CFM56—3发动机油门杆错位故障分析

航空与航天2 0 0 7年第4期 C F M5 6 3发动机油f l t ff错位故障分析敖良忠 C F M 5 6 3发动机油门杆错位故障分析 敖良忠 中国民航飞行学院发动机维修培训 中心四川广汉6 1 8 3 0 7 j j 1 j j 摘要 分析 了 C F M 5 6 3发动机油 门 杆错位的影响因素 提 出了油门杆错位故障排 故的一般步骤和隔离方法 关键词 油 门杆 油 门控 制 系统 航 空 发 动机油 门机 构燃 油控 制 C F M 5 6 3发动机是波音 7 3 7 3 0 0 4 0 0 5 0 0飞机唯一的选型动力装置 它采用机械液 压与监控型电子控制相结合的控制方式 即主 发动机控制 ME C为主 功率管理控制 P MC为 辅液压机械控制 的发动机 控制主要 由油压 弹簧 活塞 凸轮 连杆等实现 不能对传感器 失效和系统故障进行实时监控 对无效数据不 能进行修正或剔除 因此在工作中经常出现油 门杆错位故障 表现为在 飞行过程 中 座舱 中 左右发油门杆不在同一位置 座舱中的油门杆通过 钢索 与燃油控制盒 相连 燃油控制盒与主发动机 ME C上 的油 门 相连 整个连接是一个机械连接 燃油控制盒 上还有一个 R V D T 把燃油控制盒上的油门角 度信号转移为电信号 送到 自动油门计算机 A T ME C内部还有一 个 R V D T 把 ME C上 的油门杆角度信号转移为电信号 使 P M C获 得的油门角度与 ME C得到的油门角度一致 因此导致油门杆错位的因素分成两个方面 油 门机构和发动机控制 2油 门机 构 2 1 发动机油门钢索阻尼太大或校装不 正确 使得燃油控制盒上得到油门角度与座舱 中的油门位置不一致 当两台发动机需要相 同的推力时 燃油控制盒 的油 门角度要一致 此时座舱 中的油门就会错位 2 2 燃油控制盒件号错误 由于同一种 飞机可能装配不 同的发动机 C F M5 6 3发动 机有 3种型号 而且同一型号还有不同的推力 等级 对应的燃油控制盒有不同的件号 使用 不匹配的燃油控制盒 传递给 ME C和 A T的 油门信号就与座舱中的不一致 从而在飞行中 出现油 门杆错位 2 3 燃油控制盒上的 R V D T非线性或增 益不正确 A T得到的电压信号与油门角度不 成 比例或 比例不正确 同样会 出现油 门杆 错 位 2 4 自动油门伺服机构失效 自动油 门 伺服马达接收自动油门的控制信号 通过扭力 机构 带动油 门钢索来控制油 门的大小 并且 P L A感受这个油门信号将其反馈给 A T计算 机 以判断其执行情况 如果一侧伺服 马达本 身有问题而跟不上 A T计算机的指令 就将 会导致两发油门杆不一致 3发动机控制 控制输人参数出现故障 将影响到发动机 一 1 3 维普资讯 航空与航天2 0 0 7年第 4期 C F M5 6 3发动机油 门杆错位 故障分析敖 良忠 性能 根据对发动机控制分析 发动机的控制 结构如图 1所示 发动机控制输入参数 出现 故障 主要包括 M E C P M C本 身故 障 传感器 故障 调节错误 以及校装不正确 M a i nEn g i n eCo n t r o l 图 1 C F M 5 6 3发动机控制方框图 3 1 控制输入参数传感器故障 3 1 1 扇进 口压力 P m传感器 P m传感器感受风扇区进 口压力 连续地 把高 度 信号 送 到 ME C 的转 速 调 节 系 统 和 P MC 用于修正风扇转速和核心机转速控制 由于风扇包皮 内的压力大 于风扇进 口压 力 如果 P 