摘要：可變放氣活門(mén)（VBV）是防止發(fā)動(dòng)機(jī)喘振的主要系統(tǒng)。本文介紹了VBV系統(tǒng)的組成和工作原理，對(duì)幾種常見(jiàn)故障進(jìn)行了深入分析，找出故障原因，并提出合適的維護(hù)建議以及維護(hù)過(guò)程中的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：可變放氣活門(mén)系統(tǒng)；故障；維護(hù)

Keywords：VBV system；failure；maintenance

0 引言

CFM56-5B發(fā)動(dòng)機(jī)是大涵道比、雙轉(zhuǎn)子軸流式發(fā)動(dòng)機(jī)，主要裝備于A320系列飛機(jī)。盡管該發(fā)動(dòng)機(jī)總體性能較好、可靠性高，但在使用過(guò)程中也出現(xiàn)了一些問(wèn)題，嚴(yán)重影響了飛行安全，導(dǎo)致航司經(jīng)濟(jì)損失?？勺円龤饣铋T(mén)（Variable Bleed Valve，VBV）系統(tǒng)故障是發(fā)動(dòng)機(jī)常見(jiàn)故障之一，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)喘振。發(fā)動(dòng)機(jī)喘振是一種低頻率高振幅的振動(dòng)，很容易導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)，如不及時(shí)處理將造成發(fā)動(dòng)機(jī)部件損壞，嚴(yán)重影響飛行安全。喘振常出現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、加速、減速、反推4個(gè)階段，導(dǎo)致返航、中斷起飛或航班延誤。本文對(duì)CFM56-5B發(fā)動(dòng)機(jī)VBV系統(tǒng)進(jìn)行介紹，對(duì)該系統(tǒng)故障進(jìn)行深入分析，并提出維護(hù)建議和維護(hù)過(guò)程中的注意事項(xiàng)。

1 VBV系統(tǒng)組成和工作原理

VBV系統(tǒng)由1個(gè)燃油動(dòng)力液壓齒輪馬達(dá)、1個(gè)止動(dòng)裝置、1個(gè)位置傳感器、1個(gè)主活門(mén)、11個(gè)次級(jí)活門(mén)、1根主軟軸和11根從動(dòng)軟軸構(gòu)成，如圖1所示。燃油齒輪馬達(dá)是一個(gè)容積式齒輪馬達(dá)，由兩個(gè)內(nèi)正齒輪組成，用于將燃油的液壓勢(shì)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以驅(qū)動(dòng)一系列放氣活門(mén)。止動(dòng)裝置用于限制VBV活門(mén)在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中燃油齒輪馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)的次數(shù)。主活門(mén)和主球形螺母作動(dòng)器作為一個(gè)整體組件，可將燃油齒輪馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩傳遞給其他11個(gè)次級(jí)活門(mén)，從而帶動(dòng)次級(jí)活門(mén)運(yùn)動(dòng)。位置傳感器感受并反饋主放氣活門(mén)的位置。從動(dòng)軟軸位于每?jī)蓚€(gè)放氣活門(mén)之間，是傳遞機(jī)械能的機(jī)構(gòu)，以保證各放氣活門(mén)同步作動(dòng)。主軟軸位于燃油齒輪馬達(dá)和主放氣活門(mén)之間，將馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩傳遞給主放氣活門(mén)。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制組件ECU監(jiān)控VBV活門(mén)的位置，通過(guò)液壓機(jī)械組件HMU控制伺服燃油驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)，帶動(dòng)主軟軸作動(dòng)主活門(mén)，進(jìn)而帶動(dòng)11根從動(dòng)軟軸驅(qū)動(dòng)11個(gè)次級(jí)活門(mén)，再將活門(mén)位置通過(guò)傳感器送回ECU形成閉合回路，系統(tǒng)的控制原理如圖2所示。發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中VBV系統(tǒng)起著重要的調(diào)節(jié)作用，在發(fā)動(dòng)機(jī)低功率低轉(zhuǎn)速時(shí)，核心機(jī)所需利用的氣流量小，此時(shí)VBV活門(mén)打開(kāi)，將低壓壓氣機(jī)提供的多余壓縮空氣排出核心機(jī)；發(fā)動(dòng)機(jī)高功率高轉(zhuǎn)速時(shí)，核心機(jī)所需利用的氣流量較大，此時(shí)VBV活門(mén)關(guān)閉，使得壓縮空氣可以充分進(jìn)入核心機(jī)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行減推力操作時(shí)，由于核心機(jī)所需利用的氣流量變少，VBV活門(mén)隨之打開(kāi)，將多余的低壓壓氣機(jī)壓縮空氣排出。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，VBV系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)進(jìn)入核心機(jī)的氣流量，同時(shí)改善低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)之間的匹配，防止發(fā)動(dòng)機(jī)喘振的發(fā)生。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)采用全權(quán)限數(shù)字式控制FADEC系統(tǒng)，與之前的機(jī)械式控制系統(tǒng)相比，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)控制的精確性、響應(yīng)速度和可靠性。通過(guò)外部傳感器采集風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、修正風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、修正核心機(jī)轉(zhuǎn)速、外界大氣壓力、T2、T25、VSV位置、油門(mén)桿角度TRA和轉(zhuǎn)動(dòng)模式等信號(hào)，并將信號(hào)送往發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制計(jì)算機(jī)EEC，然后計(jì)算、制定VBV系統(tǒng)的控制邏輯，實(shí)現(xiàn)對(duì)VBV活門(mén)開(kāi)度的控制。

