飞机空中“不舒服了”的各种病症
在2018俄罗斯世界杯第二轮A组最后一场争夺赛中，经历了“空中险情”的沙特队没有将“好运”延续，最终被乌拉圭以1比0击败，提前小组出局。
就在比赛前一天，沙特队球员们在飞往罗斯托夫时遭遇惊魂一刻，半空中飞机发动机突然起火，尽管所幸没有人员受伤，但此次意外或多或少会对球员在场上的表现带来一些影响。据沙特足协官方声明透露，因飞机发动机发生轻微技术故障导致此次“小事故”。
发动机作为飞机的“心脏”，工作中偶发“心脏病”也不可避免。类似沙特队遭遇的这种情况，属于发动机常见突发“病症”之一，机组一般都能正常处理。下面，小编就给大家梳理一下飞行中发动机“不舒服了”可能会出现的几种常见“病”。
01
发动机火警，有时也被认作为“外部火警”或“短舱火警”，因为它常出现在发动机短舱内部，但在核心机和内涵道之外。
发动机着火，产生火焰和浓烟。
1、发动机的可燃液体（如燃油、滑油或液压液体）发生泄漏，然后遇到高温发动机部件而被点燃；2、发动机管道开裂，例如发动机转动部件开裂等；3、燃烧室开裂，这情况会产生火舌式火焰。
由于有专门的探测环路和铃声警告，这种故障容易被识别。 一般情况下，需要在第一时间进行发动机关停和拔出灭火手柄，这可以迅速切断发动机的供油、进气和点火。
无论何时发生火警，控制飞机状态是最重要的。经过证实，即使在离地后立即出现火警，飞机也有足够的时间爬升到安全高度。
02
喘振是发动机的一种不正常的工作状态，是由压气机内的空气流量和压气机转速偏离设计状态过多而引发的。
发动机强烈振动乃至严重损坏、发动机热端超温、性能急剧恶化、熄火停车等。
当压气机转速一定时，由于某种原因压气机的空气流量减少，导致工作叶轮进口处绝对速度在发动机轴线方向上的分量下降，气流在叶背处发生分离。这种发生在叶背上的现象叫做失速。如果失速叶片过多，会导致压气机喘振。
因此，气流分离是喘振发生的根本原因。具体形成因素有：1、压气机叶片高度磨损或掉块；2、吸入异物，如鸟类、冰或火山灰；3、放气系统故障；4、发动机控制故障，如燃油控制或喘振防护装置故障。
单次可自我恢复和多次可自我恢复的喘振，除了改变推力大小以外，不会对发动机造成太大的影响。但对于不可自我恢复的喘振，发动机可能严重损坏，需尽快关断燃油控制电门以避免进一步恶化。
其实，在航空发动机的设计中均考虑到喘振问题。通过预设放气活门或放气带、监测和控制机构，使其能够自动监测压力变化且在压力变化幅度过大时自动打开排气，从而有效防止喘振的发生。
03
发动机熄火，是指发动机的转速和EGT（Engine Gas Temperature，航空发动机燃气温度）下降，燃烧室内的燃烧过程停止。大约有10%的熄火发生在起飞阶段，在中低功率设定下，熄火发生最频繁，如巡航和下降。
1、在高空猛收油门或收油门断加力时，由于供油量变化过大，使燃烧室的余气系数变化超出稳定燃烧范围，易造成燃烧室贫油熄火。
2、在高空小速度飞行时，动作过猛，姿态变化剧烈，会使发动机的空气流量突然减小过多，造成燃烧室富油，导致熄火。
3、当压气机或超声速进气道发生失速、喘振等不稳定现象时，会造成进入发动机的空气流量振荡，并在短时间内空气流量下降过多，造成余气系数剧减，富油熄火。
此外，一些特殊情况也可能造成熄火，例如，零过载燃料失重；燃料中水分在高空遇冷结冰堵塞油滤；油箱内增压空气压力过小；燃料系统故障等。
发动机熄火后，飞行员应该执行空中重新启动发动机程序，重新启动失败后，则进入紧急程序，就近寻找机场备降。
对双发飞机，国际航空界还有一个双发延程飞行规定，它限制了飞机的航线，确保飞机任何时候在单发失效的情况下能找到备降机场,而不是场外迫降。
04
发动机严重损坏，通常是指硬件已经损坏，发动机无法正常运转。
