施亞中

摘 要：CFM56-5B發(fā)動機安裝在A320系列飛機上，發(fā)動機燃油滲漏是航班延誤或取消的主要原因，尤其是高壓渦輪主動間隙控制活門（HPTACCV）引起的漏油故障。該文分析了該發(fā)動機高壓渦輪主動間隙控制活門的工作原理，在統(tǒng)計分析某航空公司歷史故障數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，給出了用威布爾分布計算發(fā)動機零部件軟時限控制的方法，并對高壓渦輪主動間隙控制活門的備件需求進行了預(yù)測，提出了航空公司航線運營中應(yīng)對高壓渦輪主動間隙控制活門漏油故障的改進措施。

關(guān)鍵詞：高壓渦輪主動間隙控制活門 故障分析 威布爾分布 軟時限

中圖分類號：V263 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0061-02

大多數(shù)A320系列飛機選用CFM56-5B發(fā)動機作為動力裝置。某公司自A320系列飛機引進至今，高壓渦輪主動間隙控制活門（HPTACCV）更換頻率較高，其中因漏油更換25個，導(dǎo)致14次航班不正常。因此，為了減少飛機的故障及避免航班的延誤，HPTACCV更換時間的確定顯得很重要。同時，為了保證維修的及時和節(jié)約航材相關(guān)費用，需要確定合理的航材備件數(shù)量。

1 漏油故障分析

1.1 系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)

CFM56-5B發(fā)動機高壓渦輪主動間隙控制（HPTACC）系統(tǒng)使用從高壓壓氣機（HPC）四級和九級引氣加熱或冷卻高壓渦輪（HPT）罩環(huán)支撐結(jié)構(gòu)，以達到高壓渦輪間隙控制的目的，既保證渦輪安全，又提高渦輪的效率[1]。同時，也可以降低發(fā)動機快速加速時的排氣溫度峰值，提高發(fā)動機的排氣溫度裕度，增加在翼時間[1]。

HPTACC是一個基于罩環(huán)溫度的閉環(huán)系統(tǒng)，電子控制組件（ECU）首先計算高壓渦輪主動間隙控制活門（HPTACCV）的位置以控制罩環(huán)溫度到到期望的水平。之后，ECU給液壓機械組件（HMU）的電信號放大成油壓信號以移動HPTACCV。HPTACCV是一個連接有第四級和第九級蝶形活門的液壓作動器，這些蝶形活門是用來控制進入HPT罩環(huán)支撐結(jié)構(gòu)的空氣流量[2]。兩個線性可變差動傳感器（LVDT）連接到作動器以提供活門位置反饋到ECU；熱電偶被固定在HPT罩環(huán)支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)，給ECU提供溫度反饋。

1.2 HPTACCV漏油原因分析

根據(jù)CFM國際公司的技術(shù)會議資料，高壓渦輪間隙控制系統(tǒng)的主要故障之一是伺服燃油漏油，占世界機隊每年非計劃拆換活門數(shù)量的30%，且滲漏發(fā)生時，活門的在翼時間不等，有逐漸縮短的趨勢[3]。

某公司在所有因漏油更換的HPTACCV中，除1個為修理件外，其余24個均為全新件，這說明漏油與航材送修質(zhì)量無關(guān)。對因漏油更換的HPTACCV的修理情況的跟蹤調(diào)查，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致漏油的根本原因為作動器主封嚴磨損。具體分為：（1）活塞殼體上的主封嚴經(jīng)過長期使用后，逐漸磨損失效；（2）活門的位置控制使用了高壓渦輪機匣溫度傳感器測量的溫度信號，該溫度信號的漂移導(dǎo)致活門頻繁往復(fù)運動，加劇了封嚴的磨損速率。

某航空公司機隊在冬季外界環(huán)境比較低時，滲漏更容易發(fā)生。大部分漏油情況在暖車后仍未改善，漏油量超出手冊標準，需停場排故。另外，CFM56-5B發(fā)動機余油排放系統(tǒng)復(fù)雜，需要拆除排放管路進行漏油源的確認。而且，更換HPTACCV需要4個小時以上的時間。因此，漏油故障極其容易導(dǎo)致航班的延誤或取消，給航空公司的運營帶來很大的壓力。

