减少涡轮发动机寿命的八大因素|压气机|发动机|叶轮|喘振|燃油|直升机

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作者：迈克·布罗德里克

有一件事让我确信自己变老了 - 有人就直升机涡轮发动机的维护向我征求意见，因为我“从事这行很久了”。我记得以前我留着长发，而不是像现在这样渴望拥有头发，那时一位老先生告诉我要珍惜时间，因为时光飞逝。他说得对。我不知道自己何时变成了这个“从事这行很久了”的老家伙的 - 但日历和日渐稀疏的头发不会说谎。既然已经确定我是一个干这行很久的老家伙，那么就来看看我能和大家分享哪些维护方面的问题吧。

在分享我的“经验”之前，你应该知道，良好的维护需要扎实的知识基础。首先，我们应该对原始设备制造商 (OEM) 的操作和维护手册非常熟悉。我们的公司投入大量资金来更新这些手册，而 OEM 也花费了大量时间来收集和印刷这些手册中丰富的维护信息。虽然基于经验并相互分享的“经验知识”很有用，但应该与操作与维护手册中的说明结合使用，而不是取代它们。

接下来，给你和你的飞行员一些建议。务必了解你的直升机在正常运行条件下的性能。了解并掌握慢车温度，以及在使用引气附件、防冰、座舱加热和进气粒子分离器时温度的变化。所有直升机都有其可接受的振动特性。在出现“高频振动”报告之前，就应该了解它。我们稍后会详细讨论振动问题。了解发动机在慢车和正常运行时的滑油压力和温度也是我们稍后会讨论的内容。你还应该了解正常飞行操作中的 N1/Ng 转速。转速的变化意味着某些情况发生了变化，需要进行调查。

低滑油压力或高滑油温度会导致轴承和齿轮过早磨损。如果出现金属屑，并且看起来还不严重（基于操作与维护手册），请保留金属屑，记录发动机出现金属屑的时间，并遵循操作与维护手册的程序。这些只是我们稍后会详细讲解的一些经验之谈。

有八大主要维护问题。我称它们为“八大因素”。

这八大因素中的任何一个都会对毫无防备的涡轮发动机造成重大损害，从而缩短其使用寿命。任何组合的“攻击”都会加速涡轮发动机与“死神”（也就是涡轮发动机维修车间）的会面。作为直升机维护专业人员，我们的职责是识别这八种对运行有害的情况，并防止它们发生，或者至少减轻其影响。

以下是八大因素：

飞行员

腐蚀

热启动

侵蚀

超温

发动机振动

金属退化

发动机失速/喘振

这份清单让你感到惊讶吗？很好。既然你已经完全注意到了，让我们从维护的角度来审视这些危害。还有什么比从飞行员开始更好的呢？

飞行员

在影响涡轮发动机寿命方面，飞行员排在首位。从他们按下启动按钮的那一刻起，直到油门环或油门杆移至燃油切断位置，即使在最好的情况下，飞行员也在不断消耗发动机部件和附件的时限。这是他们工作的一部分。我们的工作是为他们提供一架安全的直升机，让他们能够顺利完成任务。

这些时限是什么？发动机寿命取决于飞行小时数和/或发动机事件循环次数。每个发动机制造商都会根据自身的研究，计算出其发动机的飞行小时数和循环次数上限。每消耗一个飞行小时，发动机就离定期维护和/或大修更近一步。事件循环次数与飞行小时数分开计算，但基于相同的研究。发动机启动并达到慢车状态即被视为一个事件循环，也是计时器开始计时的起点。一些发动机制造商还会根据发动机达到特定 N1/Ng 转速的情况来分配循环次数或循环百分比。正如我之前所说，即使在最好的情况下，飞行员也在消耗发动机的额定寿命。如果加上热启动或超温运行（这些都是飞行员可以控制的因素），那么与维修车间“牵手”的日期就更近了。

