CFM565B发动机推力管理及一起故障分析.docx

摘要 ： 系 统 地 阐 述 了 cfm56-5b 发动机推力管理和慢车转 速控制的工作原理 ，并 以 此 为 基 础 ，针对该型发动机一起 常见推力控制故障的现象 、原因及其排故方法进行了分析 。 通 过 此 分 析 ，进 一 步 说 明 了 cfm56-5b 发 动机慢车转速控 制的基本控制逻辑 ，可为航空公司正确处理此类故障提供参考 。关 键 词 ： cfm56-5b；推 力 管 理 ；慢 车 转 速 ；故 障 分 析中 图 分 类 号 ： v235.13文 献 标 识 码 ： a文 章 编 号 ： 1672-2620 (2011) 03-0031-04cfm56-5b engine thrust management and analysis forone thrust faulttan yan(civil aviation flight university of china， guanghan 618307， china)abstract： this paper describes the principles of cfm56-5b engines thrust management and idle speed control. based on the expatiation, the phenomenon, causation and troubleshooting of one thrust fault are analyzed. through this analysis, it further explains cfm56-5b engines control logic of idle speed, which will provide a reference for airlines to troubleshoot thrust fault.key words： cfm56-5b；thrust management；idle speed；fault analysis术语及参数符号表发动机控制组件全权限数字电子控制 油量感应控制组件飞行管理及导航计算机 燃油计量活门 燃油回油活门 液压机械组件整体驱动发电机 低压转子转速n1 目标转速 n1 指令转速 n1 慢车转速 n1 参考转速 n1 目标转速高压转子转速n2 慢车转速n2 基础转速 n2 最小转速 n2 修正转速 n2 指令转速高压压气机出口压力飞行数据快速存取记录器 襟翼和副翼控制计算机 风扇进口温度发动机滑油温度传感器 油门杆角度油门杆解析器角度n2idlen2floor n2mini n2k25n2cmd ps3qar sfcc t12teotla traecufadec flscu fmgc fmv frv hmu idgn1n1act n1cmd n1idle n1ref n1target n2引言cfm56-5b 发 动 机 是 由 cfm 国际公司于上世 1纪 90 年 代 研 制 生产的一种发动机 ，其 推 力 范 围 为收 稿 日 期 ： 2010-12-06； 修 回 日 期 ： 2011-07-16作 者 简 介 ： 谭燕(1975-)，女 ，四 川 广 汉 人 ，讲 师 ，硕 士 研 究 生 ，主要从事航空发动机维修技术的研究 。cfm56-5b 发动机推力管理及一起故障分析谭 燕(中国民航飞行学院 ， 四川 广汉 618307)32燃 气 涡 轮 试 验 与 研 究 第 24 卷97 455142 400 n， 是 目前航空市场上唯一可用于 空客 a320 全系列(包括 a318/a319/a320/a321)的 发在一定的飞行高度和飞行马赫数下 ，由于发 动机所产生的推力与 n1ref 成正比3，因此，为使推力控 制 更 加 精 确 ，ecu 还需要引入大气压力和 飞 行 马 赫数对 n1ref 进行修正 。 除此之外 ，a320 系列飞机动 机1。在其投入使用以 来 的 近 20 年 时 间 里 ，它 以较 高 的 可 靠 性 、较 长 的 在翼时间和较低的维护成本 的 客 舱 增 压 、短 舱 和大翼防冰引气均来自 cfm56-赢 得 了 广 泛 的 市 场 。截 至 2009 年 12 月 ，全 球 共 有3 730 台 cfm56-5b 发 动 机 在 翼 ， 累计飞行小时达 5 628 万，用户达 127 家2。cfm56-5b 发动机采用了先进的 fadec 控 制 方式，其控制核心是 ecu。 ecu 与飞机 、发动机交换 信 号 ， 直接或间接通过 hmu 控制发动机上的各种 作 动 机 构 、 活 门 ， 从 而 实现对发动机点火/起 动/关车 、燃 油 流 量 、压 气 机 流 量 、涡轮间隙以及反推等的 控 制 。 为实现对发动机的可靠控制 ，ecu 由 两 台 电 子 计 算 机 构 成 ，分 别 称 为 通 道 a 和 通 道 b， 任 何 一 个 通 道 均能实现对整个 fadec 系统的控制和监 控，从而保证了发动机的多冗度控制 。 