绍一下发动机健康检查程序。空中发动机功率和热动力安全裕度检查（发动机健康检查）是在指示空速大约为100kn（185km/h）时，进入稳定水平飞行，此时关闭P2引气，保持在紊流很小或没有紊流的高度。“TNG1-FLT-TNG2”开关打到“TNG1（或TNG2）”于“培训（TRANING）”，“TNG”灯将燃亮。调整总距杆，把要检查的发动机的Ng值调到在OEI 2min“TNG”和OEI 30s“TNG”（96%和101%Ng）之间，检查放气阀处于关闭状态（NG 表上的蓝色指示灯不燃亮）。开关位置如图（1）示：

三、故障定位困难

能引起发动机健康检查时W、T两项指标为负功率的因素很多（传感、指示问题可以导致、发动机内部件损坏可以导致、维护不当可以导致、空气损失可以导致，以及附件需要维护等等），不能确定是发动机自身问题，还是机上相关厂家成品、飞机指示、加温、传感、操纵系统等方面问题，问题位置定位困难，必须哈飞找到故障部位才能排除。致使该问题长时间未找到有效解决办法。

到现场后，我按照由简至难的外场排故原则，调换了发动机信息处理单元、故障显示器等件，通过调换新件等基本工作，可以基本确定此故障与飞机指示系统无关。由此排除了几种有可能由机误指示等原因而引起的发动机健康检查时W、T两项指标显示负功率的故障。

能引起发动机显负的故障还很多。发动机内部件损坏严重可以导致、维护不当可以导致、空气损失可以导致，以及附件需要维护等，有时还可以通过恢复性能水洗使发动机性能恢复正常。

通过检查P2空气引气、加温系统，未发现意外泄漏而导致功率意外损失的情况。通过孔探仪对燃烧室等部件检查，未见异常。通过工装检查操纵线系，未见异常。而就飞行员反映，其它现象正常，故障定位困难。

四、理论求解确定故障部位

问题复杂，决定从发动机功率和热动力安全裕度检查（发动机健康检查）入手。在地面上做发动机健康检查可能受风速、风向等影响，容易对结果产生质疑，而飞行员又是在空中反映的现象，所以决定做空中发动机功率和热动力安全裕度检查。

飞行员反映按程序进入空中发动机功率和热动力安全裕度检查，查当时外界大气温度约为30℃、场压约3000ft、燃气发生器转速为99%、旋翼转速355转/分时，将旋转故障选择开关至“PWR CHK”位置，按下按钮后，约15秒后给出数据，W、T数据均为负值。

飞行员再次进入上述状态，并再次将旋转故障选择开关至“PWR CHK”位置按下按钮后，约15秒后给出数据，W、T数据仍为负值，显示器显示：功率裕度W为-2.7，温度裕度T为-11.5℃。飞行员读取指示器上的扭矩值是58%。于是对飞行员记录的数据进行了手动计算，并与EECU计算结果进行了对比。

4.1人工计算与EECU计算结论一致

4.1.1功率裕度W人工计算与EECU计算一致：

按图（2）查外界大气温度约为30℃、燃气发生器转速为99%、旋翼转速355转/分、场压约3000ft时，对应的扭矩为49.5%，见图（2）。

按图（3）查扭矩修正量为0.7%。见图（3）。

按计算公式最小保险扭矩（49.5%+0.7%）×1.21=60.742%

飞行员读取指示器上的扭矩值是58%。

功率裕度W为： 58%-60.742% =-2.742%

通过计算，手动计算结果与发动机显示器计算机计算结果基本一致。确定功率裕度W确实为负值。

4.1.2温度裕度T人工计算与EECU计算一致：

按图（4），当外界大气温度30℃、燃气发生器转速99%、压力高度3000ft时，查出值t4为874℃。

t4修正量为4.2℃。详见图（4）.

最大t4：874+4.2=878.2℃

指示器上t4读数为890 ℃

温度裕度：T=878.2℃-890℃=-11.8℃。

通过计算，手动计算结果与发动机显示器计算机计算结果基本一致。确认温度裕度T确实为负值。

4.2发动机功率不足引起功率裕度显负

通过空中发动机功率和热动力安全裕度检查（发动机健康检查）的EECU计算结果与手动计算的功率裕度W的对比，确认手动计算结果与发动机显示器结果基本一致，以及手动计算的温度裕度T与EECU计算结果的对比，证实发动机功率和热动力安全裕度检查（发动机健康检查）的W、T确实为负值，从而确定确实是发动机功率裕度不足，该故障与指示系统、EECU计算等无关。通过上述试验结果可以确定发动机存在功率裕度真实不足的故障。

4.3分析导致功率真实不足的可能

至此，导致发动机功率不足大致还剩下三种可能：

1、发动机自身问题致使功率不足。

2、存在功率的意外损失导致功率不足。

3、发动机内部脏、积尘，导致功率不足。使发动机健康检查W、T为负值。可通过恢复功能水洗来消除。

4.4为尽可能恢复发动机的性能，进行了清洗工作

发动机清洗工作后，又进行了空中发动机功率和热动力安全裕度检查（发动机健康检查），结果显示，虽然功率有所恢复，但W、T仍然为负值。

4.5综合分析基本确定故障位置

能进行的工作似乎都已经进行了。发动机依然显示为负功率。

双发多架机同时出现发动机功率和热动力安全裕度检查（发动机健康检查）W、T均为负值的故障，而且都是不到300小时的法国原装成熟技术发动机应该不可能，根据前期工作确认该故障和指示系统、EECU计算等无关。但通过上述试验结果分析，确定确实是发动机功率裕度存在真实不足的故障。