发动机严重损坏会伴随有其他状况，如火警或喘振，可能会有一声巨响，燃油流量会下降，EGT短时上升，发动机迅速失去推力。 症状类似于不可自我恢复的喘振情况。
轴承故障，异物吸入损坏风扇叶片，转子盘故障等。
迅速切断发动机供油，尽快寻找合适的地点迫降。
05
发动机极限分为发动机超转和EGT（航空发动机燃气温度）超限。
1、风扇转子超转，将使用风扇转子负荷过重，风扇叶片、盘、轴容易断裂，进而使低压涡轮失去负荷，进一步加剧超转。低压涡轮或风扇转子一旦飞出，后果将是毁灭性的。
2、EGT红线是唯一可以偶尔超过而发动机不会发生故障的红线。如果超出EGT红线一定程度，压气机效率会下降、燃油消耗率上升，发动机性能衰退。
1、发动机超转时，一方面发动机叶片离心力过大，叶片容易失效；同时，发动机处于超转状态，超出了发动机强度，直接威胁发动机安全。
2、实际飞行中，受进气道、压气机叶片等表面风沙沉积或腐蚀的影响，引起气流分离加剧，压气机增压效率降低，如要维持发动机产生的推力不变，则需要更多的燃油供给，导致EGT升高超限，从而引起发动机故障。
1、在发动机超转时，可适当收小油门，保持转速稳定。
2、 在起飞滑跑中，重点关注EGT是否超过规定红线，当超过一定程度时，则应对发动机进行维护和维修。
随着航空动力制造工艺和维护水平的提高，发动机的可靠性越来越强，“不舒服”的情况只是偶有发生，针对以上几种常见“病”也能有效防止和处理。
以上内容转载自 天骄航空动力
延伸阅读
航空发动机是航空器的动力装置，为其提供飞行推力，被誉为飞机的心脏。在服役过程中，由于不断的启动、关停，以及各种飞行需求，各个部件都承受着复杂的循环载荷。尽管随着制造工艺和维护水平的提高，发动机的可靠性越来越强，但空中停车的情况还是偶有发生。在60年代，平均每年每台发动机失效一次。在今天，平均每台发动机每30年失效一次。这意味着很多现在开始职业生涯的飞行员可能很难机会亲历发动机失效的情况。图1给出了2008年国内外发动机空停千时率。
图1：2008年国内空停情况介绍（民航局飞行标准司）
尽管发动机的可靠性显著提高，但当发动机失效后，由于机组处理不当所导致的事故数量却没有明显变化。这也是我们飞行员需要研究的课题。模拟机训练极大的提高了飞行员处理特情的能力，但是它无法说明所有故障特征，而且有的故障不易识别（如探测系统出现问题）。这令很多飞行员在决断的选择上十分纠结。本文就航班运行中发动机故障的判断与处置展开探讨。
一、发动机火警
发动机火警可以发生在飞行的任何阶段，包括空中和地面。发动机火警一般发生在短舱内，但在发动机核心和气道之外，故而称之为外部火警。通常由以下原因导致：1.泄露。可燃液体遇到高温发动机部件被点燃。可燃液体包括：燃油（自动燃点230℃）；滑油（自动燃点260℃；液压液体（自动燃点450℃）。2.管道开裂（例如发动机转动部件开裂）。3.燃烧室开裂（会导致火舌式火焰）。
由于有专门的探测环路和铃声警告，这种故障容易被识别。但是不幸的是，机组人员将看不到，听不到也闻不到发动机起火。这使得飞行员失去了其他参照的对照，有时难以做出最佳决断。
有时油门收在慢车位，火警信号会消失。这说明是可能是由于高温气体吹在火警探测环路上。例如热引起管道开裂。发动机低功率工作时，进气量减小，火警信号消失。这说明发动机并未着火。发动机火警探测是基于放置在发动机和吊架敏感区域内的温度传感器（环路）工作的。如图2。不同型号的发动机特性不同，放置的位置也不同。单侧环路故障也会引起火警警报。这经常发生在刚刚做完维护的发动机上。准确判断火警警告指示，可以避免不必要的发动机空中关车。
图2：典型火警探测传感器（环路）位置