此外，由于采 用 了 数 字 控 制 ，实现了发动机 控 制 精 度 、可 靠 性 、灵 敏度以及维护性的极大提高 。5b 发动机的压气机 ，该 引气会造成发动机推力下 降，因此 ecu 还需要考虑引气情况对 n1ref 进 行修正。 在得到精确反映推力的 n1ref 后，ecu 再根据 t12 计算出人工模式下的 n1act。ecu 将 n1act 用 于燃油控制之前还需要做两 个 修 正 ：消 声 组 件 的 修 正 。 部 分 cfm56-5b 发 动 机 为 减 小噪声安装了消声组件 ， 使 得 在 相 同 n1 下有消声组件的发动机产生的推力比没有安装消声组件的发动机产生的推力要少 ， 因此需根据安装消 声 组件的具体情况对 n1cmd 进行修正 。 n1 配平级 的修正 。由于发动机在生产与装配过程中有公差 ，所 以每台发动机的推进效率都不一样 。 为使推力的控制更加精确 ， 每台发动机在出厂时都要根据其车 台 测试数据设置一相应的 n1 配平级 。 此 n1 配平级共 有 8 级 ( 从 0 级 到 7 级 )，级数越高代表该发动机的 推进效率越高(即相同 n1 下所产生的推力越大)。 为 保 证 飞 机 良 好 的 操 作 性 ，通 过 n1 配 平 级 的 设 置 ，使 得 不 同 效率的发动机在相同 n1 指示转速下的推力 接近。经过以上两个修正 ，将最终得到用于燃油控制 的 n1cmd，从而实现对推力的精确控制 。2 cfm56-5b 发动机推力管理原理cfm56 系列发动机在进 行推力管理时选择 n1 为 其 控 制 参 数 ，因 此 cfm56-5b 发动机推力管理即 是 由 ecu 根 据 飞 机 推力要求计算出一个 n1cmd ， ecu 将 使 用 此 n1cmd来 控 制 hmu 内 部 fmv 的 开 度，实现对燃油流量的控制 ，从而实现对发动机推力 的控制 。根 据 飞 机 向 ecu 输入推力要求的方式不同 ， cfm56-5b 推 力 管理有两种模式 ： 自 动 模 式 ，指 飞 机 的 fmgc 向 ecu 输 入 一 个 n1traget； 人 工 模 式 ， 指 ecu 直 接 依 据 座 舱 中 的 tla 来 计 算 n1cmd。 座 舱 中 的 tla 将 通 过 油 门 杆 解 析 器 转 换 为 电 信 号(称 为 tra)直 接 输 入 给 ecu。 ecu 根 据 识 别 插 头 (id plug)提 供 的 发 动 机额定推力信息 ， 按 照对应推力的控 制 逻 辑 计 算 出 n1ref。 tra 与3 cfm56-5b 发动机慢车转速控制由于 fadec 控制方式的采用 ，不同发动机工况下的精确控制成为了现实 。但是当发动机工作在慢车时 ，由于保证发动机稳定工作比精确控制发动机推力更为重要 ，因而此时 ecu 实际用于燃油控制 的是 n2cmd。 其逻辑图如图 2 所示。n2idle应满足以下发动机工作要求 ：(1)最小ps3的要求。当发动机工作在慢车时 ，n1ref 的对应曲线如图 1 所 示 。ps3起飞/复飞最大连续最大爬升最大反推 慢车-3885.5 tra图 2 ecu 控 制 n2 慢车转速逻辑图 fig.2 n2 idle speed logic diagram controlled by ecu图 1 tra 与 n1ref 对 应 曲 线fig.1 correspondence curve of tra and n1refn1ref最小 n1n1idle 客舱增压需求 防冰引气需求ps3慢车转速最小 n2附件需求滑油温度控制需求n2floor取最大值n2idle熄火保appr rev护oach n2mini第 3 期谭燕 ：cfm56-5b 发动机推力管理及一起故障分析 33高压压气机引气口的压力可能会小于发动机客舱引气以及防冰引气的要求 ，因 此 ecu 还要根据各种引 气的要求来增加最小ps3的要求以满足引气的需要。 (2)最小 n2的要求 。 首先，ecu 根据发动机稳定 工 作 的 要 求 、发 动 机 附 件 ( 如 液 压 泵 等 ) 正 常 工 作 的 要 求 、滑油温度控制 的要求以及在恶劣天气下燃 换了飞机外侧油箱的温度和油量传 感 器 (29qj1/30qj1，28qj1/38qj1)后才成功排故 。 究其原因 ，此故 障 与 cf56-5b 发动机独有的发动机滑油 温 度 控 制 以及n2idle的控制有关 。图 3 为 cfm56-5b 发动机的燃油流路 2。从 图中 可 见 ，cfm56 -5b 发 动 机 的 idg 滑 油 仅 由 hmu的 旁 通 燃 油 冷 却 ，冷 却 了 idg 滑油后的热燃油流出 idg 滑 油 冷 却 器 后再流入主滑油/燃 油 热 交 换 器 ，与烧室火焰稳定燃烧的要求 ，制 定 一 个n2floor。