CFM56―5B發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)防喘方式淺述

1、CFM56 5B發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)防喘方式淺述中圖分類號(hào)： S995 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1009-914X（2018）16-0293-01CFM56-5B 發(fā)動(dòng)機(jī)是一種先進(jìn)的風(fēng)扇渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。它采 用了多級(jí)軸流式壓氣機(jī)對(duì)空氣進(jìn)行壓縮，提高空氣壓力，為 燃?xì)馀蛎涀鞴?chuàng)造條件，以改善發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，增加發(fā)動(dòng) 機(jī)推力。由于多級(jí)軸流式壓氣機(jī)氣流通道橫截面積延軸向逐 級(jí)減小，且壓氣機(jī)增壓比與壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速 降低時(shí)壓氣機(jī)增壓比也隨之降低，當(dāng)通道橫截面積的變化與 降低的壓氣機(jī)增壓比不相適應(yīng)時(shí)出口面積就會(huì)顯得太小而 進(jìn)口面積顯得太大，造成多級(jí)軸流式壓氣機(jī)前幾級(jí)流速低、 攻角大，后幾級(jí)流速高、

2、攻角小。這就使得多級(jí)軸流式壓氣 機(jī)在非設(shè)計(jì)工作條件下易于發(fā)生喘振。壓氣機(jī)喘振會(huì)使壓氣 機(jī)葉片斷裂，引起發(fā)動(dòng)機(jī)熄火停車，嚴(yán)重威脅飛行安全。CFM56-5B 發(fā)動(dòng)機(jī)為了避免多級(jí)軸流式壓氣機(jī)在非設(shè)計(jì) 工作條件下發(fā)生喘振采取了多種防喘措施，主要的防喘措施 有以下幾種：1. 采用雙軸結(jié)構(gòu)（即雙轉(zhuǎn)子） 。將壓氣機(jī)分為兩個(gè)轉(zhuǎn)子， 分別由各自的渦輪帶動(dòng)，于是一臺(tái)高增壓比的壓氣機(jī)就成為 兩個(gè)低增壓比的壓氣機(jī)。若在設(shè)計(jì)狀態(tài)下壓氣機(jī)的兩個(gè)轉(zhuǎn)子 的轉(zhuǎn)速相同，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低后，壓氣機(jī)前幾級(jí)攻角加大，后幾 級(jí)攻角減小。因而當(dāng)轉(zhuǎn)速降低后帶動(dòng)低壓壓氣機(jī)所需要的功 率要大于高壓壓氣機(jī)，由于壓氣機(jī)的兩個(gè)轉(zhuǎn)子由各自的渦輪 帶動(dòng)，于是低

3、壓壓氣機(jī)就自動(dòng)處于較低的轉(zhuǎn)速下工作，使攻 角?p小，達(dá)到防喘的目的；而高壓壓氣機(jī)就自動(dòng)處于較高的 轉(zhuǎn)速下工作，使攻角增大（攻角的絕對(duì)值減?。?，防止堵塞 產(chǎn)生，從而避免了喘振的發(fā)生。2. 采用可變靜子葉片系統(tǒng) （即VSV系統(tǒng)）。由于壓氣機(jī)在低速工作時(shí)前幾級(jí)和末幾級(jí)的攻角偏離最大，首先產(chǎn)生分離， 所以轉(zhuǎn)動(dòng)這些級(jí)的導(dǎo)流葉片，可以使氣流在進(jìn)入下一級(jí)工作 葉輪時(shí)減小或加大攻角，避免產(chǎn)生氣流分離，防止喘振的發(fā) 生。因此CFM56-5B發(fā)動(dòng)機(jī)通過采用 VSV系統(tǒng)改變高壓壓氣 機(jī)前四級(jí)靜子葉片的角度來控制通過高壓壓氣機(jī)的氣流。VSV系統(tǒng)由ECU發(fā)出信號(hào)到HMU，由HMU輸出燃油壓力到VSV作動(dòng)器來對(duì)可變靜子

4、葉片進(jìn)行操縱，從而達(dá)到防喘的目的。3. 采用可變放氣活門系統(tǒng)（即 VBV系統(tǒng)）。CFM56-5B發(fā) 動(dòng)機(jī)采用的可變放氣活門系統(tǒng)是通過 12 個(gè)放氣活門來控制 低壓壓氣機(jī)出口到高壓壓氣機(jī)進(jìn)口間的氣流，防止喘振的產(chǎn)生。當(dāng)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速低于一定數(shù)值時(shí) ECU輸出電控信號(hào)到 HMU， HMU輸出燃油壓力到 VBV燃油齒輪馬達(dá)，燃油齒輪馬達(dá)驅(qū) 動(dòng)柔性軸帶動(dòng)主放氣活門作動(dòng)，主放氣活門通過柔性軸帶動(dòng)其余 11 個(gè)放氣活門打開放氣。其目的是增加低壓壓氣機(jī)的 空氣流量，避免低壓壓氣機(jī)因攻角過大而產(chǎn)生氣流分離；同 時(shí)也避免高壓壓氣機(jī)進(jìn)口流速過大，攻角為負(fù)值，使增壓比 和效率降低的現(xiàn)象出現(xiàn)，達(dá)到防止喘振的目的。 VBV