空气管路泄漏 接头松动或未接 那么 将导致发动机感 受到的高度 比实际低 密度大 在给定油 门杆位置的情况下 ME C的 转速调节系统将使 N 降低 无论 P MC是 否 打开 N 都会降低 为了获得 同等推力 将 出 现油门杆错位 受影响的发动机油门靠前 在 起飞时 还可能达不到起飞推力 如果在地面 慢车工作时 对发动机的影响较小 P m在其管路 6点钟位置有一个 约为 0 O 1 英寸大小的放水孔 正常情况下 若管路 中 一 1 4 一 CI Tt T2 s N2 CBp CI P SP ECI F 1 C GR Vr I 出现水 将 从该孔 排 出 如果该孔 被杂质堵 塞 在飞行过程中 若管路 中有水就可能结冰 导致 P MC和 ME C感受到 的压力不是 实际压 力 而是结冰之前 的压力 那么可能表现为空 中油门杆错位 通常 在起飞 爬升过程 中 受 影响发油门在后 在进近过程 中 受影响发在 前 在地面工作时 由于气温较高 结冰溶化 发动机能够感受到实际的风扇进 口压力 因而 工作正常 由于这类故 障不一定重现 所以排 故难度较大 3 1 2 压气机 出口压力 C D P传感器 C D P感受高压 压气机 出 口压 力 表示进 入核心机 的空气量 发动机工作时要保护适当 油气比 确保加减速稳定 发动机不 出现失速 或熄火 当 C D P压 力与实际压力不一致时 供油量发生变化 加入到燃烧室中的能量发生 一一 n M S S E E 一一 S 9 1 S 2 3 R R E 0 C C C H L m 一 维普资讯 航空与航天2 0 0 7年第4期 C F M5 6 3发动机油门杆错位故障分析敖良忠 改变 在涡轮中可供膨胀 的能量改变 将引起 转速变化 从而导致油门杆错位 C D P变化信号 管可能 出现管路松动 未 接 脱落导致漏气 时 ME C感受到 的 C D P减 小 供油量将减小 转速将降低 要保持推力一 致 需要补油门 受影 响发油 门靠前 当漏气 较少时 可能出现加速性差 起动慢或起动悬 挂 当漏气较多时 可能达不到起飞推力 发动 机调转 熄火 起动时达不到慢车转速 在 C D P空气管路最低 点 也有一细小 的 放水 口 若放水孔堵塞时 空气管路若有水就 可能在高空结冰 ME C感受 到的压力是结冰 以前的压力 此时会出现加减速慢或油门无响 应 通常 在爬升过程中 受影响发油门在后 在进近过 程 中 受影 响发 在前 在地 面工作 时 由于气温较高 结冰溶化 发动机能够感受 到正确的高 压压气机 出 口压力 因而工作正 常 当水洗发动机的时候 空气管两端脱开并 用堵盖盖好 防止杂质和水分进入该空气信号 管内 也曾经还 出现过燃烧室头部钢丝蹦出 来与燃油喷嘴磨损后 杂质进入该管堵塞该放 水孔引起发动机加速慢 3 1 3 压气机引气压力 C B P传感器 C B P对 C D P压力进行修 正 保 证飞机引 气量大时有 良好的加速性 引气较少时有足够 的失速裕度 当 C B P管路接头松 动 脱落或未接 以及 文氏管出现堵塞时 ME C感受到 C B P压力减 小 认为飞机引气量大 增加供油量 发动机转 速提高 出现油门杆错位 受影响发油门在后 还可能引起失速 热起动 加速性变好 减速慢 甚至出现悬挂 C B P传感器文氏管内如果有附着物 管径 就会相应减小 使得气 流速度加大 根据伯努 利方程 C B P减小 ME C也会认 为飞机引气量 大 补偿供油增加 受影响发油门在后 与 C D P压力管路一样 C B P也有放水孔 放水孔堵塞而引气管路空中结冰时 ME C感 受到的是结冰前 