我们维修人员处理这种情况的出发点在于信任。我们和飞行员之间必须建立一种共生的信任。就直升机而言，飞行员和我们应该是 BBF - 永远最好的朋友。信任就像一张三条腿的凳子。每天，飞行员都信任我们交付给他们的直升机是安全的，因为他们正用我们给他们的直升机玩“赌上性命”的游戏。这是信任的起点，或者说是信任的第一条腿。我们相信他们会完好无损地把直升机送回来，我们听到的最后一声呜呜声是涡轮发动机在关车前的低吟。这是第二条腿。那么，我们对飞行员的信任到此就结束了吗？不，远非如此。第三条腿是我们和飞行员之间的沟通。飞行员是我们最好的故障排除工具，他们需要理解并接受这一点。还有谁比过去几个小时一直在操纵这台发动机的飞行员更了解它的运行状况呢？如果我们让他们稍微了解需要提供哪些关于发动机运行的信息，并在飞行后的沟通中认真听取他们的意见，我们作为直升机维护人员的工作就会轻松许多。因此，沟通是建立完全信任的最后一个关键因素。以下是一些飞行员可以提供的信息建议：

发动机关车前的慢车温度。此温度升高可能表明存在冷却空气泄漏。
发动机滑油压力和温度，以及飞行中和慢车时稳态读数的任何变化。
发动机运转时，在操纵杆上感觉到的振动特征的任何明显变化。
飞行中或启动时是否存在超温的任何可能性。一些直升机配备涡轮温度记录装置。我一直认为记录这些信息并非因为不信任飞行员的报告，而是因为飞行员通常忙于驾驶直升机，无法确切掌握超温发生的持续时间和达到的实际温度。这些信息至关重要，因为操作和维护手册非常具体，意味着持续时间相差一秒和/或温度相差一度，都会对所需的维护和修理成本产生重大影响。
飞行中的可用功率。是否需要更高的发动机温度才能达到相同的扭矩或功率？需要多少？也许压气机需要清洗，或者有外来物损伤，又或者引气活门故障。
正常运行期间的 N1/Ng 转速是多少？他们应该知道这个信息对我们很重要。N1/Ng 的变化可能是压气机或涡轮侵蚀的先兆。
飞行员可能造成的另一个发动机问题是发动机喘振。我们将在讲解这部分时详细解释。
向飞行员了解他们注意到的任何直升机异常行为是我们的责任。

热启动

大多数情况下，飞行员控制着热启动。我说“大多数情况下”，是因为即使是配备全权限数字发动机控制系统 (FADEC) 的发动机，启动时的燃油流量也是由飞行员控制的。飞行员拥有最终控制权，是吗？FADEC 系统和传统系统一样，都有其自身的一套特定检查机制，我们这里就不深入讨论这些细节。只想说下面列出的项目是所有系统共通的。以下是一些超出飞行员控制范围的情况：

1. 直升机是否刚刚完成维护？

a）操纵系统调整正确吗？

b）燃油控制是否已正确调整？

c）所有燃油系统气动管路是否紧固且系统无泄漏？

2. 电瓶/地面电源是否已充满电？电量不足会导致启动机无法在整个启动过程中维持转速，从而导致热启动。

3. 进气口堵头是否已拆除？

4. 热启动需要飞行员的准确报告。正如我之前所说，哪怕一秒钟或一度的偏差都会产生重大影响。

5. 请记住，热启动造成的损伤在涡轮下游可能更为明显。由于油气比失衡，火焰会为了维持自身燃烧而进一步深入涡轮段寻找空气。因此，火焰尖端会偏离其在燃烧室中的正常位置，一边寻找空气，一边“煎烤”着昂贵的涡轮部件。

超温

涡轮温度决定可用功率。但温度过高会导致发动机性能下降、油耗增加和发动机寿命缩短。

好的，我们的飞行员返航后报告说飞行中发动机温度超出限制。这时，飞行员和维护人员之间的良好关系就显得尤为重要。如果飞行前发动机运行良好，那么飞行员需要帮助我们了解所有相关情况：他/她是否试图吊起过重的负载？或者是否陷入困境需要大幅提总距才能脱困？他/她是否在多尘、肮脏的环境中工作？我们需要了解他/她在超温前后注意到了什么。如果直升机配备了超限报告系统，那么你就可以获得准确的数值。

性能下降通常随着时间的推移而发生。如果飞行员处于正常飞行状态，并且报告说与之前的飞行相比温度升高，那么就有理由怀疑存在问题。在故障排除方面，他们是我们最好的朋友。