并在 此 基 础 上 ，根 据 飞 机 处在进近慢车或反推慢车阶 段，对n2floor进行修正产生n2mini。(3)最小 n1的 要 求 。 此 n1即为在推力管理中 计算出的油门杆在慢车位时的n1cmd。最 终 ，用于燃油控制的n2idle为 满 足 以 上 三 个 工作要求的最大转速 。发动机燃油泵低压级出口的冷燃油混合 ，然后再 对发 动 机 的滑油进行冷却 。 如 果 idg 滑 油 温 度 较 高 ，相 应 地 idg 滑油冷却器出口的旁通燃油温度也会 上 升 。 当它进入主滑油/燃油热交换器后 ，又 会 造 成发动机滑油不能有效地被冷却 ， 进而温度上升 。因此，cfm56-5b 发动机 安 装 有 frv，当 ecu 通 过 teo得知发动机滑油温度较高时 ，它将输出控制电信 号一起发动机推力管理的故障分析2008 年 和 2009 年 ， 装 备 cfm56-5b 发 动 机 的 a320 系列飞机连续出现了几次在飞 机 下 降 时 1 发 和 2 发两台发动机 n1不一致的故障 。 表 1 为国内某 a320 飞机经历 n1不一致时的 qar 数据。从 表 中 可 知 ，在 飞 行 高 度 为 7 3627 372 m 时 ，4将 frv 打 开 ， 引 出 部 分 idg 滑油冷却器出口的热 燃油与部分燃油泵 低压级出口的冷燃油相混合 ，然 后经打开的 frv 后送回飞机油箱 。 这样将使得进入主 滑 油/燃油热交换器的热燃油量变少 ，提 高 了 主 滑油/燃油热交换器的换热效率 ，从 而 能 更 有 效 地 降 低 发动机的滑油温度 。但在以下情况下 ，无论发动机滑油 温 度 如 何 高 ，ecu 均 会 控 制 frv 关 闭 ，即 不 能 通1 发和 2 发的 n1 差值达 10%。在排故过程中 ，先后更换了 sfcc、frv、fmgc、idg、teo，而最终是在更表 1 qar 数 据table 1 qar data飞 行 高 度/m1发 滑 油 压 力/pa2发 滑 油 压 力/pa1发 滑 油 温 度/2发 滑 油 温 度/1发 n1/%2发 n1/%7 506199 948186 1581229237347 487199 948186 1581229237347 478199 948186 1589237341227 467199 948186 1581229238347 457193 053186 1581229238347 435193 053186 1581229238347 423193 053186 1581229238347 410193 053186 1581229238347 299199 948199 9481229239357 381213 737206 8431229240367 372227 527220 6321229247377 362234 421234 4221229249397 355234 421248 2111229252477 340241 316262 0011229253557 332248 211268 8961229257577 324248 211268 8961229258587 315248 211268 8961229257527 296241 316255 1061239254497 292234 421248 2111239247467 284220 632241 31712392454452k2n空 中慢 车 2慢 车 1105130 滑 油 温 度图 4 n2floor 逻 辑 图fig.4 n2floor logic diagram34燃 气 涡 轮 试 验 与 研 究 第 24 卷过将发动机燃油送回给飞机油箱的方式来降低发动机 的 滑 油 温 度 ：发动机起动过程 ，n22 504 kg/h 时 ；发 动 机 关 车 时 ；飞 机 管 理 系 统 禁 止 回 油 时 (飞机燃油温度高和飞机 油 箱 已满)；空/地状态无效时 。如果发动机在空中，ecu 已经控制 frv 打开，但常情况下 ，ecu 首先是通过控制 frv 来降低发动机滑油温度 ，然后才会通过增加慢车转速的方式来 降低发动机滑油温度 。由此可知 ，n1 不一致故障的原因在于 ：当 飞 机处在下降阶段时 ，由 于 idg 的 负 载 较 大 ，idg 滑 油温度较高 ，进而造成发动机滑油温度上升 。 正如表 1发动机的滑油温度还在上升，当滑油温度达到 105数据所示 ，1 发的滑油 温 度 达 122123，已 远 大 于时，ecu 将通过修正慢车转速的方式来降低滑油温度。根据图 2 的慢车转速控制逻辑 ，ecu 制定 n2floor时， 需要考虑滑油温度控制的要求对 n2floor 进 行 修正 ，具体修正逻辑如图 4 所示 。2 发正常的滑油温度 。而 此 时 飞 机外侧油箱的温度 和油量传感 器 失 效 ，飞 机 的