2019年3月26日,一架装备了LEAP-1B发动机的波音737-8飞机执行调机飞行,起飞后右发非指令关断,机组操作飞机返航并安全降落,地面检查发现低压涡轮存在严重损坏并伴有材料缺失。发动机拆下送厂,分解检查发现本事件的根源是燃油喷嘴结焦导致的高压涡轮损坏,进而损坏后续的发动机部件。燃油喷嘴结焦是整个LEAP机队的一个主要问题。燃油喷嘴结焦会导致燃油雾化不良,从而使得燃烧室出口的温度偏离了设计值而损伤发动机的热端部件,进而导致重大事件的发生。LEAP-1B发动机采用了全新的燃油喷嘴,喷嘴的结焦问题已经成为全球机队普遍发生的问题。
LEAP-1B发动机燃油喷嘴分为三路:飞行主油路,飞行次级油路和主路,主油孔结焦可能会导致发动机推力发生故障,飞行次级喷油孔和活门结焦会导致热场和涡轮损坏。由于热量未能及时散发至大气中,喷嘴内的残余燃油被热量加热到焦化门槛值以上,未燃烧的燃油可转化为焦炭。
根据CFM通报,近三年期间LEAP-1B发动机燃油喷嘴出现了多种结焦模式,在发动机投入使用的过程中,目前确定燃油喷嘴结焦表现为五个方面的问题:喷嘴主油孔(MO)结焦,飞行主喷嘴油路(PP)结焦,喷嘴活门卡滞,飞行次级油路(PSEC)结焦和隔热层破损。
1、主油孔结焦:严重的主油孔(MO)焦化会导致热场和涡轮损坏。从阻塞的喷嘴流向非阻塞的喷嘴,导致更高的燃油流量和更高的温度。如果燃油歧管由于堵塞而到达燃油泵旁通路,可能会导致发动机推力发生故障,但目前为止,CFM尚未收到推力发生故障的报告。在分析LEAP系列发动机经验后,13%的CNR来自燃油喷嘴主孔结焦。
2、飞行次级喷油孔和活门结焦:飞行次级喷嘴油路用于发动机加速期间(例如用于“起飞”和“复飞”)。堵塞的次级油路会导致燃油泵在转化到高功率时背压增加。在一些发动机中观察到,它可能导致短暂的(大约2秒)燃油泵释压。油泵进入释压模式时燃油压力会有突然升高,这可能会导致失速(目前暂无报告)。活门系统控制燃油流量。残余燃油会结焦,造成黏滞。已经在在少数发动机中观察到此情况,黏滞的喷嘴活门会导致热场和涡轮损坏。
3、燃油喷嘴隔热层破损:隔热层破损表现为隔热层(TBC)剥落,径向开裂和氧化。此故障并非在全球机队都有发生,与发动机运行的区域有关。外径氧化是导致失效的主要原因。AMM限制允许最多8个全径向裂纹。在发动机大修时,受到CMM限制,60%的喷嘴进行了尾部防热罩修理。
工程措施:
1、针对主油孔结焦,CFM监控飞行主喷嘴附近的EGT突变,判断是否有结焦,该喷嘴在发动机起动中为主用喷嘴。使用以下逻辑:1)在发动机起动时,偶数编号喷嘴附近EGT探头读数突变大于200摄氏度,奇数编号大于250摄氏度下触发CNR,要求在45天或225循环内换下全套喷嘴;2)CFM推荐航司在偶数编号喷嘴EGT突变小于290摄氏度前,奇数编号喷嘴小于340摄氏度前完成喷嘴的更换。3)孔探高压涡轮相关部件(CAD要求),监控燃油喷嘴结焦的情况。
2、针对飞行次级喷油孔和活门结焦,CFM已经建立活门黏滞分析的CNR,需要发动机EEC软件版本在V6.73之上,以获得数据。CFM已经针对飞行次级喷嘴油路和活门黏滞制定下发SB计划。当接到CFM发出的活门黏滞的CNR时,拆卸并更换所有燃油喷嘴。正常CNR:150个循环或30个工作天,以先到者为准。紧急CNR:35个循环或7个工作天,以先到者为准。
3、针对燃油喷嘴隔热层破损:如果燃油喷嘴的损伤超过AMM标准,拆卸并更换,CFM建议有定期监控计划的航司在定期检查之前,确认有可用的燃油喷嘴库存。CFM正在设计一种新的涂层,其测试和验证已经完成,目前已经启动在机队的现场使用评估,将对安装有新式隔热层的喷嘴的LEAP-1B发动机进行飞行测试。
4、CFM发布SB73-0042,在EECV6.73版本次级喷嘴和燃油喷嘴活门黏滞的门槛值之前(先到为准)更换燃油喷嘴,建议跟进SB情况并及时评估执行。
5、作为最终措施,CFM针对燃油喷嘴结焦问题设计了RBS(反向通气系统)。该系统使用一台鼓风机集成到现有的10级发动机排气气道中,在发动机关车后,冷却空气流入内涵道,为燃油喷嘴提供冷却,促进核心机硬件散热。就像之前的EEC冷却的鼓风机,飞机为鼓风机提供电源和控制。RBS是完全自动化的,机组人员看不到,也无需飞行员操作。在地面关车时,跟随起动手柄在发动机慢车时的切换,RBS作动命令发送给飞机。RBS系统将在发动机关车后激活长达60分钟,或直到下次发动机起动。系统设计为可在翼进行加改装。系统健康状况将使用EEC报告数据和机外分析进行监测,通过CNR发送发动机维护建议。目前,该系统正在测试取证,其效果将待系统改装执行后验证。