的引气压力 可能改变发动机 加减速计划 地面试 车测 试时可能 结果 又正 常 3 1 4 风扇进 口温度 F I T T T 把风扇进 口温度信号送到 ME C转速 调节系统 用于转速调节计划 若传感器应线圈变形 传感器两端的油管 滤网出现堵塞 将使 P 一P 压力差增加 感受 到的温度高于实际温度一 即热漂移时 发动机 的慢车转速增加 部分功率测试 P MC关时 核 心机转速 N 偏高 P M C关 闭 在 给定 油 门角 度下 受影响发 N 增加 N 也相应增加 若保 持两 台发动机推 力一致 就 会 出现油 门杆错 位 受影响发油 门杆靠 后 P MC打开 在给定 油门角度下 若热漂移较小 没有超 出 P MC的 配平权限时 两 台发动机能够保持推力相 同 油 门杆不会错位 若热漂移较多 超 出 P MC的 配平权限时 N N 偏高 要保持推 力相等 就 会出现油门杆错位 受影 响发油 门杆靠后 起 飞时还可能出现 N 超调 若 F I T基准膜盒破裂 感应线圈破裂使得 部分氦气泄漏 感受到的温度小于实际温度一 即冷漂移时 此 时发动机的慢车转速减小 部 分功率 P MC关时 核心机转速 N 偏低 P MC 关 闭 在给定油门杆错位 受影响发油门杆靠 前 P MC打开 在给定油 门角度下 若冷 漂移 较小 没有超出 P MC的配平权 限时 N N 偏 低 要保持推力相等 就会出现油门杆错位 受 影响发油 门杆靠前 可能达不到起飞推力 若氦气完全 泄漏 即完全冷 漂移 时 ME C 缺省的 F I T失效保护温度是 1 5 标准大气 条件 当外界 温度低 于 1 5 时 出现 热漂 移 当外界温度高于 1 5 时 出现冷漂移 也 就是在空中可能是热漂移 在地面可能是冷漂 移 地面试车排故时可能发现与飞行人员反映 的油门杆错位方向刚好相反 3 1 5 高压压气机进 口温度 C I T C I T是用于控制 V S V V B V和制定加减速 一 1 S 一 维普资讯 航空与航天2 0 0 7年第 4期 C F M 5 6 3发动机油门杆错位故障分析敖 良忠 燃油计划 若 C I T传感器感应线圈变形 传感器两端 的油管滤网出现堵 塞 将 使 P 一P 压力差增 加 感受到 的温 度高于实 际温 度 一即热 漂移 时 ME C认 为进入高压压气机气体温度高 难 于压缩 因此 V S V偏 关 V B V偏开 N N 的 关系会 出现漂移 保持 N 恒定时 N 将偏低 保持 N 恒定 N 将增 加 P MC关 闭时 在给定 油门角度下 N 降低 若保持两台发动机推力 一 致 就会出现油 门杆错位 受影响发油门杆 靠前 P MC打开时 在 给定 油 门角度下 若热 漂移较小 没有超出 P M C的配平权限时 两 台 发动机能够保持推力相 同 油 门杆不会错位 若热漂移较 多 超 出 P MC的配平权 限时 N 偏低 要保持推力相等 就会出现油 门杆错位 受影响发油门杆靠前 起动变慢 加速性变差 若 C I T基准膜盒破裂 感应线 圈破裂使得 部分氦气泄漏 感受到的温度小于实际温度一 即冷漂移时 此时 ME C认 为时人高压压气机 气体温度 低 易于压缩 因此 V S V偏开 V B V 偏关 N n 的关 系会 出现漂 移 保持 N 恒 定 N 将偏高 保持 N 恒定 N 将减小 P MC 关闭时 在给定油 门角 度下 N 增加 若保 持 两台发动机推力 一 致 就会 出现油 门杆错 位 受影响发油门杆靠后 P MC打开 时 在给定油 门角度下 若冷漂移较小 没有超 出 P MC的配 平权限时 两 