普惠公司PW1100G-JM發動機近期出現了一系列故障,造成多家航空公司的A320neo遭遇停飛,對A320飛機的交付和運營產生了不利的影響。目前,普惠公司正積極解決這些問題,并推出一系列解決方案,力圖挽回故障造成的損失,實現GTF發動機與A320neo飛機的更好匹配。
2018年2月9日,歐洲航空安全局(EASA)發布了一項緊急適航指令,要求停飛配裝PW1100G齒輪傳動發動機的部分A320neo飛機,隨后美國聯邦航空局(FAA)也發布了相同的適航指令。這一消息無疑給正在更新換代的窄體客機市場掀起了新一輪波瀾,空客公司原計劃的2018年交付任務也恐受此干擾。

EASA的限令是針對最近4架配裝了PW1100G發動機的A320neo飛機出現的新問題,其中兩架飛機發生空中停車(IFSD),另外兩架在地面檢查時發現故障被拒絕起飛。經調查分析,這4架飛機的故障均由PW1100G發動機高壓壓氣機(HPC)后輪轂篦齒密封斷裂引起。EASA指出,這一故障會使密封失效,導致發動機喘振失速,進一步導致飛機IFSD或拒絕起飛,存在安全風險。如果發動機在沒有指令的情況下停車,嚴重時有可能會導致雙發失效。
據統計,此限令涉及安裝了43臺該型發動機的32架A320neo飛機,其中11架飛機被勒令停飛,其余21架飛機僅單發受限。經分析,該問題是在普惠對之前發動機故障進行修改設計后產生的。因此,涉及的停飛范圍并不廣泛,僅影響序列號在P770450之后出廠的部分產品。但受此影響,普惠公司正在緊急評估另外55架裝有同型發動機的A320neo飛機是否存在同樣問題。
2月16日,空客首席執行官湯姆•恩德斯表示,公司已停止接收PW1100G發動機,也不再向客戶交付安裝該型發動機的A320neo飛機,并暫停對有關飛機進行的預交付試驗飛行,直到發動機故障問題得以解決。
故障原因分析
事件發生后,空客公司和普惠公司第一時間做出響應。2月12日,普惠公司發表聲明,表示正在與空客一起密切聯系客戶,已經進行了故障定位,并將著手快速解決高壓壓氣機后輪轂篦齒密封問題。同時,普惠公司表示,目前確定潛在受影響的發動機只是一小部分。

2月21日,普惠公司公布了該問題的解決方案,且已獲得所有必需的監管批準。普惠公司已經開始實施這一解決方案,并向空客承諾,改進后的發動機將于3月份開始交付(但截至目前,尚無明確消息表明普惠公司已經完全解決這一問題,恢復正常生產供貨)。普惠公司表示,此次出現的密封問題正是由改進發動機3號軸承密封和燃燒室可靠性所引發的新問題。普惠公司承諾將對發動機結構進行改進,并表示這一問題的根本原因已經確定。PW1100G發動機的3號軸承設計使用了篦齒密封,采用凹槽和楔形結構,使滑動密封面之間形成一層稀薄的空氣膜,從而產生氣動隔離。普惠公司起初認為,篦齒密封會隨著時間的推移更加耐用,但在使用中發現軟件對海拔高度存在誤讀問題,使碳密封部件沒有得到足夠的壓力,因此不能形成預期的氣泡。有時又會因施加太大的壓力使碳密封部件和相關密封板之間產生縫隙,導致碳薄片進入油面,使金屬微粒進入油系統,并觸發芯片探測器報警。
實際上,這一故障并不是新問題,在此之前就已經暴露,普惠公司也已經做了大量改進型設計,但并未從根本上改變這種結構。2017年5月,普惠公司為當時的這一設計引入了臨時升級包,該升級包增加了一個文丘里管,以減少針對軸承箱的空氣壓力,同時對電子發動機控制軟件進行了相關修改,以限制氣流。
普惠公司表示,經過產品近一年的服役反饋,升級包的性能好于預期,但普惠還一直在尋求該問題的最終解決方案。臨時升級包為普惠公司騰出了更多的時間,其一直在加緊研究是選擇對該種密封進行永久性修復還是重新設計新的密封方式。最終,普惠選擇了標準的刷式干運轉接觸式封嚴結構,并且將其列入了標準材料清單目錄。干運轉面接觸式密封是由碳化物材料的旋轉環和碳石墨材料的固定環構成,這些環接觸面是平的,在高速旋轉時,采用磁鐵或彈簧可讓它們緊緊地接觸在一起,防止漏油。
目前,普惠公司正在進行發動機返廠檢查和維修,包括A320neo的PW1100G和龐巴迪C系列的PW1500G發動機。同時,普惠公司正在努力評估整體的生產和交付計劃,以最大限度地減少對客戶的影響。在量產發動機中將引入所有的升級改進,已交付發動機在進行大修時對其系統進行更換。普惠公司希望修改后的設計實現可靠性超過基準設計。
運營狀況回顧
目前,PW1100G-JM發動機是普惠公司齒輪傳動渦扇發動機系列中推力最大的型號,涵道比達12,采用“3級低壓壓氣機+8級高壓壓氣機+燃燒室+2級高壓渦輪+3級低壓渦輪”的結構,推力范圍覆蓋106~147kN,是A320neo飛機的兩款備選動力裝置之一,也是普惠角逐單通道干線飛機市場的核心產品。

作為一種雙軸軸流式渦扇發動機,PW1100G-JM發動機低壓軸由3級低壓渦輪驅動3級低壓壓氣機,同時通過齒輪傳動系統驅動單級風扇以改善循環效率。燃燒室則采用了普惠公司獨有的TALON X專利技術。其最大的特征是采用了齒輪驅動風扇系統(FDGS),該系統使風扇和低壓壓氣機可以不同轉速工作,低壓轉子在效率較高的高轉速下工作,以匹配高壓轉子的最佳轉速;同時,讓風扇在氣動損失和噪聲都較小的較低轉速下工作,從而實現通過增大發動機涵道比,使發動機可靠性提高,耗油率、使用成本、維修成本、噪聲等降低。
2010年12月,空客公司宣布推出的A320neo擁有兩種可選發動機方案,一種是普惠公司的PW1100G-JM發動機,另一種是CFM國際公司的Leap-1A發動機。2015年11月,PW1100G-JM發動機獲得歐洲航空安全局(EASA)和美國聯邦航空安全局(FAA)的聯合型號認證。