5、 系統(tǒng)活 門的位置是根據(jù)修正后的 N2 和 N1 轉(zhuǎn)速來決定的， 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī) 在低轉(zhuǎn)速或過渡態(tài)工作時(shí)，低壓壓氣機(jī)提供的氣流量大于高 壓壓氣機(jī)所需的氣流量，因此,VBV系統(tǒng)活門打開一定角度， 將過量的氣流排到風(fēng)扇排氣中，使低壓和高壓壓氣機(jī)匹配， 提供良好的加速性和防喘；當(dāng)在快減速時(shí)，活門全打開，達(dá) 到防止壓氣機(jī)喘振的目的。VBV系統(tǒng)是由ECU控制、HMU來的高壓燃油作動(dòng)的。該系統(tǒng)包括一個(gè)燃油齒輪馬達(dá)、一個(gè) 止動(dòng)機(jī)構(gòu)、一個(gè)主活門、一個(gè)主柔性軸、十一個(gè)活門、十一 個(gè)柔性軸以及一個(gè)位置反饋傳感器組成的。該系統(tǒng)有四個(gè)主要功能：1. 根據(jù) HMU 提供給齒輪馬達(dá)的燃油壓力差來作動(dòng)活門 達(dá)到一定的位置。2.

6、在整個(gè)行程中使 12 個(gè)活門機(jī)械同步。3. 在每個(gè)行程完成后限制活門的位置。4. 提供活門位置反饋信號(hào)給 ECU。系統(tǒng)在工作時(shí)，HMU來的壓力燃油驅(qū)動(dòng) VBV齒輪馬達(dá)， 馬達(dá)通過主柔性軸作動(dòng)主活門，主活門通過 11 個(gè)柔性軸作 動(dòng)其它 11 個(gè)活門，位置反饋機(jī)構(gòu)將活門位置信號(hào)輸送到ECU， ECU控制系統(tǒng)活門的打開或關(guān)閉并接收位置反饋信號(hào)，從而 形成對(duì)該系統(tǒng)的閉環(huán)路控制。如果VBV系統(tǒng)出現(xiàn)問題，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)超溫或壓氣機(jī)喘 振等嚴(yán)重后果，所以該系統(tǒng)應(yīng)予以密切關(guān)注。根據(jù)平時(shí)遇到 的故障現(xiàn)象，我們認(rèn)為VBV系統(tǒng)出現(xiàn)問題的原因主要集中在 活門的卡阻上，由于該活門是高價(jià)件且價(jià)格不菲，如果發(fā)現(xiàn) 問題就更換

7、必定會(huì)耗費(fèi)大量的資金，是否能采取一些措施延 長(zhǎng)活門的使用時(shí)間呢？帶著這個(gè)問題，我們與活門的生產(chǎn)廠 家HONEYWELL進(jìn)行了聯(lián)系，廠家告知我們活門上有一注油 口，可對(duì)其進(jìn)行注油潤(rùn)滑工作。了解到此情況之后，我們對(duì) 更換下來將要送修的活門進(jìn)行了仔細(xì)的檢查和注油工作。通 過檢查與分析，我們發(fā)現(xiàn) VBV活門是一個(gè)純機(jī)械部件，柔性 軸的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)通過兩個(gè)傘形齒輪的作用轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)部球螺桿 的繞柔性軸垂直方向的轉(zhuǎn)動(dòng)， 然后通過球螺桿 (BALLSCREW) 與轉(zhuǎn)換螺帽(TRANSLATINGNU)的作用轉(zhuǎn)變?yōu)榛铋T的打開與 關(guān)閉動(dòng)作。檢查中還發(fā)現(xiàn)各轉(zhuǎn)動(dòng)部件之間的潤(rùn)滑油脂經(jīng)過長(zhǎng) 時(shí)間的使用與污染已凝結(jié)，不僅起不到潤(rùn)滑作用，反而對(duì)轉(zhuǎn) 動(dòng)產(chǎn)生了阻礙作用， 從而導(dǎo)致了活門的卡阻， 我們分析認(rèn)為， 如果定期地對(duì)活門加注新鮮油脂(牌號(hào)：MIL-G-81322)，改善內(nèi)部的摩擦狀況，對(duì)活門使用時(shí)間的延長(zhǎng)是有所幫助的， 并且我們的注油試驗(yàn)也取得了較好的效果；另外，由于該活 門沒有固定的使用壽命，屬于視情更換件，所以定期注油施 延長(zhǎng)活門使用時(shí)間的的預(yù)防性措是可行的。這樣就能達(dá)到延 長(zhǎng)活門使用時(shí)間的目的，并可為公司節(jié)約一定的資金。以上三種 CFM56-5B 發(fā)動(dòng)機(jī)采取的防喘方式中，以 VBV 系統(tǒng)故障較為常見。 我們公司執(zhí)管的飛機(jī)曾多次出現(xiàn) VBV 活 門打不開或無法閉合等故障，對(duì)飛行安