一般情况下，如果确定判断确实存在火警，需要在第一时间进行发动机关停和拔出灭火手柄，这可以迅速切断发动机的供油，进气，点火。无论何时发生火警，控制飞机状态是最重要的。经过证实，即使在离地后立即出现火警，飞机也有足够的时间爬升到安全高度（公司规定灭火高度为400英尺以上）。着火的破坏性会时间的流失而增强，长时间的燃烧可导致灭火时间增长甚至灭不了火（如灭火器线路烧断），后果是毁灭性的。灭火是一个与时间赛跑的过程，需要在控制好飞行状态的前提下尽可能快的灭火。灭火后不要尝试重新启动发动机，那可能导致复燃。
二、发动机尾管喷火
这是由于发动机内部燃油积压，在启动或关车时，积压的燃油从尾喷管喷出，然后被点燃。发动机的尾部会形成一道十几米长的火焰，场面十分壮观。由于其发生在设计温度很高（1000-1200℃）的那一部分内，所以对发动机影响不大。但它有可能对飞机本身产生影响（如损坏襟翼）。由于发生区域位于气道内部，通常称之为内部火警。
这个特情无法在模拟机训练中表达，所以机组可能接触较少。尾管喷火仅发动在地面发动机启动火关车期间。由于驾驶舱没有任何警告，这个特情的判断需要依靠机务人员、乘务员或ATC的报告。由于尾管喷火伴随大量火焰，他们可能会汇报为发动机着火。若驾驶舱没有火警指示，不要按照火警检查单处置。而且灭火剂喷射区域位于发动机整流罩与核心之间，执行火警检查单并释放灭火瓶对该故障没有任何效果。如图3。尾管喷火检查单中的很多程序在其他发动机失效检查单中不存在，准确判断将帮助发动机尽快冷转灭火。
图3 灭火剂与喷火区域分布图
三、发动机喘振/失速
当压气机转速一定时，由于某种原因压气机的空气流量减少，导致工作叶轮进口处绝对速度在发动机轴线方向上的分量下降，气流在叶背处发生分离。这种发生在叶背上的现象叫做失速。如果失速叶片过多，会导致压气机喘振。
通常意义上，发动机喘振上说的是压气机喘振。喘振是气流沿压气机轴线方向发生的低频率，高振幅的震荡现象。压气机喘振根本原因是气流分离。这种分离是由于压气机工作状态严重偏离了设计工作状态所引起的。以下几种情况会导致发动机喘振：1.发动机性能降低（如压气机叶片开裂或高度磨损）2.吸入异物（如鸟类）或冰3.引起系统故障4.发动机控制故障（燃油控制或喘振保护装置）。
如果在大马力起飞功率下发生压气机喘振，模拟机训练中我们听到的嘭嘭声不足以说明声音的巨大。曾经经历过此种情况的机组在报告中说，那声音好像是有人在他旁边开了一枪。这容易造成机组慌乱，误认为是轮胎爆破或者是炸弹爆炸。航班中的这类事件显示出，机组容易对发动机喘振错误判断导致V1以上中断起飞，冲出跑道造成飞机损坏，乘客受伤甚至死亡。实际上，那仅仅是一声巨响而已。
根据压气机的不同故障，发动机喘振分为以下几种情况：1.单次可自我恢复。机组人员可能听到一声或两声巨响，发动机参数迅速波动。通常在几分之一秒之内，仪表指示就会恢复正常，难以通过观察仪表指示来判断。2.多次可自我恢复。根据不同原因和条件，喘振会发生多次，每次间隔2-3秒钟，然后指示恢复正常。在此期间会伴随EGT的上升。3.机组处置后喘振停止。机组人员会观察到发动机参数连续几次波动。油门杆收回会，参数指示与油门位置相匹配。单如果重新前推油门到高功率，喘振再次发生。在此种状况下，如机组不及时处理，喘振会持续，直至发动机失效。4.机组处理后不可恢复。这将会有一次单一的爆破声。伴随巨响，发动机减速到零功率，就像不供油一样。这通常意味着发动机严重损坏。油门收回慢车后，EGT还将以15℃/秒的速度上升，持续8秒左右，然后回落；N1，N2指示与油门位置一致；燃油流量在2秒内下降到喘振前的25%，在接下来的6秒内继续降至10%。