1. 温度升高了多少？

2. N1/Ng 转速是否在一段时间内发生了变化？

a) N1/Ng 值升高可能表明压气机磨损或脏污、引气活门故障（卡在开位）和/或使用引气的飞机附件存在空气泄漏。

b) N1/Ng 值降低可能表明涡轮部分侵蚀。

3. 直升机是否飞越过雨水、烟雾或灰尘？

a) 雨水可能会将粒子分离器中的灰尘变成“泥浆”，从而限制气流。

b) 烟雾可能会在压气机叶片上形成油性残留物，降低其正常压缩空气的能力。

c) 灰尘会侵蚀压气机叶片，再次损害压气机的性能。

有时我们可能需要进行一次飞行，以便更好地了解问题所在。

好的，我们已经从飞行员那里获取了信息，进行了一次维护检查飞行，并参考了运行与维护手册。这些信息的结合将有助于指导我们的调查。此时，保持冷静和制定良好的故障排除计划至关重要。我们需要克制住冲动，抵制住直接去追究发动机问题最复杂原因的诱惑，不要急于开始拆卸发动机和部件。在故障排除中，请遵循 K.I.S. 原则：“保持简单”。首先从最简单的部分入手。首先检查报告系统。换句话说，我们需要确保飞机仪表给出的是正确的读数。然后根据这些结果，继续检查发动机系统。

腐蚀

预防腐蚀完全是维护部门的责任。在我们的日常维护中，应严格保持直升机的内外清洁。定期清洗机身和发动机，并定期清洗发动机内部部件，是确保发动机运转顺畅、直升机性能良好的关键。发动机吸入的空气经压气机叶片压缩后，转化为动能，为主旋翼提供升力。然而，这些空气中含有大量杂质，随时可能侵蚀直升机及其脆弱的发动机部件。我们使用的水的纯度以及清洗直升机和发动机的频率，都是值得单独撰文探讨的话题。总之，清洁的直升机才是运行良好的直升机。

侵蚀

与空气中的腐蚀性物质一同存在的，还有一些坚韧的细小尘土和沙粒，它们与腐蚀性物质协同作用，会尽可能地损伤我们的直升机及其部件。这些侵蚀性物质的问题在于，它们会去除任何防腐蚀的保护涂层。这使得腐蚀性物质更容易渗透，造成破坏。我们对抗这些破坏性物质的防御措施是在发动机进气口安装良好的过滤系统。原始设备制造商一直在尝试使用更耐用的材料来制造发动机部件，但收效甚微。我们的任务是保持过滤系统的清洁，并密切关注操作和维护手册中规定的磨损极限。

振动

对涡轮发动机来说，没有“美好的振动”。涡轮发动机的转速范围从 50,000 转/分到 6,000 转/分不等，以及介于两者之间的多个转速区间，因此旋转平衡至关重要。

除非我们在专门负责发动机大修的维修站工作，否则我们无法控制发动机部件的旋转平衡。我们的工作是识别发动机何时开始出现不平衡现象。作为一名曾经从事涡轮发动机大修的人员，我一直建议运营人在安装大修后的发动机或发动机模块后，在直升机重新投入使用前进行振动检测。务必保留从振动分析设备获得的信息，以便在怀疑发动机出现振动事件时进行对比。

在没有设备的情况下，我们如何在安装设备之前识别振动呢？一个快速了解振动的方法是，在地面试车时触摸发动机和其他部件上的硬管，以及在直升机运转时触摸机身蒙皮。“高频”振动感觉就像指尖受到电击一样。如果突然频繁需要更换外部航行灯的灯泡，或者出现一连串的蒙皮裂纹，或者突然需要更换硬管支撑卡箍，请记录下来。最好通过振动检测设备来验证我们的触感信息。还记得在一切正常时我们做的振动调查吗？现在我们有了之前的基线数据，这将有助于我们更快地识别出问题的部件。

金属退化

那么，金属退化是怎么回事呢？发动机中有那么多旋转的齿轮、压气机和涡轮叶轮，需要一大堆轴承，而轴承需要良好的润滑系统来精心呵护。压气机叶轮和涡轮叶轮组件也应该进行平衡检查。现在是时候快速回顾一下滑油的作用了：

