淺談航空發(fā)動機滑油壓力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

魯英杰

摘要：滑油壓力是航空發(fā)動機的重要運行參數(shù)，各型發(fā)動機針對滑油壓力都有嚴格的監(jiān)控設(shè)計，當發(fā)動機滑油壓力過低時往往需要執(zhí)行發(fā)動機關(guān)車操作。若滑油壓力監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生故障，可能導(dǎo)致虛假的滑油低壓警告，從而造成不必要的發(fā)動機空中停車事件。本文選取多個機型，結(jié)合實際經(jīng)驗，對比分析了滑油壓力監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計上可能存在的問題，并提出改進思路。

關(guān)鍵詞：滑油壓力監(jiān)控；空中停車；改進

Keywords：oil pressure monitoring；in-flight shutdown；improvement

0 引言

滑油壓力是航空發(fā)動機的重要運行參數(shù)，滑油壓力過高或過低都會對發(fā)動機運行造成影響，尤其是當滑油壓力低于門檻值時需要飛行機組關(guān)停發(fā)動機，以避免發(fā)動機在潤滑不良狀態(tài)下運行而造成損傷。各型發(fā)動機對滑油壓力的監(jiān)控在設(shè)計上存在差異，日常運行經(jīng)驗顯示，某些設(shè)計在特定的情況下，可能導(dǎo)致機組誤判，引起不必要的發(fā)動機空中停車事件。

本文以目前民航客機的主流機型A320系列為樣本，選取其搭載的三種型號發(fā)動機CFM56-5B、V2500、PW1100G，通過分析三種發(fā)動機滑油壓力監(jiān)控系統(tǒng)的原理，結(jié)合具體的案例，探索該類設(shè)計問題的改進思路。

1 發(fā)動機滑油系統(tǒng)介紹

1.1 發(fā)動機滑油系統(tǒng)基本原理[1]

發(fā)動機工作時，各個部件摩擦表面之間以很高的速度作相對運動，金屬表面之間的摩擦不僅增大發(fā)動機內(nèi)部的功率消耗，使零部件工作表面迅速磨損，摩擦所產(chǎn)生的熱量還可能使某些工作零件表面過熱，導(dǎo)致發(fā)動機無法正常運轉(zhuǎn)。各類型發(fā)動機潤滑油的主要作用均相同，即減少摩擦表面的相互摩擦力；保護摩擦部件免受化學(xué)和機械磨損；吸收摩擦熱量，并隨油循環(huán)將其轉(zhuǎn)移。

1.2 發(fā)動機滑油系統(tǒng)監(jiān)控參數(shù)

發(fā)動機滑油系統(tǒng)是否正常工作，主要通過對以下三個參數(shù)的監(jiān)控來判斷：滑油壓力、滑油溫度、滑油量，其中以滑油壓力最為重要和敏感。

以空客A320系列飛機為例，目前可選裝的四種發(fā)動機CFM56、V2500、PW1100G、LEAP1A在運行中對滑油壓力的監(jiān)控均十分嚴格，當滑油壓力過低時，要求機組關(guān)停發(fā)動機。

1.3 A320系列飛機各型發(fā)動機滑油壓力監(jiān)控系統(tǒng)原理[2，3]

選取CFM56-5B、V2500、PW1100G三種發(fā)動機，分析其滑油壓力監(jiān)控系統(tǒng)。

1）CFM56-5B型發(fā)動機

CFM56-5B發(fā)動機對滑油壓力的監(jiān)控設(shè)計了滑油壓力傳感器和滑油低壓電門兩個感應(yīng)元件（見圖1）。

傳感器用于探測滑油壓力的具體數(shù)值，將信號傳輸給EIU（發(fā)動機接口組件），經(jīng)EIU處理后用于駕駛艙指示。當傳感器探測到滑油壓力數(shù)值過高或過低時，駕駛艙的滑油壓力指示會產(chǎn)生相應(yīng)的變化（閃爍、由綠變紅），但不會產(chǎn)生告警。

低壓電門不具有探測滑油壓力數(shù)值的功能，僅提供離散信號給EIU，當滑油壓力小于13psi時，電門會觸發(fā)紅色警告“ENG 1（2）OIL LO PR”，并伴有提示語句，要求機組檢查滑油壓力，若確認小于13psi則關(guān)停發(fā)動機。