2 HPTACCV漏油故障的處置

2.1 CFMI的改進措施

CFMI正在設(shè)計新的作動器封嚴并改進材料、提升活塞表面的承載比、升級發(fā)動機ECU軟件至5.B.S版本—改變高壓渦輪間隙控制活門的控制邏輯，取消根據(jù)渦輪罩環(huán)溫度進行渦輪間隙控制的邏輯，改由發(fā)動機核心機轉(zhuǎn)速和發(fā)動機啟動后的工作時間這兩個參數(shù)控制活門的工作，期望可以減緩HPTACCV活塞桿的額外作動，降低封嚴的磨損速度。

2.2 軟時限控制

如果依然采用視情維修的思路，被動等待故障的發(fā)生，將導(dǎo)致航線運營極其被動，所以需要轉(zhuǎn)變思路，采取主動維修的方式解決問題。因此，在HPTACCV新的作動器封嚴未投入使用前，將HPTACCV按軟時限進行控制，將有效保證航班的運行。

HPTACCV全球機隊平均在翼時間10684.9 h[3]。該公司共更換34個HPTACCV，其中因漏油更換25個，占更換總數(shù)的73.5%；因故障更換9個，占更換總數(shù)的26.5%。根據(jù)HPTCCV因漏燃油導(dǎo)致更換的統(tǒng)計分析，最長在翼時間為17403 h，最短在翼時間為289 h。

對這些數(shù)據(jù)使用威布爾分析，威布爾分布密度函數(shù)[4]：

（1）

式中：m—形狀參數(shù)，衡量壽命的離散程度；

—尺度參數(shù)，又稱特征壽命，是衡量壽命水平的單位尺度；

—位置參數(shù)，又稱保證壽命，即在以前不會失效。

在這里=0，=12610；m=2.7816，所以，這里威布爾分布密度函數(shù)為

（2）

平均壽命MTBF（Mean Time Between Failures）

（3）

函數(shù)，也叫做伽瑪函數(shù)（Gamma函數(shù)），是階乘函數(shù)在實數(shù)與復(fù)數(shù)上的擴展[5]。對于實數(shù)部份為正的復(fù)數(shù)z，伽瑪函數(shù)定義為：

（4）

因此，

（5）

計算后，平均無故障時間為11215 h，所以軟時限定為11000 h，當HPTACCV使用時間達到11000 h，應(yīng)該進行更換送修，這樣可以保證發(fā)動機的簽派可靠性。

3 備件保障

對于航材保障，用下列公式計算：

（6）

式中 -備件數(shù)目；

，

-日歷年中送修次數(shù)，

-送修周期，

-365天，

-保障系數(shù)。

本機隊有31架飛機，62臺發(fā)動機，年利用率100000 h，送修周期約50 d，保障水平按95%進行（系數(shù)為1.75），因此整個機隊6個備件即可。

4 結(jié)語

HPTACCV漏油引起航班不正常，合理的控制措施可有效保證航班運行。在HPTACCV新的作動器封嚴未投入使用前，將HPTACCV按軟時限進行控制；ECU軟件新版本發(fā)布后，盡快安排完成在翼發(fā)動機的軟件升級；在HPTACCV新的作動器封嚴投產(chǎn)后，及時安排結(jié)合該件送修時完成相應(yīng)改裝。

參考文獻

[1] A319/A320/A321 Aircraft Maintenance Manual Rev.037，Airbus，2013.

[2] Component Maintenance Manual 75-23-21 Rev.2，Whittaker Controls，INC，2006.

[3] CFM56-5/-5B Focus Team Meeting May4-6，2010，CFMI，2010.

[4] 姜興渭，宋政吉，王曉晨.可靠性工程技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005：208-220.

[5] http：//reliawiki.org/index.php/The_Weibull_Distribution，/2013/07.endprint