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CFM56-3风扇叶片设计问题导致客机在大雨中降落时双发熄火

时间:2020-12-21 21:00:11

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CFM56-3风扇叶片设计问题导致客机在大雨中降落时双发熄火

陈光/文

在大涵道比涡扇发动机中,风扇叶片尾缘与分流环(图1)间的间距应保持较大,以利于飞机在大雨天降落时,将流入发动机的雨水大部分甩到外涵道,避免过多的雨水流经高压压气机而流到燃烧室,使燃烧室熄火,造成发动机空中停车的严重故障。

图1、风扇叶片后缘与分流环间的间距要大

CFM56-3风扇叶片后缘与分流环间釆用了小间距造成飞机大雨中降落时双发熄火。CFM56-3虽在研制中通过了FAA按FAR33部的吞水考核,但在实际使用中,737客机在1987年5月-1988年9月间的一年多的时间内,发生过4次在特大雨水/雹着陆时双发空中停车的严重危及飞行安全的故障。

分析其原因竟是风扇部件中有2处结构设计不合理而造成的,参见图2:其一是风扇叶片后缘与分流环间的间距太小,使雨水不易甩到外涵道,其二是进气锥做成长锥形,也是不易使雨水甩到外涵道。

图2、CFM56-3的风扇部件图

为此,GE公司釆取了三项结构改进措施:加大叶片后缘与分流环的间距,即在主要结构不变的情况下,釆用了更换长度较短的分流环,但间距加大不多;将锥形进气锥改成先椭后锥的形式,如图33中的进气锥;

在增压压叶气机后拐弯处设置一个放气活门,当雨水流经拐弯处时,在拐弯形成的离心力作用下将雨水甩出到外涵道。另外,还将发动机的空中慢车转速由32% N1提高到45% N1,以提高将雨水甩出的离心力。

在起飞状态,发动机处于最大功况下,风扇转速处于最大,这时将雨水甩到外涵道的离心力大,进入发动机的大量雨水被甩到外涵道,留在内涵道的少量雨水不仅不会使燃烧室熄火,反而有喷水加力的作用,因此飞机在大雨中起飞时,发动机的推力还会加大。

在CFM56系列发动机中的最后机型CFM56-7中,吸取了-3的经验教训,在风扇部件的结构设计中,做了较大改进,如图35所示,其结构代表了大多现代发动机采用的结构。

图35、CFM56-7B风扇部件图

在一般机器中,对轴承喷入的滑油是起润滑作用的,其系统称为润滑系统,但在航空燃气涡轮发动机中,喷到轴承的滑油不仅润滑轴承,还要带走轴承高速旋转产生的热量以及其它零组传到轴承的热量,同时滑油还在某些操纵机构中起到工质作用,因此现代许多发动机中已将润滑系统改称滑油系统。发动机的滑油系统如果出现某些设计缺陷,例如对轴承等的喷油量不够,会造成发动机重大故障。

对附件传动轴轴承喷油量不不够造成发动机空中停车

A330客机装有2台罗罗公司的遄达700发动机,于1995年初投入使用。1997年7月1日香港回归祖国之际,众多的海外游客要乘飞机到香港目睹回归盛典。但是恰在此时,香港两家航空公司的15架A330大型客机全部因发动机故障而在5月24日宣布停飞,造成了不良影响。

遄达700发动机附件传动系统简图示于图3,高压压气机转子前的中传动装置与置于高压压气机机匣外的附件机匣间通过垂直传动轴连接。由于在中传动装置中,滑油喷咀距与垂直传动轴啮合的从动锥齿轴承间存在20mm的间距,对轴承的润滑冷却不够,使轴承与垂直传动轴温度过高(大于170℃),垂直传动轴折断,造成发动机空中停车。

从1996年11月到1997年5月12日的半年中共发生过空中停车5次,对飞机飞行安全起到极坏的作用,因此香港民航当局在5月24日宣布所有的15架A330全部停飞。

图3、遄达700附件传动系统简图

针对这一影响飞行安全故障,罗罗公司立即在附件传动系统中改用了遄达800(用于波音公司的777客机)的滑油系统,使该轴承的温度降至130℃。

因此A330于当年6月中恢复了飞行,即在不到一个月时间内,成功地排除了引起多次空中停车的重大故障,这在发动机排除故障的工作中还是较少的。

图4、RB211风扇后轴承与中压压气机前轴承支承图

RB211供给风扇后轴承的滑油量不够造成风扇轴折断的重大故障。RB211系列发动机中,风扇后轴承与中压压气机前轴承均支承在同一个承力框架中,如图4所示。一根滑油供油管既向风扇后轴承供油,又向中压压气机前轴承供油。

在某些情况下,会使供给风扇后轴承的滑油油量不够,造成轴承损伤最终导致风扇轴断裂,风扇盘被甩离发动机的严重故障,由于低压涡轮转子设有防止风扇轴断裂后飞转的措施,此故障只导致发动机空中停车而未造成飞机机体严重损伤,飞机均安全着陆。

装RB211-22B的三发L1011客机于1981年在飞行中先后出现了三次风扇部件甩出的严重事件(1981年5月、1981年8月与1981年9月),其原因均是由于风扇后轴承滑油供油量不够造成的。

由于同样的原因,1982年12月在747四发客机上的RB211-524C2中,也出现了风扇盘甩出的故障。在不到两年的时间内,连续出现影响飞机飞行安全的四次风扇盘甩离发动机的严重故障,在航空发动机的研制与使用历史中,实属罕见。

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