单次可恢复的喘振导致发动机损坏可能性很小。多次持续喘振会损坏压气机叶片。造成压气机效率降低，进入燃烧室气体体积增加，这将导致过量燃油供给。燃烧室冷却区无法保证空气在到达涡轮前充分冷却，造成EGT超限，涡轮叶片工作在超温状态。单次不可恢复的喘振说明压气机叶片可能折断，需尽快关断以避免进一步恶化。
四、发动机熄火
熄火意味着伴随着发动机的转速和EGT的下降，燃烧室内的燃烧过程停止。造成发动机熄火的原因多种多样。比如燃油缺乏，遭遇火山灰，大雨/冰雹/结冰，发动机喘振失速等等。发动机熄火会导致多个驾驶舱指示异常，比如电气系统和液压系统。在发动机熄火后的一段时间内，由于失效发仍在风转，转速不会低于慢车，液压低压灯不会亮;如这时油门处于慢车位，飞机滚转不明显，机组可能误判为电气系统故障而不是发动机失效。建议当出现电气系统故障指示时先关注一下发动机参数，毕竟飞机动力才是最重要的。
大约有10%的熄火发动在起飞阶段。在中低功率设定下，熄火发生最频繁，如巡航和下降。这时很可能是在使用自动驾驶仪飞行。自动驾驶仪将在最大限度的弥补推力不对称后断开（假定接通的是工作发的自动驾驶仪）。这意味着机组需要一个较大的杆力才能控制住飞机状态。如果没有目视参考，如跨洋，夜间，云中飞行，飞机失控的可能性增加。国外已经发生了数次在低功率下发动机熄火，由于机组操作不当导致事故的案例。
五、发动机严重损坏/分离
发动机严重损坏意味着硬件已经损坏，发动机无法正常运转。例如轴承故障，异物吸入损坏风扇叶片，转子盘故障等等。判断发动机严重损坏的界限难以界定。发动机生产厂商认为：出现明显破损（如出现大洞或部分缺失）且移动油门杆无反应，可判定为发动机严重损坏。如图4。
图4：发动机严重损坏示意图
发动机严重损坏会伴随有其他状况。如火警（热引气泄漏）或喘振。可能会有一声巨响，N1，N2，燃油流量会下降，EGT短时上升，发动机迅速失去推力。其特点类似于第三部分所说的不可恢复的喘振。
发动机分离极为罕见。通常发生在起飞爬升阶段或着陆滑跑过程中。受影响一侧发动机主要和次要参数指示全部消失。在高功率情况下出现时，飞机滚转明显。尽快抵舵压盘控制飞机状态，改平坡度。拔出受影响发动机的灭火手柄，这将最快速的关闭翼梁燃油活门防止大规模燃油泄漏。
六、发动机极限
发动机极限分为发动机超转和EGT超限。
发动机超转时，一方面涡轮叶片离心力过大，涡轮叶片容易失效；同时，发动机处于超压状态，超出了发动机强度，直接威胁发动机安全。
目前高涵道涡扇发动机，无论是涡轮部件还是风扇，都有包容环外罩，能保护叶片断裂后，防止叶片飞出打坏飞机部件。所以，若因使用或发动机故障引起的风扇转子超转，将使用风扇转子负荷过重，转子容易断裂，进而使低压涡轮失去负荷，进一步加剧N1超转。低压涡轮或风扇转子一旦飞出，后果将是毁灭性的。此时适当收小油门，使转速稳定。
EGT是影响涡轮安全工作的最主要参数。EGT红线是唯一可以偶尔超过而发动机不会故障的红线。
由于发动机的热能惯性，EGT在起飞滑跑马上要离地或刚刚离地时达到峰值。最大允许的EGT(红线）和起飞中的EGT峰值之间的差值(TO/GA推力）叫做EGT裕度。实际飞行中，空气中的沙尘等会随气流进入发动机，沉积到进气道，压气机叶片，和发动机机匣等表面，引起积污。到一定程度时，将引起气流分离加剧，压气机增压效率降低。如要维持发动机产生的推力不变，则需要更多的燃油供给，导致EGT升高，裕度变小。如CFM56发动机，若压气机效率下降1%，EGT上升10℃，燃油消耗率上升0.6%。因此，EGT裕度也是监控发动机性能衰退的参数。如图5
图5：发动机性能衰退
发动机会在没有故障的情况下超出EGT红线，这时发动机继续产生推力。因此如果机组注意到EGT在起飞滑跑中稍稍超出红线，且较为稳定，可继续起飞，将飞机建立在初始爬升航径上再执行程序。落地后在飞行记录本中报告，这说明发动机需要及时维护。