2）V2500型發(fā)動機

V2500發(fā)動機滑油壓力的監(jiān)控設(shè)計與CFM56-5B類似，有滑油壓力傳感器和滑油低壓電門兩個感應(yīng)元件，前者用于指示數(shù)值，后者用于觸發(fā)紅色警告“ENG 1（2）OIL LO PR”。區(qū)別是在CFM56-5B的基礎(chǔ)上多了琥珀色警告“ENG 1（2）OIL LO PR”，該警告由滑油壓力傳感器探測到壓力小于80psi時觸發(fā)，警告顯示時不會有其他提示語句。當壓力繼續(xù)下降至小于60psi時，由滑油低壓電門觸發(fā)紅色警告”ENG 1（2）OIL LO PR”，覆蓋琥珀色警告并伴有提示語句，要求機組檢查滑油壓力，若確認小于60psi則關(guān)停發(fā)動機（見圖2）。

3）PW1100G型發(fā)動機

PW1100G發(fā)動機對滑油壓力的監(jiān)控設(shè)計了兩個感應(yīng)元件，一是雙通道設(shè)計的滑油壓力傳感器，另一是滑油低壓電門。

傳感器用于指示滑油壓力的具體數(shù)值，包含兩個獨立的子傳感器，分別將壓力信號傳送給EEC（發(fā)動機電子控制計算機）的A和B通道。當滑油壓力小于門檻值時（門檻值隨N2轉(zhuǎn)速變化，高功率時為186psi，低功率時為75psi），駕駛艙內(nèi)顯示琥珀色警告“ENG 1（2）OIL LO PR”，不會有其他提示語句。當滑油壓力進一步減少時（門檻值隨N2轉(zhuǎn)速變化，高功率時為176psi，低功率時為65psi），ECAM顯示紅色警告“ENG 1（2）OIL LO PR”并伴有提示語句，要求機組關(guān)停發(fā)動機（見圖3）。

低壓電門不具有探測滑油壓力數(shù)值的功能，也不參與滑油低壓警告的觸發(fā)，僅提供離散信號給EIU。其功能是當EEC兩個通道探測到的滑油壓力不一致時，協(xié)助EEC判斷哪一通道的數(shù)據(jù)可用。

2 實際運行案例

2.1 案例一：V2500機型出現(xiàn)虛假滑油低壓警告，干擾機組操作

一架配裝V2500發(fā)動機的A320飛機執(zhí)行航班。起飛后機組發(fā)現(xiàn)右發(fā)滑油壓力指示低，并有琥珀色ECAM警告“ENG 2 OIL LO PR”。機組觀察到右發(fā)滑油壓力指示小于60psi，認為需要關(guān)停右發(fā)，聯(lián)系地面尋求支持。地面工程師與機組通話，確認右發(fā)滑油壓力低至小于60psi，之后緩慢上升，同期滑油溫度和滑油量無異常，初步判斷是滑油壓力指示故障，機組決定繼續(xù)監(jiān)控飛行。飛機落地后，再次與機組溝通并通過QAR譯碼確認，滑油壓力多次且長時間指示小于60psi，但全程未觸發(fā)紅色警告“ENG 2 OIL LOPR”，僅有琥珀色警告“ENG 2 OIL LOPR”，由此說明滑油壓力傳感器和低壓電門給出的信號不一致，判斷是傳感器故障。更換傳感器后，故障排除。

事后分析調(diào)查中發(fā)現(xiàn)該次事件存在兩處安全隱患：

1）機組第一次判斷需要關(guān)停右發(fā)時，并未意識到“ENG 2 OIL LO PR”有兩種不同顏色的警告，而是認為當警告文字“ENG 2 OIL LO PR”出現(xiàn)并伴隨滑油壓力指示小于60psi時就應(yīng)當關(guān)停發(fā)動機。由于飛行手冊為黑白打印，機組翻閱手冊時也未發(fā)現(xiàn)存在琥珀色和紅色兩種不同的警告。

2）地面工程師首次與機組聯(lián)絡(luò)時處于應(yīng)急狀態(tài)，沒有足夠時間查閱系統(tǒng)原理手冊，未充分掌握該型發(fā)動機滑油低壓監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理，因此未在第一時間意識到警告存在兩種不同顏色，而是根據(jù)滑油量和滑油溫度來輔助判斷是否存在滑油壓力指示故障。

由此可見，此次事件的故障現(xiàn)象對飛行人員和工程技術(shù)人員的判斷均產(chǎn)生了干擾。

2.2 案例二：PW1100G機型出現(xiàn)虛假滑油低壓警告，導(dǎo)致發(fā)動機空中關(guān)車

一架A320neo飛機發(fā)生發(fā)動機空中停車事件。發(fā)動機型號為PW1100GJM，序號為P7705XX。飛行中間歇性出現(xiàn)低滑油壓力警告，機組空中關(guān)停發(fā)動機。飛機落地后，檢查發(fā)動機滑油量正常，未見滑油滲漏。更換滑油壓力傳感器，故障依舊。發(fā)現(xiàn)連接傳感器的導(dǎo)線束有明顯夾傷痕跡，更換導(dǎo)線束后故障排除。

