高玉杰
航空發(fā)動機(jī)是航空器的動力裝置，為其提供飛行推力，被譽(yù)為飛機(jī)的心臟。在服役過程中，由于不斷的啟動、關(guān)停，以及各種飛行需求，各個(gè)部件都承受著復(fù)雜的循環(huán)載荷。盡管隨著制造工藝和維護(hù)水平的提高，發(fā)動機(jī)的可靠性越來越強(qiáng)，但空中停車的情況還是偶有發(fā)生。在60年代，平均每年每臺發(fā)動機(jī)失效一次。在今天，平均每臺發(fā)動機(jī)每30年失效一次。這意味著很多現(xiàn)在開始職業(yè)生涯的飛行員可能很難機(jī)會親歷發(fā)動機(jī)失效的情況。圖1給出了2008年國內(nèi)外發(fā)動機(jī)空停千時(shí)率。
圖1：2008年國內(nèi)空停情況介紹（民航局飛行標(biāo)準(zhǔn)司）
盡管發(fā)動機(jī)的可靠性顯著提高，但當(dāng)發(fā)動機(jī)失效后，由于機(jī)組處理不當(dāng)所導(dǎo)致的事故數(shù)量卻沒有明顯變化。這也是我們飛行員需要研究的課題。模擬機(jī)訓(xùn)練極大的提高了飛行員處理特情的能力，但是它無法說明所有故障特征，而且有的故障不易識別（如探測系統(tǒng)出現(xiàn)問題）。這令很多飛行員在決斷的選擇上十分糾結(jié)。本文就航班運(yùn)行中發(fā)動機(jī)故障的判斷與處置展開探討。
一、發(fā)動機(jī)火警
發(fā)動機(jī)火警可以發(fā)生在飛行的任何階段，包括空中和地面。發(fā)動機(jī)火警一般發(fā)生在短艙內(nèi)，但在發(fā)動機(jī)核心和氣道之外，故而稱之為外部火警。通常由以下原因?qū)е拢?.泄露�？扇家后w遇到高溫發(fā)動機(jī)部件被點(diǎn)燃。可燃液體包括：燃油（自動燃點(diǎn)230℃）；滑油（自動燃點(diǎn)260℃；液壓液體（自動燃點(diǎn)450℃）。2.管道開裂（例如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動部件開裂）。3.燃燒室開裂（會導(dǎo)致火舌式火焰）。
由于有專門的探測環(huán)路和鈴聲警告，這種故障容易被識別。但是不幸的是，機(jī)組人員將看不到，聽不到也聞不到發(fā)動機(jī)起火。這使得飛行員失去了其他參照的對照，有時(shí)難以做出Z佳決斷。
有時(shí)油門收在慢車位，火警信號會消失。這說明是可能是由于高溫氣體吹在火警探測環(huán)路上。例如熱引起管道開裂。發(fā)動機(jī)低功率工作時(shí)，進(jìn)氣量減小，火警信號消失。這說明發(fā)動機(jī)并未著火。發(fā)動機(jī)火警探測是基于放置在發(fā)動機(jī)和吊架敏感區(qū)域內(nèi)的溫度傳感器（環(huán)路）工作的。如圖2。不同型號的發(fā)動機(jī)特性不同，放置的位置也不同。單側(cè)環(huán)路故障也會引起火警警報(bào)。這經(jīng)常發(fā)生在剛剛做完維護(hù)的發(fā)動機(jī)上。準(zhǔn)確判斷火警警告指示，可以避免不必要的發(fā)動機(jī)空中關(guān)車。
圖2：典型火警探測傳感器（環(huán)路）位置
一般情況下，如果確定判斷確實(shí)存在火警，需要在時(shí)間進(jìn)行發(fā)動機(jī)關(guān)停和拔出滅火手柄，這可以迅速切斷發(fā)動機(jī)的供油，進(jìn)氣，點(diǎn)火。無論何時(shí)發(fā)生火警，控制飛機(jī)狀態(tài)是Z重要的。經(jīng)過證實(shí)，即使在離地后立即出現(xiàn)火警，飛機(jī)也有足夠的時(shí)間爬升到安全高度（公司規(guī)定滅火高度為400英尺以上）。著火的破壞性會時(shí)間的流失而增強(qiáng)，長時(shí)間的燃燒可導(dǎo)致滅火時(shí)間增長甚至滅不了火（如滅火器線路燒斷），后果是毀滅性的。滅火是一個(gè)與時(shí)間賽跑的過程，需要在控制好飛行狀態(tài)的前提下盡可能快的滅火。滅火后不要嘗試重新啟動發(fā)動機(jī)，那可能導(dǎo)致復(fù)燃。
二、發(fā)動機(jī)尾管噴火
