V2500-A5 發動機排氣溫度真實超限分析

朱正琨

（四川航空股份有限公司，成都 610000）

發動機排氣溫度（Exhaust Gas Temperature，EGT）是發動機性能監控的重要參數。實際運行中，EGT 的相關警告和指示變化可能導致飛行員進行減推力或關車操作，這將影響航班的正常運行和飛行安全。為此，介紹了V2500-A5 發動機EGT 超限的影響因素和故障機制，結合外部環境和工作原理綜合分析此類超限故障，并提出相關建議。

1 故障描述

某空中客車A320 系列飛機裝配有V2500-A5 發動機，在北京短?；龊笥|發“ENG 2 EGT OVER LIMIT”警告，譯碼快速存取記錄器（Quick Access Recorder，QAR）數據發現雙發EGT 最高達到619 ℃，超過610 ℃的時間總計181 s。

2 影響EGT 的因素

EGT 作為發動機重要的性能監控參數，反映了發動機的整體工作狀態。影響EGT 的因素眾多，大致可以分為外部因素和內部因素兩大類。

2.1 外部因素

影響EGT 的外部因素有大氣溫度（Atmospheric Temperature，AOT）、海拔和外來物損傷（Foreign Object Debris，FOD）3 項。高溫度和高海拔造成空氣密度下降，而飛機的推力與空氣質量流量成正比。為了達到所需推力，需要增加燃油流量以獲得更高的風扇轉速和渦輪前燃氣總溫，因此造成EGT 上升。對于V2500-A5 發動機，外界溫度每增加1 ℃，EGT增加約3 ℃，以保證發動機的起飛推力恒定[1]。鳥擊或FOD 可能導致進氣道、壓氣機或渦輪等部件損傷，氣路污染，引起空氣流量減少，部件效率降低，發動位為保持恒定推力，也會增加燃油流量，使得EGT 上升。

2.2 內部因素

由于內部結構和工作狀態，發動機的磨損、腐蝕和污染等問題不可避免，這些因素都將導致壓氣機和渦輪的效率降低。壓氣機主要體現在葉片腐蝕、葉輪軸磨損和氣路污染等，這將影響壓氣機的流通能力和壓縮效率。渦輪主要體現在葉片的燒蝕、葉尖間隙增大，從而降低氣流對渦輪的做功效率。排除FOD 的直接影響，發動機效率降低是一個緩慢的過程，可以通過觀察長期的EGT 趨勢判斷效率衰減程度。

發動機油路、氣路或控制系統的故障將導致燃油室內油氣比偏離計算值，從而影響氣體燃燒，導致EGT 變化。電子發動機控制器（Electronic Engine Control，EEC）通過采集發動機狀態數據，結合需求的高度、速度和油門桿角度計算出所需推力，并調整供油量使實際推力值達到指令值。同時，在飛機運行的不同階段，為了保證壓氣機在設計工況下工作，EEC 通過改變進氣角度和排氣避免發動機喘振和失速，這將影響進入燃燒室的空氣流量，最終富油燃燒導致EGT 升高。通過QAR 數據讀取燃油流量（Fuel Flow，FF）、高壓壓氣機可調靜子葉片（Variable Stator Vane，VSV）、低壓級放氣活門（Beet Soil-Borne Virus，BSBV）、發動機壓力比（Engine Pressure Ratio，EPR）和高壓壓氣機轉速N2等參數的變化趨勢來判斷系統故障[2]。

3 發動機各主要系統對EGT 的影響

EGT 參數的變化往往伴隨其他參數的同步變化，這些參數的變化共同反映了部件的工作狀況。分析部件在不同的發動機狀態下的動作情況，配合監控參數的變化趨勢，往往能夠確定導致EGT 異常的根源[3]。油氣比決定了燃燒室內的燃燒情況，反映發動機供油量與供氣量的變化，并表現在EGT 上，因此EGT 的異常應主要研究發動機的供油與供氣。

3.1 油路系統

燃油流量是發動機唯一的控制參量，通過EEC 精確計算。燃油計量組件（Fuel Metering Unit，FMU）作為執行機構，在所有的飛行操作下執行燃油流量控制，并向EEC 提供反饋。EEC 和FMU 為燃油流量的主控部件，其故障被探測和記錄，外部無參數直接衡量EEC 和FMU 的工作狀態，因此一般通過對比燃油流量趨勢的連續性以及EEC 的故障信息記錄來判斷燃油系統故障。

3.2 氣路系統

V2500-A5 發動機氣路系統主要包括引氣系統、防冰系統、BSBV、高壓級放氣活門、高壓壓氣機VSV 等系統。對于引氣與防冰系統，隨著引氣量的增加，造成燃燒室進口壓力減少。EEC 判斷轉速偏低，會增加FF 和N2，此時EGT 也會有不同程度上升。