3 分析和改進

3.1 CFM56-5B發(fā)動機

CFM56-5B發(fā)動機是較早投入使用的機型，滑油壓力監(jiān)控設(shè)計最簡潔，但可靠性較高。機組執(zhí)行關(guān)車動作的前提是兩個感應(yīng)元件雙重確認，即低壓電門觸發(fā)紅色警告和滑油壓力傳感器提供的儀表顯示數(shù)值小于門檻值。雙重確認的設(shè)計可以避免因感應(yīng)元件故障導(dǎo)致的不必要的發(fā)動機空停事件。該機型的缺點是功能較簡單。

3.2 V2500發(fā)動機

1）V2500發(fā)動機存在的問題

V2500發(fā)動機設(shè)計了琥珀色和紅色兩種滑油低壓警告，均顯示為“ENG 1（2）OIL LO PR”，文字完全相同，但顯示的顏色不同，且觸發(fā)的條件也不同。

琥珀色警告的設(shè)計可以起到緩沖作用，幫助機組預(yù)判并提前關(guān)注到發(fā)動機滑油壓力降低現(xiàn)象，做好必要的準備。但由于兩種警告在文字上完全相同，存在容易混淆的風險，尤其是當傳感器故障出現(xiàn)虛假低壓指示時，可能導(dǎo)致機組誤判，引起不必要的發(fā)動機空停。許多航空公司由于成本原因，飛行手冊未使用彩色打印，進一步增加了這種風險。

2）改進思路

若對警告的文字進行修改，如將琥珀色警告“ENG 1（2）OIL LO PR”修改為“ENG 1（2）OIL DECREASING”，則可避免這種安全隱患。

3.3 PW1100G發(fā)動機

1）PW1100G發(fā)動機存在的問題

PW1100G發(fā)動機在V2500發(fā)動機的基礎(chǔ)上設(shè)計了雙通道的滑油壓力傳感器，其雙重確認功能由兩個可指示具體數(shù)值的傳感器實現(xiàn)，同時配以低壓電門，當某個通道出現(xiàn)故障時，由低壓電門協(xié)助判斷故障通道。這種設(shè)計在理論上相比傳統(tǒng)機型更加先進可靠，兩個子傳感器能互為備份，增加了滑油壓力指示的可靠性。當某一個子傳感器出現(xiàn)故障時，雙通道的設(shè)計可以避免滑油壓力指示失效，同時結(jié)合滑油低壓電門的信號可以判斷出可用的通道。

但實際運行中該機型仍然出現(xiàn)了虛假滑油低壓導(dǎo)致的空停事件。究其原因，雖然傳感器為雙通道設(shè)計，但兩個子傳感器位于同一殼體內(nèi)，安裝在同一區(qū)域，且共用一段導(dǎo)線束，因此某些共性因素可能會對兩個子傳感器的信號同時產(chǎn)生干擾。例如，上文案例二中提到導(dǎo)線束被夾傷，由于兩個傳感器共用了這段線束，導(dǎo)致EEC雙通道同時獲取了低滑油壓力信號，此時雖然低滑油壓力電門沒有給出低壓信號，但因其不參與警告的觸發(fā)，警告完全由傳感器控制，于是導(dǎo)致出現(xiàn)虛假的低滑油壓力警告，進而導(dǎo)致機組在空中關(guān)停發(fā)動機。

2）改進思路

將雙通道傳感器更改為兩個獨立的傳感器，分開安裝并分別布線將數(shù)據(jù)傳送給EEC的A/B通道，避免單個干擾源同時影響兩路信號；將低壓電門的信號加入到警告觸發(fā)條件中，降低出現(xiàn)虛假滑油低壓警告的可能性。

4 總結(jié)

滑油壓力是航空發(fā)動機運行的重要參數(shù)，本文基于空客A320系列飛機搭載的三種型號發(fā)動機的滑油壓力監(jiān)控系統(tǒng)原理，結(jié)合實際運行中發(fā)生的案例，簡述了不同設(shè)計的利弊，嘗試性提出了改進方案，為提高航空發(fā)動機滑油壓力監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性拓展更多的可能性。

參考文獻

[1]馬廣文.交通大辭典[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2005.

[2]空客公司.空中客車飛機維修手冊（AMM）79章[Z]. 2021-8-1.

[3]空客公司.空中客車飛行機組操作手冊（FCOM）[Z]. 2021-10-5.