這是由于發(fā)動機(jī)內(nèi)部燃油積壓，在啟動或關(guān)車時(shí)，積壓的燃油從尾噴管噴出，然后被點(diǎn)燃。發(fā)動機(jī)的尾部會形成一道十幾米長的火焰，場面十分壯觀。由于其發(fā)生在設(shè)計(jì)溫度很高（1000-1200℃）的那一部分內(nèi)，所以對發(fā)動機(jī)影響不大。但它有可能對飛機(jī)本身產(chǎn)生影響（如損壞襟翼）。由于發(fā)生區(qū)域位于氣道內(nèi)部，通常稱之為內(nèi)部火警。
這個(gè)特情無法在模擬機(jī)訓(xùn)練中表達(dá)，所以機(jī)組可能接觸較少。尾管噴火僅發(fā)動在地面發(fā)動機(jī)啟動火關(guān)車期間。由于駕駛艙沒有任何警告，這個(gè)特情的判斷需要依靠機(jī)務(wù)人員、乘務(wù)員或ATC的報(bào)告。由于尾管噴火伴隨大量火焰，他們可能會匯報(bào)為發(fā)動機(jī)著火。若駕駛艙沒有火警指示，不要按照火警檢查單處置。而且滅火劑噴射區(qū)域位于發(fā)動機(jī)整流罩與核心之間，執(zhí)行火警檢查單并釋放滅火瓶對該故障沒有任何效果。如圖3。尾管噴火檢查單中的很多程序在其他發(fā)動機(jī)失效檢查單中不存在，準(zhǔn)確判斷將幫助發(fā)動機(jī)盡快冷轉(zhuǎn)滅火。
圖3：滅火劑與噴火區(qū)域分布圖
三、發(fā)動機(jī)喘振/失速
當(dāng)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，由于某種原因壓氣機(jī)的空氣流量減少，導(dǎo)致工作葉輪進(jìn)口處速度在發(fā)動機(jī)軸線方向上的分量下降，氣流在葉背處發(fā)生分離。這種發(fā)生在葉背上的現(xiàn)象叫做失速。如果失速葉片過多，會導(dǎo)致壓氣機(jī)喘振。
通常意義上，發(fā)動機(jī)喘振上說的是壓氣機(jī)喘振。喘振是氣流沿壓氣機(jī)軸線方向發(fā)生的低頻率，高振幅的震蕩現(xiàn)象。壓氣機(jī)喘振根本原因是氣流分離。這種分離是由于壓氣機(jī)工作狀態(tài)嚴(yán)重偏離了設(shè)計(jì)工作狀態(tài)所引起的。以下幾種情況會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)喘振：1.發(fā)動機(jī)性能降低（如壓氣機(jī)葉片開裂或高度磨損）2.吸入異物（如鳥類）或冰3.引起系統(tǒng)故障4.發(fā)動機(jī)控制故障（燃油控制或喘振保護(hù)裝置）。
如果在大馬力起飛功率下發(fā)生壓氣機(jī)喘振，模擬機(jī)訓(xùn)練中我們聽到的嘭嘭聲不足以說明聲音的巨大。曾經(jīng)經(jīng)歷過此種情況的機(jī)組在報(bào)告中說，那聲音好像是有人在他旁邊開了一槍。這容易造成機(jī)組慌亂，誤認(rèn)為是輪胎爆破或者是炸彈爆炸。航班中的這類事件顯示出，機(jī)組容易對發(fā)動機(jī)喘振錯誤判斷導(dǎo)致V1以上中斷起飛，沖出跑道造成飛機(jī)損壞，乘客受傷甚至死亡。實(shí)際上，那僅僅是一聲巨響而已。
根據(jù)壓氣機(jī)的不同故障，發(fā)動機(jī)喘振分為以下幾種情況：1.單次可自我恢復(fù)。機(jī)組人員可能聽到一聲或兩聲巨響，發(fā)動機(jī)參數(shù)迅速波動。通常在幾分之一秒之內(nèi)，儀表指示就會恢復(fù)正常，難以通過觀察儀表指示來判斷。2.多次可自我恢復(fù)。根據(jù)不同原因和條件，喘振會發(fā)生多次，每次間隔2-3秒鐘，然后指示恢復(fù)正常。在此期間會伴隨EGT的上升。3.機(jī)組處置后喘振停止。機(jī)組人員會觀察到發(fā)動機(jī)參數(shù)連續(xù)幾次波動。油門桿收回會，參數(shù)指示與油門位置相匹配。單如果重新前推油門到高功率，喘振再次發(fā)生。在此種狀況下，如機(jī)組不及時(shí)處理，喘振會持續(xù)，直至發(fā)動機(jī)失效。4.機(jī)組處理后不可恢復(fù)。這將會有一次單一的爆破聲。伴隨巨響，發(fā)動機(jī)減速到零功率，就像不供油一樣。這通常意味著發(fā)動機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞。油門收回慢車后，EGT還將以15℃/秒的速度上升，持續(xù)8秒左右，然后回落；N1，N2指示與油門位置一致；燃油流量在2秒內(nèi)下降到喘振前的25%，在接下來的6秒內(nèi)繼續(xù)降至10%。