台发动机能够保持推力相 同 油 门杆不会错位 若冷漂移较多 超出 P MC的配 平权限时 N 偏低高 要保 持推力相等 就会 出现油门杆错位 受影响发油门杆靠后 起动 变快 加速性变好 可能出现失速 低压涡轮超 温 起飞时可能出现 N 和 E G T超调 若氦气完全泄漏 即完全冷漂移时 ME C 缺省的 C I T失效保护温度是 1 5 标准大气 条件 当外界温度低于 1 5 时 出现热漂移 时 当外界温度高于 1 5 时 出现冷漂移 也 就是在空中可能是热漂移 在地面可能是冷漂 移 地面与 F I T类 似 试车排故 时可能发现与 一 1 6 一 飞行人员反映的油门杆错位方向刚好相反 3 1 6 风扇进 口温度 T l 2 T 是 一 个 热 敏 电阻 型 的温 度 传 感 器 P MC对其提供恒 定 电流 风扇进 口温度就 与 该传感器两端的电压成正 比 该信号送 到 P MC用于 P MC对 N 目标值进行修正 T 传感器接头 松动或接触 不 良时 P M C 打开工作时 N N E G T以及燃油流量可能出 现波动 但 绝 大多数时 候接头松动 接触 不 良 或 T 失效 时 P MC I N O P灯将亮 P MC 自 动脱开 停止工 作 若 P MC关 闭时 T 对发 动机性能无影响 3 1 7 N 控制交流发电机 N 控制交 流发 电机用 于对 P MC供 电和 座舱中的 N 指示 如果 N 控制交流发 电机失效 就没有电 源到 P MC P MC失效灯可能会亮 P MC不能工 作 起飞时会 出现 N 和 E G T超调 当 P MC打开时 若 N 控制交流发电机电 缆接触不 良 可能 N 出现波动 N 控制交流发电机的感应线圈 由附件齿 轮箱中的滑油进行冷却 如果滑油温度较高 i i 能出现线圈短路 此 时 P MC失效灯 可能不 亮 但 P MC由于缺乏电源不能工作 3 1 8 N 转速传感器 N 转 速传感 器感受 风扇转速 提 供座舱 中的 N 指示和送到 P MC中作为实际 N 信号 反 馈 若 N 转速传感器电接头松动 P MC I N O P 灯亮 P MC不能工作 若 N 转速传感器安装时没有卡人卡座或 弹簧弹性弱或折断 获得的 N 可能不准确 可 能出现 N 转速波动 3 1 9核心机转速 N ME C控 制 系统 中所 需 的 N 转 速 来 自 ME C驱动轴 表现为离心 飞重 的位置 控制分 油活门位置 用 于转速调节系统 燃 油限制 系 统 V S V和 H P T A C C 该 N 转速传感器一般 维普资讯 航空与航天2 0 0 7年第 4期 C F M5 6 3发动机油门杆错位故障分析敖良忠 不会 出现故障 若出现故障 发动机不能工作 而且 由于在 ME C内部 在航线上不可单独更 换 只能更换 M E C 3 1 1 0 ME C内部的 R V D T ME C内部 的角位移偏差传感 R V D T把油 门杆角度信号传递到 P MC中 使 P MC获得与 M E C相同的油 门指令 如果 R V D T失效或非线性 变化 P MC将 得到错 误 的油 门杆 位置信号 当 P MC打 开 时 会出现油门杆错位 也可能出现转速波动 由于 P MC在 N 4 6 时才能工作 在慢车状 态 对发动机转速没有影响 3 2 发动机调节 C F M5 6 3发动机上 的调 节包括 慢车转 速调节 部分功率调节 燃油 比重调节和 P L A 电压增益调节 如果调节不正确 发动机工作 可能不正常 3 2 1 慢车转速调节 慢车转速调节分为高慢车和低 慢车转速 调节 两个调节是独立的 