EGT突然异常变化说明发动机故障。EGT高可能意味着：1.发动机喘振/失速2.尾管喷火3.发动机熄火。需要及时按照检查单处置。
七、发动机锁死
这里要提到一个误区。高压涡轮和高压压气机相连，低压涡轮和低压压气机相连。保持架把轴承之间均匀隔开，以避免相互碰撞摩擦。高压转子转轴和低压转子转轴并没有机械联系，只有气动联系。高压涡轮旋转带动高压压气机叶片旋转，吸入空气。由于空气冲击，低压压气机转子旋转，带动低压涡轮。所以发动机轴承之间不会由于滑油泄露等故障造成发动机锁死。
可能引起该故障的原因分别为：1.蓖齿式封严上下蓖齿接触。这是由于发动机温度升高，导致内部零部件膨胀，使蓖齿封严和蓖齿相接触，导致转子锁死。2.压气机或涡轮中转子和静子相对锁死。通常发生在发动机严重损坏空中关车后，飞机快速俯冲，由于冲压空气持续冲击风扇，前，后叶片保持器损坏，转子叶片发生位置移动，与静子叶片（导向器）卡在一起。这意味涡轮和压气机大多数叶片被毁。这不是一个瞬间的过程：打破相对固定的静子和转子部件需要极大的能量。
发动机锁死会导致发动机震动，零转速，轻度飞机偏航并可能有异常噪音（风扇转子损坏）。在正常工作的发动机一侧，由于燃油自动补偿系统，燃油流量会有一定程度增加。如果没有别的故障指示，不需要机组进行处置。
在航班运行中会遇到的发动机故障不限于以上所述，但有些故障极少发生或是与其他系统有较大关联，这里不一一赘述。
下面是一个图表，它给出了各种故障下有可能出现的状况。
在航班运行中，对于故障的处置分三步走。第一步：操控。使飞机处于正常飞行的安全包线内。第二部：判断/处置。发现辨别故障，执行相关检查单。第三部：决断。评估航空器当前安全形势，通知ATC，报告机组意图。
在任何情况下，控制飞机状态都是第一位的。发动机已获得极端条件下取证，为飞行员在重大发动机故障执行相关程序前，稳定飞机提供了足够的反应时间。例如测试发动机鸟类吸入。根据FAR 33部要求，起飞推力下的发动机必须要能够承受3.65KG的飞鸟撞击而不会熄火，也必须能够承受同时吸入几只小鸟（大约1KG)，而推力丧失不超过25%。同样，发动机必须能够在N1，N2，N3（如有）在红线上时运行5分钟。即使在火警状态下，在执行相关程序前先稳定飞机航迹.虽然会导致发动机受损更严重，但发动机已取证，火警维持几分钟的情况下不会影响到飞机安全。在飞行关键阶段千万不要仓促关断发动机。如果可能，保持发动机的继续工作。航班运行经历表明，当机组发现某些发动机参数（EGT，震动指数等）偏离了正常范围，经常决定要预防性的关闭发动机。如果仪表分析不足够，机组应该平稳移动推力手柄并检查发动机参数是否异常变化，尽量保持发动机运转，除非程序指令关车。参考尽量多的发动机指数将帮助机组更全面的了解故障。
准确的判断/处置是最困难也是最关键的一部，它直接影响着航空器的安全和机组的决断。这也是本文所讨论的内容。准确的识别发动机故障及判断其可能后果是保证安全的关键。全动模拟机是训练的收效工具，但无法准确反应全部故障。这就要求机组在航班运行中，对自己所飞机型各个系统有深入的了解，对故障的表征和诱发原因做到心中有数，对飞机的当前状况有一个清晰的情景意识。航空公司可考虑在不同的训练阶段，采用逐级深入的方式，使用生产厂商或行业内部提供的各种文件，从原理上帮助机组深入了解发动机系统。这将加深机组对于检查单和操作手册程序的理解，提高航班生产安全系数。
由于本文较多的参考了一些外文资料，如与公司标准飞行操作手册有不一致之处，请以手册为准。