單次可恢復(fù)的喘振導(dǎo)致發(fā)動機(jī)損壞可能性很小。多次持續(xù)喘振會損壞壓氣機(jī)葉片。造成壓氣機(jī)效率降低，進(jìn)入燃燒室氣體體積增加，這將導(dǎo)致過量燃油供給。燃燒室冷卻區(qū)無法保證空氣在到達(dá)渦輪前充分冷卻，造成EGT超限，渦輪葉片工作在超溫狀態(tài)。單次不可恢復(fù)的喘振說明壓氣機(jī)葉片可能折斷，需盡快關(guān)斷以避免進(jìn)一步惡化。
四、發(fā)動機(jī)熄火
熄火意味著伴隨著發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和EGT的下降，燃燒室內(nèi)的燃燒過程停止。造成發(fā)動機(jī)熄火的原因多種多樣。比如燃油缺乏，遭遇火山灰，大雨/冰雹/結(jié)冰，發(fā)動機(jī)喘振失速等等。發(fā)動機(jī)熄火會導(dǎo)致多個(gè)駕駛艙指示異常，比如電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)。在發(fā)動機(jī)熄火后的一段時(shí)間內(nèi)，由于失效發(fā)仍在風(fēng)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速不會低于慢車，液壓低壓燈不會亮;如這時(shí)油門處于慢車位，飛機(jī)滾轉(zhuǎn)不明顯，機(jī)組可能誤判為電氣系統(tǒng)故障而不是發(fā)動機(jī)失效。建議當(dāng)出現(xiàn)電氣系統(tǒng)故障指示時(shí)先關(guān)注一下發(fā)動機(jī)參數(shù)，畢竟飛機(jī)動力才是Z重要的。
大約有10%的熄火發(fā)動在起飛階段。在中低功率設(shè)定下，熄火發(fā)生Z頻繁，如巡航和下降。這時(shí)很可能是在使用自動駕駛儀飛行。自動駕駛儀將在Z大限度的彌補(bǔ)推力不對稱后斷開（假定接通的是工作發(fā)的自動駕駛儀）。這意味著機(jī)組需要一個(gè)較大的桿力才能控制住飛機(jī)狀態(tài)。如果沒有目視參考，如跨洋，夜間，云中飛行，飛機(jī)失控的可能性增加。國外已經(jīng)發(fā)生了數(shù)次在低功率下發(fā)動機(jī)熄火，由于機(jī)組操作不當(dāng)導(dǎo)致事故的案例。
五、發(fā)動機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞/分離
發(fā)動機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞意味著硬件已經(jīng)損壞，發(fā)動機(jī)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。例如軸承故障，異物吸入損壞風(fēng)扇葉片，轉(zhuǎn)子盤故障等等。判斷發(fā)動機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞的界限難以界定。發(fā)動機(jī)生產(chǎn)廠商認(rèn)為：出現(xiàn)明顯破損（如出現(xiàn)大洞或部分缺失）且移動油門桿無反應(yīng)，可判定為發(fā)動機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞。如圖4。
圖4：發(fā)動機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞示意圖
發(fā)動機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞會伴隨有其他狀況。如火警（熱引氣泄漏）或喘振�？赡軙幸宦暰揄�，N1，N2，燃油流量會下降，EGT短時(shí)上升，發(fā)動機(jī)迅速失去推力。其特點(diǎn)類似于第三部分所說的不可恢復(fù)的喘振。
發(fā)動機(jī)分離極為罕見。通常發(fā)生在起飛爬升階段或著陸滑跑過程中。受影響一側(cè)發(fā)動機(jī)主要和次要參數(shù)指示全部消失。在高功率情況下出現(xiàn)時(shí)，飛機(jī)滾轉(zhuǎn)明顯。盡快抵舵壓盤控制飛機(jī)狀態(tài)，改平坡度。拔出受影響發(fā)動機(jī)的滅火手柄，這將Z快速的關(guān)閉翼梁燃油活門防止大規(guī)模燃油泄漏。
六、發(fā)動機(jī)極限
發(fā)動機(jī)極限分為發(fā)動機(jī)超轉(zhuǎn)和EGT超限。