慢车调节只影响发 动机慢车转速 对大功率状态没有影响 慢车 转速调节偏高时 慢车时核心机转速 N 将增 加 将出现油 门杆错位 受影响发油门在后 反 之则相反 进行慢车转速调节时 部分件号 的 M E C 当外界温度较低时 不能进行调节 否则可能 出现慢车转速不正常 3 2 2 部分功率调节 部分功率调节用来 匹配发 动机和 ME C 如果设置不正确 在慢车状态和起动过程 对 发动机工作没有影响 但油门杆超过部分功率 时 会引起发动机不正常工作 若部分功率调节超出高限 给定油门位置 情况下 P MC关闭时 发动机核心机和风扇转 速均增加 若保持推力一致 将 出现油 门杆错 位 受影 响发 油 门在 后 慢 车状态 无影 响 P MC打开时 则可能 出现油 门杆错位 受影响 发油门在后 起飞时 N 和 E G T可能超调 若部分功率调节超 出低限 给定油门杆错 位 受 影响发 油 门在 前 慢 车状 态无 影 响 P MC打开时 则可能出现油 门杆错位 受影 响 发油 门在 前 可能达 不到 起飞 功率 特 别 是 P MC关闭时 3 2 3 燃油 比重调节 燃油比重调节影响燃油计量活 门 F M V两 端的油压差 影响发动机加速性能 一般不会 引起油 门杆错位 3 2 4 P L A电压增益调节 ME C内的 R V D T将油 门杆角度信号转换 成电压信号送到 P MC R V D T电压增 益调节 不正确时 P MC得不到正 确 的油 门杆角度信 号 P MC打开时 就会 出现油 门杆错 位 可能 引起 N 超转 或超调 部分功率测试时 P MC 打开 N 可能超出限制值 由于 P MC在低转 速不工作 因此低转速时对发动机无影响 P L A电压增益正确 的值为 M E C上 1 3 0度 油门杆角度对应 的电压 为 7 5 V 如果测试时 使用座舱中的油门杆 由于发动机可能是减额 定 推力 如 一3 C 1推 力 是 1 8 5 K1 b 2 0 K l b 2 2 K 1 b 由于燃油控制 盒上 止档位置 的限制 座舱 中油门杆最前 ME C的油门杆不一定是 1 3 0 相应的电压也不是 7 5 V 3 3 发动机校装 ME C上有两根 反馈 钢索 分别把 V S V和 V B V的实际位置反馈给 ME C 以实现对 V S V 和 V B V的控制 为 了使位置反馈精确 必须 进行钢索的静态校装 在进行静态校装前 还 需要对钢索进行阻力检查 和行程检查 进行 阻力检查 时 作 用 在 钢索 上 的 力不 能 超 过 8 1 b 行程检查时 从动端行程要 大于 主动端 的行程 静态校装时应模拟 ME C工作时对钢 索有 1 5 1 7 b的拉 力 否则 钢索 校装就不准 确 直接影响 V S V和 V B V的工作 对 V S V钢 索校装时 V S V应该在全力位置 对 V B V钢索 校装时 V B V应该在全关位置 3 3 1 V S V反馈钢索校装 一 1 7 维普资讯 航空与航天2 0 0 7年第 4期 C F M 5 6 3发动机油门杆错位故障分析敖良忠 静态校装时 可能出现 V S V钢索偏关 的 情况有 模拟 ME C工作的拉力偏小 钢索阻力 偏大 拉力方 向与钢索方 向角度过 大 校装时 指针在卡槽上方 V S V钢索偏关时 对发动机性 能的影 响 有 起动慢 加速性变差 减速快 高压压气机失速裕度增加 N N 关系发 生漂移 N 恒 定 时 N 偏低 N 恒定时 N 偏高 P M C关闭时 会 出现油 门杆错位 受 影响发油门杆在前 P MC打开时 可能 出现油 门杆错位 