综合对发动机的孔探检查结果来看，只能是功率存在意外的损失而导致发动机功率的不足，使发动机功率和热动力安全裕度检查（发动机健康检查）指标W、T为负值。而机上引气部分已经详细的进行了检查，未见渗漏。能不能是外界环境不好，放气活门需要维护而没关好，导致功率不足而引起的呢？虽然飞行员确信放气活门已经关上，但根据分析结果应该没有关严。在空中，有可能飞行员注意力没在燃气发生器转速表上等原因，没注意到放气活门是否关严，产生了意外功率损失，而飞行员确信放气活门已经关好。为了证实这一点，进行了发动机功率裕度在地面上检查的程序。

4.6地面发动机功率和热动力安全裕度检查

将直升机逆风停机后，按规定起动发动机，将待检查发动机的“FLT-IDL-OFF”开关扳到“FLT”位置，将另一台发动机的“FLT-IDL-OFF”开关扳到“IDL”位置。

关闭所有的P2引气，并将用电设备功率消耗减少到最小值。

让飞行员尽可能增大总桨距，并让Ng稳定并保持在限制范围内，此时直升机还未离地而又不超出起飞功率状态。检查各参数是稳定的，尤其是Ng。结果燃气发生器转速到96%时，放气活门的指示灯还没有熄灭，也就是放气活门没有关好。而查《发动机维护手册》，这种状态放气活门应该在约91.8%关闭，加上1.3%的公差，放气活门最迟也应该在93.1%关闭。而放气活门96%还没有关致使P2泄漏，这就验证了发动机功率存在意外的损失。这时扭距指示器上扭矩读数43%。

当时外界大气温度30℃，燃气涡轮转速（Ng）96%，场压大约为0时，旋翼转速350转/分，按曲线：扭矩为45%。

按曲线，旋翼转速350转/分时，扭矩修正量为-0.1%。

最小保险扭矩为45%+（-0.1%）=44.90%

指示器上扭矩读数43%

功率裕度W为43%-44.90% = -1.90%

通过计算，手动计算结果与发动机显示器EECU计算结果基本一致。确定功率裕度W确实为负值。对发动机而言，在放气活门没关的情况下，发动机功率和热动力安全裕度检查（发动机健康检查）W、T为负值属正常，但对飞机而言，存在功率裕度真实的不足！在海上长时间低高度无地效悬停的情况下，确实如飞行员所反映非常危险。

4.7发动机功率安全裕度W、T均恢复到正常范围

从检查结果也可以看出，确实发动机功率存在相当于P2泄漏的功率损失，而导致功率安全裕度W、T为负值的真实故障。

随后对放气活门进行针对性维护，并按程序进行检查后，重新进行了地面上的发动机健康检查程序。结果燃气发生器转速到92%时，燃气发生器转速表放气活门的指示旗正常收起，放气活门工作正常了，记录数据并再次对照曲线，W为负值的现象消失了。然后又进行了空中发动机功率和热动力安全裕度检查（发动机健康检查），W、T均恢复到正常范围。并再次通过空中发动机功率和热动力安全裕度检查的计算机计算结果与手动计算的功率裕度W的对比，这个手动计算结果与发动机显示器计算机计算结果基本一致，以及手动计算的温度裕度T与计算机计算结果的对比，证实W、T均恢复到了正常范围。至此，故障排除。同时也证实，手动计算的方法是可靠、可信的。

五、综合分析可能导致问题的原因

能引起发动机功率和热动力安全裕度检查（发动机健康检查）W、T两项指标为负功率的可能性主要有以下几个方面：

1、指示问题可以导致。

2、发动机电子调节器计算机故障可以导致。

3、发动机信息处理单元故障可以导致。

4、发动机内部件损坏严重可以导致。

5、空气损失可以导致。

6、发动机内部脏，可以导致。可以通过恢复性能水洗使发动机性能恢复。

7、使用环境不好，维护不及时可以导致等等。

六、结合实际制定推荐排故程序

在工作中遇到该类问题时，因为能导致发动机健康检查时功率裕度下降的可能因素很多，可结合具体实际情况，按照下列相应的推荐程序来排除故障。

1、首先按4.1项 人工计算与EECU计算程序，进行发动机功率检查。通过发动机功率检查的EECU计算结果与手动计算的功率裕度W，以及手动计算的温度裕度T与EECU计算结果的对比，确定发动机功率不足是否是由于指示、计算机故障等原因造成的，还是有其它原因致使发动机功率裕度真实的不足。如果是指示系统、发动机电子调节器、线路故障等原因造成的假报警，可排除指示系统等误指示故障。如果不是指示系统等故障，而是发动机功率裕度真实的不足。接着执行下面程序。

2、按4.4项 进行发动机清洗工作。对发动机进行恢复性清洗后，看问题是否能得到有效解决。如还没能解决，则进行接下来的程序。

3、检查P2引气部分是否存在泄漏。如未见异常，进行接下来的程序。

4、检查操纵线系总距摇臂与发动机EECU交联电位计部分，看是否存在异常。如有异常，排除故障。如未见异常，进行接下来的工作。

5、按 4.6项 进行地面发动机功率和热动力安全裕度检查程序。检查放气活门关闭点是否符合放气活门关闭曲线中的规定等。如果存在问题，应加强维护并排除故障。如未见异常，进行接下来的程序。

6、按程序进行发动机孔探仪检查。并尽快将检查情况、过程和结果告知发动机厂方。