發(fā)動機(jī)超轉(zhuǎn)時(shí)，一方面渦輪葉片離心力過大，渦輪葉片容易失效；同時(shí)，發(fā)動機(jī)處于超壓狀態(tài)，超出了發(fā)動機(jī)強(qiáng)度，直接威脅發(fā)動機(jī)安全。
目前高涵道渦扇發(fā)動機(jī)，無論是渦輪部件還是風(fēng)扇，都有包容環(huán)外罩，能保護(hù)葉片斷裂后，防止葉片飛出打壞飛機(jī)部件。所以，若因使用或發(fā)動機(jī)故障引起的 風(fēng)扇轉(zhuǎn)子超轉(zhuǎn)，將使用風(fēng)扇轉(zhuǎn)子負(fù)荷過重，轉(zhuǎn)子容易斷裂，進(jìn)而使低壓渦輪失去負(fù)荷，進(jìn)一步加劇N1超轉(zhuǎn)。低壓渦輪或風(fēng)扇轉(zhuǎn)子一旦飛出，后果將是毀滅性的。此時(shí)適當(dāng)收小油門，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。
EGT是影響渦輪安全工作的Z主要參數(shù)。EGT紅線是可以偶爾超過而發(fā)動機(jī)不會故障的紅線。
由于發(fā)動機(jī)的熱能慣性，EGT在起飛滑跑馬上要離地或剛剛離地時(shí)達(dá)到峰值。Z大允許的EGT(紅線）和起飛中的EGT峰值之間的差值(TO/GA推力）叫做EGT裕度。實(shí)際飛行中，空氣中的沙塵等會隨氣流進(jìn)入發(fā)動機(jī)，沉積到進(jìn)氣道，壓氣機(jī)葉片，和發(fā)動機(jī)機(jī)匣等表面，引起積污。到一定程度時(shí)，將引起氣流分離加劇，壓氣機(jī)增壓效率降低。如要維持發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的推力不變，則需要更多的燃油供給，導(dǎo)致EGT升高，裕度變小。如CFM56發(fā)動機(jī)，若壓氣機(jī)效率下降1%，EGT上升10℃，燃油消耗率上升0.6%。因此，EGT裕度也是監(jiān)控發(fā)動機(jī)性能衰退的參數(shù)。如圖5。
圖5：發(fā)動機(jī)性能衰退
發(fā)動機(jī)會在沒有故障的情況下超出EGT紅線，這時(shí)發(fā)動機(jī)繼續(xù)產(chǎn)生推力。因此如果機(jī)組注意到EGT在起飛滑跑中稍稍超出紅線，且較為穩(wěn)定，可繼續(xù)起飛，將飛機(jī)建立在初始爬升航徑上再執(zhí)行程序。落地后在飛行記錄本中報(bào)告，這說明發(fā)動機(jī)需要及時(shí)維護(hù)。
EGT突然異常變化說明發(fā)動機(jī)故障。EGT高可能意味著：1.發(fā)動機(jī)喘振/失速2.尾管噴火3.發(fā)動機(jī)熄火。需要及時(shí)按照檢查單處置。
七、發(fā)動機(jī)鎖死
這里要提到一個(gè)誤區(qū)。高壓渦輪和高壓壓氣機(jī)相連，低壓渦輪和低壓壓氣機(jī)相連。保持架把軸承之間均勻隔開，以避免相互碰撞摩擦。高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸和低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸并沒有機(jī)械聯(lián)系，只有氣動聯(lián)系。高壓渦輪旋轉(zhuǎn)帶動高壓壓氣機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)，吸入空氣。由于空氣沖擊，低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，帶動低壓渦輪。所以發(fā)動機(jī)軸承之間不會由于滑油泄露等故障造成發(fā)動機(jī)鎖死。
可能引起該故障的原因分別為：1.蓖齒式封嚴(yán)上下蓖齒接觸。這是由于發(fā)動機(jī)溫度升高，導(dǎo)致內(nèi)部零部件膨脹，使蓖齒封嚴(yán)和蓖齒相接觸，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子鎖死。2.壓氣機(jī)或渦輪中轉(zhuǎn)子和靜子相對鎖死。通常發(fā)生在發(fā)動機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞空中關(guān)車后，飛機(jī)快速俯沖，由于沖壓空氣持續(xù)沖擊風(fēng)扇，前，后葉片保持器損壞，轉(zhuǎn)子葉片發(fā)生位置移動，與靜子葉片（導(dǎo)向器）卡在一起。這意味渦輪和壓氣機(jī)大多數(shù)葉片被毀。這不是一個(gè)瞬間的過程：打破相對固定的靜子和轉(zhuǎn)子部件需要極大的能量。