起飞时可能达不到起飞功率 同时伴 随 N 2 和 E G T高 静态校装 时 可能出现 V S V钢索偏开 的 情况有 模拟 M E C工作的拉力偏大 校装时指 针在卡槽下方 V S V钢索 偏开时 对发动机性能 的影响 有 加速快 减速慢 高压压气机失速裕度减小 可能 出 现失速 L P T超温 N N 关 系发生 漂移 N 恒定 时 N 偏高 N 恒定时 N 偏低 P M C关闭时 会 出现油 门杆错位 受 影响发油门杆在后 P M C打开时 可能出现油 门杆错位 起飞时可能出现 N 和 E G T超调 3 3 2 V B V反馈钢 索校装静态校装时 可能 出现 V B V钢索偏关的情况有 模拟 ME C工作 的拉力偏小 钢索阻力偏大 拉力方 向与钢索 方向角度过大 校装时指针在卡槽上方 V B V钢索偏关时 对 发动机性 能的影响 有 加速快 减速慢 高压压气 机失速裕度减小 可能 出 现失速 L P T超温 一 1 8 一 N N 关 系发生漂 移 N 恒 定时 N 偏高 N 恒定时 N 偏低 P MC关闭时 会 出现油 门杆错位 受 影响发油 门杆在后 P M C打开时 可能出现油 门杆错位 起飞时可能出现 N 和 E G T超调 静态校装 时 可能出现 V B V钢索偏开 的 情况有 模拟 M E C工作的拉力偏大 校装时指 针在卡槽下方 V B V校装 偏开时 对发 动机性 能的影 响 有 起动慢 加速性变差 减速快 高压压气机失速裕度增加 N N 关 系发生 漂移 N 恒 定时 N 偏低 N 恒定时 N 偏高 P MC关闭时 会 出现油门杆错 位 受 影 响发油门杆在前 P MC打开时 可能 出现油 门杆错位 起飞时可能达不到起飞功率 同时伴 随 N 和 E G T高 发动机 的中小转速时 由于 K i c k e r系统 的作用 V B V反馈钢索始终反馈 9 5 1 位置 活门处于全开 位置 V B V反馈 钢索校装不 正 确可能对发动机影响不明显 3 3 3 V S V动态校装 对于有起动 加速慢问题的老龄 发动机 发动机厂家建议航空公 司作 V S V动态校装来 改善加速性 使发动机能更好 比的发挥性能 V S V位置有 4 6 的调节范围 通过调节 V S V 反馈钢索的基准位置 将发动机同一相似转速 下 的 V S V叶片角度调 向偏开 的位置 这样在 同样 的相似转速下进入高压压气机的空气流 量增加 允许的供油量增 加 从而改善 发动机 的加速性 也可能引起油门杆错位 4 C F M 5 6 3是液 压机械 为主控 制的发 动 机 控 制输入参数 较少 控 制精 度与 F A D E C 控制相比较低 因此 出现油门杆错位时 不一 维普资讯 航空与航天2 0 0 7年第4期 C F M 5 6 3发动机油门杆错位故障分析敖良忠 定出现了故障 只有出现较大 的错位 超过 1 个球的位置 时 才认为 出现 了故障 这 时可 以按如下程序进行排故 1 T 1 2 测 量 电 阻 检 查 发 动机 工 作 时 P MC I N C P灯是否亮 2 P S 1 2 检查接头和放水孔 3 C D P 检查接头和放水孔 4 C B P 检查接头和放水孔 5 检查部分功率设置是否正确 6 检查 自动油门系统是否正确校装 7 测试 F I T 他 C I T 125 传感 器 8 检查 N1 转速传感器 9 检查控制交流发电机 1 0 测试 P MC 检查 P L A增益调节 1 1 检查 M E C的部分功率 1 2 检查慢车转速 1 3 检查油门机构 1 4 外部检查 和内窥 检查发动机有