BSBV與VSV的位置均由EEC控制。EEC通過BSBV與VSV 自身的線性差動傳感器（Linear Variable Differential Transformer，LVDT）信號來調整監控實際位置。低速時，低壓機進氣比核心機需求多，多余的空氣通過BSBV 排到外部。在較高速時，BSBV 關閉，所有增壓氣體都進入核心發動機。在發動機低速向高速轉變的過程中，BSBV 逐漸關閉。若BSBV 卡阻無法關閉，會導致EGT 快速上升，FF、N2上升。

此外，EEC 通過修正N2參數控制VSV 的開度。如果VSV 無法動作到位，會造成葉柵進口形成正負攻角，使得到達燃燒室的氣體減少，EGT 上升[4]。

放氣活門是額外的防喘機構，用于提高發動機啟動和加減速情況下的飛機性能與穩定性。放氣活門一共4 個，其中高壓7 級放氣活門3 個（7A、7B、7C），高壓10 級放氣活門1 個，每個活門都有1 個電磁閥控制，活門有彈簧保持在打開位。EEC 通過控制電磁閥的通電，讓高壓壓氣機出口空氣P3作為伺服空氣，P3作動使放氣活門關閉。EEC 只有作動指令，活門具體的開關情況無法反饋到EEC。

放氣活門在不同發動機狀態下的工作情況不同。在啟動前，4 個放氣活門均打開，7B、7C 和10 級在達到慢車的過程中逐漸關閉。慢車和滑行過程中7A級放氣活門打開，7C 級響應油門桿打開或關閉，7B和10 級關閉。由于發動機在低功率狀態工作，7 級放氣活門故障在打開位對EGT 影響較小，10 級放氣活門故障在打開位會導致EGT 上升。

4 故障分析

4.1 發動機性能與指示判斷

本研究案例故障發生地點在北京，外界溫度38 ℃，為低海拔區域，飛機處于啟動后滑行階段。故障發生時和發生前均未發生鳥擊和FOD 情況。近3 個月雙發EGT 裕度在35 ℃左右。綜合判斷，該發動機受使用時間和夏季高溫影響，存在一定的效率降低趨勢，但是整體工作狀態尚好，EGT 裕度足夠。

FF 與EGT 上升趨勢一致，燃油流量關斷時EGT迅速下降，由此可以判斷EGT 指示正常，EGT 真實超溫。

4.2 故障源鎖定

檢查全權限數字發動機控制器（Full Authority Digital Engine Control，FADEC）的2 個通道，無相關部件故障信息。通過譯碼檢查相關參數趨勢，發現PB 值正常，趨勢穩定，波動微小。VSV 開度與N2轉速一致，BSVB 開關正常，FADEC 指令與反饋一致，可以判斷BSBV 和VSV 機構動作正常。

故障觸發時，雙發啟動完成，油門桿到達最小慢車位置。此時，大翼防冰和發動機防冰未開，壓力調節器（Pressure Regulating Valve，PRV）引氣壓力正常。譯碼檢查放氣活門控制作動情況，飛機故障時的變化情況如圖1 所示，其中N22為右發N2轉速。由圖1可以看到，7A 級放氣活門一直保持打開，7B、7C、10 級都隨著N2上升而關閉，證明活門開關情況與控制邏輯一致[5]。但是，放氣活門的真實位置沒有具體反饋，因此即使EEC 控制邏輯正確，也無法確認放氣活門的具體位置和機械故障。同樣，壓氣機、渦輪葉片的缺陷也無法判斷，因此有必要測試放氣活門和電磁閥，孔探壓氣機和渦輪葉片。

圖1 故障飛機右發4 個放氣活門隨N2 的變化情況

通過孔探發現，壓氣機葉片和渦輪葉片均有不同程度損傷，但是仍然滿足手冊允許損傷范圍。操作測試發現，7B、7C 和10 級放氣活門關閉緩慢，7B、7C 級放氣活門電磁閥約每操作4 次故障一次，最終更換所有的放氣活門及其電磁閥。排故完成后多次試車，最小慢車功率下，EGT 大約520 ℃，比排故前下降80 ℃左右。最大起飛功率下，EGT 峰值為614 ℃，距離EGT 紅線36 ℃，與排氣溫度余量（Exhaust Gas Temperature Margin，EGTM）監控值一致。

5 結語

該案例在V2500-A5 發動機EGT 超限排故工作上具有一定代表性。利用性能監控軟件，并結合EGT故障機制對同類故障進行綜合分析，隔離故障源，能夠大大減少運營和維修成本，提高運行效率。