發(fā)動機(jī)鎖死會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)震動，零轉(zhuǎn)速，輕度飛機(jī)偏航并可能有異常噪音（風(fēng)扇轉(zhuǎn)子損壞）。在正常工作的發(fā)動機(jī)一側(cè)，由于燃油自動補(bǔ)償系統(tǒng)，燃油流量會有一定程度增加。如果沒有別的故障指示，不需要機(jī)組進(jìn)行處置。
在航班運(yùn)行中會遇到的發(fā)動機(jī)故障不限于以上所述，但有些故障極少發(fā)生或是與其他系統(tǒng)有較大關(guān)聯(lián)，這里不一一贅述。
下面是一個(gè)圖表，它給出了各種故障下有可能出現(xiàn)的狀況。
在航班運(yùn)行中，對于故障的處置分三步走。步：操控。使飛機(jī)處于正常飛行的安全包線內(nèi)。第二部：判斷/處置。發(fā)現(xiàn)辨別故障，執(zhí)行相關(guān)檢查單。第三部：決斷。評估航空器當(dāng)前安全形勢，通知ATC，報(bào)告機(jī)組意圖。
在任何情況下，控制飛機(jī)狀態(tài)都是位的。發(fā)動機(jī)已獲得極端條件下取證，為飛行員在重大發(fā)動機(jī)故障執(zhí)行相關(guān)程序前，穩(wěn)定飛機(jī)提供了足夠的反應(yīng)時(shí)間。例如測試發(fā)動機(jī)鳥類吸入。根據(jù)FAR 33部要求，起飛推力下的發(fā)動機(jī)必須要能夠承受3.65KG的飛鳥撞擊而不會熄火，也必須能夠承受同時(shí)吸入幾只小鳥（大約1KG)，而推力喪失不超過25%。同樣，發(fā)動機(jī)必須能夠在N1，N2，N3（如有）在紅線上時(shí)運(yùn)行5分鐘。即使在火警狀態(tài)下，在執(zhí)行相關(guān)程序前先穩(wěn)定飛機(jī)航跡.雖然會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)受損更嚴(yán)重，但發(fā)動機(jī)已取證，火警維持幾分鐘的情況下不會影響到飛機(jī)安全。在飛行關(guān)鍵階段千萬不要倉促關(guān)斷發(fā)動機(jī)。如果可能，保持發(fā)動機(jī)的繼續(xù)工作。航班運(yùn)行經(jīng)歷表明，當(dāng)機(jī)組發(fā)現(xiàn)某些發(fā)動機(jī)參數(shù)（EGT，震動指數(shù)等）偏離了正常范圍，經(jīng)常決定要預(yù)防性的關(guān)閉發(fā)動機(jī)。如果儀表分析不足夠，機(jī)組應(yīng)該平穩(wěn)移動推力手柄并檢查發(fā)動機(jī)參數(shù)是否異常變化，盡量保持發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，除非程序指令關(guān)車。參考盡量多的發(fā)動機(jī)指數(shù)將幫助機(jī)組更全面的了解故障。
準(zhǔn)確的判斷/處置是Z困難也是Z關(guān)鍵的一部，它直接影響?航空器的安全和機(jī)組的決斷。這也是本文所討論的內(nèi)容。準(zhǔn)確的識別發(fā)動機(jī)故障及判斷其可能后果是保證安全的關(guān)鍵。全動模擬機(jī)是訓(xùn)練的收效工具，但無法準(zhǔn)確反應(yīng)全部故障。這就要求機(jī)組在航班運(yùn)行中，對自己所飛機(jī)型各個(gè)系統(tǒng)有深入的了解，對故障的表征和誘發(fā)原因做到心中有數(shù)，對飛機(jī)的當(dāng)前狀況有一個(gè)清晰的情景意識。航空公司可考慮在不同的訓(xùn)練階段，采用逐級深入的方式，使用生產(chǎn)廠商或行業(yè)內(nèi)部提供的各種文件，從原理上幫助機(jī)組深入了解發(fā)動機(jī)系統(tǒng)。這將加深機(jī)組對于檢查單和操作手冊程序的理解，提高航班生產(chǎn)安全系數(shù)。
由于本文較多的參考了一些外文資料，如與公司標(biāo)準(zhǔn)飛行操作手冊有不一致之處，請以手冊為準(zhǔn)。
（來源：民航資源網(wǎng)）