2 故障原因分析及維護(hù)建議

2.1 VBV齒輪馬達(dá)漏油

VBV燃油齒輪馬達(dá)的截面圖如圖3所示。在飛機(jī)維護(hù)過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)VBV燃油齒輪馬達(dá)漏油，可能是由于冷發(fā)啟動(dòng)、軸承磨損、橡膠密封圈損壞、主軸封嚴(yán)磨損（碳封嚴(yán)頭部）、齒輪表面與軸承板之間過(guò)度磨損等原因?qū)е隆?/p>

在外部大氣溫度較低情況下，燃油齒輪馬達(dá)里的橡膠密封圈受冷收縮，在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，燃油齒輪馬達(dá)作動(dòng)VBV活門(mén)快速打開(kāi)，雖然此時(shí)流過(guò)燃油齒輪馬達(dá)的燃油具有一定的溫度，但不足以在短時(shí)間內(nèi)使密封圈完全受熱膨脹，還處于收縮狀態(tài)的密封圈周?chē)c壁面有一定的間隙，高壓燃油容易從此處滲出。為使高溫燃油充分加熱收縮的橡膠密封圈，使密封圈完全膨脹起到密封效果，建議在外界寒冷的情況下發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后運(yùn)轉(zhuǎn)5min進(jìn)行暖車(chē)，這樣將使齒輪馬達(dá)燃油滲漏消失。如果發(fā)動(dòng)機(jī)在暖車(chē)5min后燃油齒輪馬達(dá)仍有漏油情況，可能是由于燃油齒輪馬達(dá)磨損導(dǎo)致。燃油齒輪馬達(dá)的顫振也會(huì)造成軸承油膜破壞，在油膜厚度不夠的情況下，當(dāng)馬達(dá)大運(yùn)動(dòng)量時(shí)將導(dǎo)致軸承磨損和過(guò)熱，加劇燃油齒輪馬達(dá)損傷，從而出現(xiàn)漏油。

在飛機(jī)維護(hù)過(guò)程中如確定VBV燃油齒輪馬達(dá)漏油，需要依據(jù)手冊(cè)進(jìn)行處理。靜態(tài)下，若小于60滴/min，不需要做維護(hù)工作，若超過(guò)60滴/min，需要做慢車(chē)滲漏檢查。慢車(chē)5min后，若小于60滴/min，不需要做維護(hù)工作；處于60～90滴/min時(shí)，在不影響運(yùn)行的情況下需在25個(gè)飛行循環(huán)之內(nèi)修復(fù)；超過(guò)90滴/min，則需要更換液壓齒輪馬達(dá)進(jìn)行修復(fù)。檢查邏輯圖如圖4所示。

2.2止動(dòng)機(jī)構(gòu)卡阻或磨損

在VBV活門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)到特定位置時(shí)，止動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠使VBV活門(mén)的最終位置在關(guān)閉時(shí)不超過(guò)VBV作動(dòng)筒單圈行程的0.3%，打開(kāi)時(shí)不超過(guò)VBV活門(mén)作動(dòng)筒單圈行程的1%。止動(dòng)機(jī)構(gòu)截面圖如圖5所示，當(dāng)止動(dòng)機(jī)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間使用后，內(nèi)部油脂出現(xiàn)老化，導(dǎo)致潤(rùn)滑失效，螺紋管磨損，支撐螺紋管兩端的軸承磨損，最終造成止動(dòng)機(jī)構(gòu)卡阻。

止動(dòng)機(jī)構(gòu)卡阻的最大故障源是內(nèi)部的隨動(dòng)螺母，其次為保護(hù)罩損壞或漏裝間接導(dǎo)致的卡阻。VBV系統(tǒng)靈敏度高，活門(mén)作動(dòng)筒長(zhǎng)時(shí)間作動(dòng)后導(dǎo)致隨動(dòng)螺母加速磨損變形，造成止動(dòng)機(jī)構(gòu)卡死，進(jìn)而導(dǎo)致活門(mén)卡阻。在維修過(guò)程中膠皮保護(hù)罩損壞或漏裝會(huì)導(dǎo)致水或雜質(zhì)進(jìn)入止動(dòng)機(jī)構(gòu)，而高空飛行時(shí)低溫環(huán)境下水結(jié)冰，這些雜質(zhì)引入止動(dòng)機(jī)構(gòu)將導(dǎo)致隨動(dòng)螺母卡阻，最終都可能造成止動(dòng)機(jī)構(gòu)損壞、主柔性軸被剪切斷等故障出現(xiàn)。