看过《萨利机长》的读者一定对哈德逊河奇迹印象深刻，2009年1月15日的全美航空公司一架A320客机因鸟击导致发动机失去控制，机长沙林博格的机智操控，紧急迫降于哈德逊河上，避免了人员伤亡事件的发生，那么今天，空天界就带大家一探双发失灵，飞行紧急处理的方法。
发动机原本是几乎飞机上所有系统工作的动力来源，一旦两个发动机同时失效，几乎所有的关键系统都会受到影响。这时候增压系统基本不工作、客舱空调不工作、多套液压系统可能丢失、电力系统严重受到影响、飞行操纵系统受限……
飞机没有发动机提供动力时，只能像滑翔机一样飘降，利用原有的高度优势，下降高度以维持最基本的速度，如果在接地之前不能成功启动发动机，就只能持续下降高度，直到接地。
波音737这种非电传操纵的飞机尚且可控，但电传操纵系统的飞机双发失灵怎么办？
对于波音737及以下的非电传操纵的飞机，即使失去所有的液压系统，飞机仍然可以依靠直接连接于操纵面的驾驶盘来控制飞机。
但是像空客A330、A320、波音B757、B767、B777、B787这些双发飞机，因为其重量远远超过仅靠人力极限力量所能控制的强度（扳动飞机操纵面所需力气远大于两个飞行员的最大力气），而且很多（320、330、777、787）也是电传操纵系统的飞机，飞机驾驶舱的驾驶盘（驾驶杆）没有直接像波音737或者更小的飞机一样直接通过钢索连接至飞机的各个操纵面。
飞机驾驶盘（驾驶杆）操纵飞机时必须依靠液压系统完成操纵。完全丧失液压系统，飞机就很难控制飞行了！所以这些飞机都是设计了一个叫冲压涡轮的紧急装置：
当飞机上两个发动机都失效或其他紧急状况时（或者所有发电机失效等情况），冲压涡轮自动放出。冲压涡轮类似一个电风扇叶片一样，因为飞机在空中飞机时，必须保持大于失速速度飞行，这个涡轮就依靠飞机相对运动速度吹动而转动，进而带动一个应急发电机和液压泵，可以提供应急的电力和液压。应急的电力可以提供给最重要的仪表和系统使用，有限的液压可以有限度地安全操纵飞机。
飞机也可以在一定高度启动APU（辅助动力装置）提供电力，以及在低高度提供引气供客舱增压或者辅助启动发动机。
当然很危险，因为没有了动力，飞机只能靠消失高度维持飞机的速度，在有限度的时间内设法重新启动发动机，或者寻找合适的迫降地点迫降。
哈德逊河迫降事件
对于所有双发飞机，如果双发失效了，除了一些具有冲压涡轮的飞机可以获得额外的有电力之外，飞机上的电瓶至少可以提供30分钟的直流和交流应急用电，飞机上还有一个叫APU的，也可以提供一定的辅助。
APU（辅助动力装置），通常安装在飞机尾部。简单地说就是一个迷你发动机，不能提供推力，但是能提供有限的电力和引气，而电力可以用于驱动一些液压系统，引气可以供增压使用或者启动发动机。APU空中可以提供一些最紧要的补充，地面可以提供电力和空调。有些飞机APU空中不需要工作，只能在地面工作，比如波音747的APU。
启动发动机有两种方法，一种是利用风转自己启动，这时一般需要飞机速度较大，和冲压涡轮原理一样，飞机向前的速度带动发动机转动，当满足一定转速和条件时，发动机控制系统只要供油，点火，发动机就可以启动成功了。
第二种是发动机风转的转速达不到自己启动转速时，这时就需要引气辅助启动，如果双发失效，可以通过先启动APU，然后使用APU引气提供给发动机启动机辅助发动机转动，当转速达到最低要求时发动机供油点火就可以启动了，这个和飞机通常在地面启动是几乎一模一样的。
如果飞机APU故障或者不可用，飞行员还可以依靠快速下降高度增加飞机的速度，这时发动机风转的速度也会增加到最小启动的转速，这时候也有可能成功启动发动机，但这种方法损失高度很快，因为双发同时失效的几率并不大，同时几种不利情况叠加一起的情形就更小了。
来源：航空1909
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