1. 提供润滑

2. 散热

3. 清除灰尘和碎屑。

如果润滑系统无法提供这些服务，轴承寿命就会受到影响。所有发动机制造商都会提供过滤和冷却系统来帮助滑油完成工作。此外，制造商还使用铁质材料制造齿轮和轴承。如果轴承或齿轮开始失效并产生金属碎屑，这些碎屑会被发动机内的磁性捕获和报告系统吸附。这些装置被称为金属屑探测器。探测器本质上是一个位于油路系统中的开放式告警指示电路。当一块铁屑流过金属屑探测器时，它会被吸附到探测器的中心部分。一旦金属碎屑在其顶部连接中心点和外部接地部分，就构成了电路闭合。只需少量金属就能使开放式电路接通，从而点亮驾驶舱面板上的指示灯（或触发告警信息）。光线透过印有“CHIPS”（碎屑）字样的半透明面板照射出来。相信我，灯光足够亮，足以引起任何飞行员的注意。此外，我们还被指示“尽快降落直升机并调查指示灯亮起的原因”。作为维护人员，我们的职责是确保他们不会遇到指示灯亮起的情况。

我们确保滑油油箱内油位正确。油箱观察窗上有标记有助于这项检查。我们需要遵循原始设备制造商关于定期更换滑油的说明。我们检查过滤器是否有碎屑，并确保过滤器和滑油冷却器保持清洁。除了正确的油温外，足够的滑油压力也是必须的。在大多数涡轮滑油压力系统中，不应需要经常调整滑油压力。一旦设定好，就不应该需要更改。滑油压力下降表明系统密封件损坏。滑油压力升高表明某个滑油喷嘴或系统其他地方发生了堵塞。这两种情况都需要调查并纠正原因。你认为在出现振动的发动机中，轴承还能使用多久？记住，滑油是发动机的命脉 - 保持冷却和清洁。任何足以触发金属屑告警的金属屑累积都意义重大。发动机在其使用寿命期间会产生一些金属屑……这是正常现象。即使发现的金属屑被认为是“正常”的，我们也应该将其保存下来，并记录产生金属屑时的发动机运行时间。我们在这里寻找的是一种趋势。如果我们正处于某个轴承或齿轮失效的早期阶段，我们希望在其完全失效并影响发动机其他部分之前“抓住”它。

发动机失速/喘振

众所周知，涡轮发动机需要吸入大量的空气。在非常小的空间内，压气机通过压缩，将环境空气压力提高到正常值的八到九倍。然后，涡轮利用这种压缩空气，借助极热的火焰（1,600 摄氏度），将其加速到接近 1 马赫的速度，同时提取热能并将其转化为动能或做功的能量，从而产生维持直升机飞行的马力。

压气机叶轮、静子叶片、涡轮叶片和涡轮导向器的形状和构成至关重要。任何改变旋转部件（用于推动空气）或静止导向器（用于引导空气）几何形状的因素都会导致气流紊乱。这种紊乱被称为发动机失速或喘振。发动机出现气流紊乱时，有三种可听见的警告信号：

1. 类似喇叭声或隆隆声。通常在发动机启动时会听到这种声音。这是正常现象，不会对压气机或涡轮造成损伤。

2. 一连串短促的爆裂声，听起来很像一串鞭炮被点燃。这不正常，应该查明原因。这表明系统出现故障，如果这种情况持续下去，会导致更严重的失速（见下文第 3 点），并造成压气机和/或涡轮的内部损伤。

3. 一声巨响，有时伴有火焰从压气机入口喷出。这绝对不正常，大多数情况下会导致发动机运行中断，并且在任何情况下都会对压气机和/或涡轮造成大量内部损伤。

什么原因会导致这种气流异常情况？

1. 顺风悬停

2. 悬停并吸入发动机排气

3. 操纵直升机进入异常的高上仰姿态

4. 压气机侵蚀

5. 放气活门故障（过早关闭）

6. 燃油系统需要调整

7. 涡轮和/或燃烧室侵蚀

8. 进气口堵塞或受限

前三项显然是飞行员操作不当造成的。除了确保飞行员能够描述失速的严重程度以及他们当时对直升机的操作外，我们对此无能为力。

后面第 4 至 8 项则完全属于维护部门的职责。我们有责任确保直升机系统配置正确并按设计运行。正如我们一开始所讨论的，我们的工作是为飞行员提供安全的直升机。这要求我们持续关注直升机的状况。飞行员和维护人员之间公开坦诚的沟通有助于我们履行职责。听起来很简单，对吧？确实如此 - 相信我。与飞行员进行飞行后沟通远比与局方进行事故后沟通容易得多。

话到这里，我这个老家伙就不多说了，让大家继续工作吧。感谢各位让我分享我多年来在发动机和直升机维护方面的经验，也希望能学习一些你们的“秘诀”，活到老学到老。最后一点 - 会飞的可不只有直升机。相信我，时间飞逝得比任何直升机都快！