2.3 放氣活門(mén)卡阻或阻尼過(guò)大

發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)工作狀態(tài)發(fā)生微小變化時(shí)，由于VBV系統(tǒng)靈敏度高，可能使得系統(tǒng)進(jìn)行作動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間工作后，活門(mén)內(nèi)部油脂老化，潤(rùn)滑失效，造成絲桿組件磨損、內(nèi)部軸承磨損、保護(hù)套破損以及止動(dòng)機(jī)構(gòu)卡死，最終都可能導(dǎo)致活門(mén)卡阻。

當(dāng)VBV活門(mén)出現(xiàn)卡阻情況時(shí)，將導(dǎo)致負(fù)責(zé)傳遞力矩給卡阻活門(mén)的軟軸扭曲變形或斷裂，從而使一部分VBV活門(mén)不能打開(kāi)或關(guān)閉，在發(fā)動(dòng)機(jī)處于高功率大推力時(shí)，低壓壓氣機(jī)的壓縮空氣從 VBV活門(mén)排進(jìn)外涵道，減少了流向高壓壓氣機(jī)和燃燒室的壓縮空氣量，影響了由高壓壓氣機(jī)提供冷卻氣源的高壓渦輪主動(dòng)間隙控制HPTACC系統(tǒng)的工作，同時(shí)也影響到燃燒室的正常工作，最終導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度EGT超溫。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行減推力操作時(shí)，核心機(jī)所需利用的氣流量減少，如果此時(shí)多余的壓縮氣流不能順利排出，低壓壓氣機(jī)內(nèi)的空氣流動(dòng)將會(huì)受阻，導(dǎo)致低壓壓氣機(jī)與高壓壓氣機(jī)之間的匹配度降低或不匹配，致使發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)喘振。

為防止活門(mén)故障，應(yīng)定期對(duì)活門(mén)進(jìn)行檢查，按照AMM手冊(cè)檢查活門(mén)是否有變形、損壞或封嚴(yán)是否破損，同時(shí)檢查活門(mén)是否有卡滯，并更換有問(wèn)題的活門(mén)。

2.4 軟軸磨損、扭曲變形、斷絲或斷裂

在VBV止動(dòng)機(jī)構(gòu)或活門(mén)卡阻情況下，通過(guò)軟軸傳遞力矩時(shí)，將會(huì)加劇軟軸的端頭磨損、扭曲變形、斷絲或斷裂損傷、彈簧斷裂等，如圖6所示。為防止軟軸損傷，在安裝止動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，需要人工轉(zhuǎn)動(dòng)到全關(guān)位置，同時(shí)應(yīng)注意在調(diào)定主VBV活門(mén)后連接主柔性軸時(shí)不要松動(dòng)止動(dòng)機(jī)構(gòu)隨動(dòng)螺母的位置，否則將導(dǎo)致活門(mén)與止動(dòng)機(jī)構(gòu)位置不一致，可能出現(xiàn)當(dāng)活門(mén)不能繼續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)止動(dòng)機(jī)構(gòu)還未到達(dá)全關(guān)位置，燃油齒輪馬達(dá)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，而此時(shí)作用在活門(mén)和軟軸上的力矩過(guò)大，從而造成軟軸損傷，也可能造成活門(mén)和機(jī)匣磨損。安裝VBV活門(mén)時(shí)需用專(zhuān)用工具將活門(mén)設(shè)定在全關(guān)位，當(dāng)活門(mén)設(shè)定好后安裝軟軸時(shí)，如誤轉(zhuǎn)動(dòng)軟軸而使活門(mén)全關(guān)位置發(fā)生了改變，將會(huì)導(dǎo)致活門(mén)與止動(dòng)機(jī)構(gòu)位置出現(xiàn)不一致，可能造成軟軸、活門(mén)或機(jī)匣損傷。

3 總結(jié)

VBV系統(tǒng)故障是由維護(hù)過(guò)程中的人為因素導(dǎo)致或系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作后自然老化導(dǎo)致的。為提高VBV系統(tǒng)的可靠性，對(duì)于人為因素導(dǎo)致的故障，在VBV系統(tǒng)維護(hù)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按照手冊(cè)施工，防止錯(cuò)裝、漏裝、安裝順序不正確、未注意到細(xì)節(jié)設(shè)置等情況，同時(shí)設(shè)置檢驗(yàn)人員雙重把關(guān)。為了避免系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作后自然老化導(dǎo)致的故障，可對(duì)VBV系統(tǒng)建立EO，定期進(jìn)行檢查和維護(hù)，如有問(wèn)題及時(shí)更換相應(yīng)部件，后續(xù)根據(jù)EO執(zhí)行的效果對(duì)EO進(jìn)行調(diào)整。

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作者介紹

寧小波，助教，從事航空器維修與教學(xué)工作。