唐寧

摘 要：V2500發(fā)動(dòng)機(jī)自A5型號(hào)裝在空客A320系列上以來，具有較好的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。為了進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)在翼穩(wěn)定性，IAE自2014年起就著手研究升級(jí)V2500發(fā)動(dòng)機(jī)的VSV作動(dòng)筒作動(dòng)力矩。本文簡(jiǎn)要介紹V2500發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)及其VSV改裝的歷程，參考空客及IAE的服務(wù)通告并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作實(shí)際，對(duì)升級(jí)V2500的VSV作動(dòng)筒緣由以及升級(jí)以后遇到的放氣問題進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：V2500發(fā)動(dòng)機(jī);VSV作動(dòng)筒;失速;放氣

V2500發(fā)動(dòng)機(jī)是由IAE（國(guó)際航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司）設(shè)計(jì)生產(chǎn)，其A5型號(hào)裝備于空客A320系列飛機(jī)，采用了無葉間凸臺(tái)寬弦空心風(fēng)扇葉片、“浮壁”燃燒室和單晶渦輪葉片和粉末冶金渦輪盤等主要技術(shù)手段。其對(duì)比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手CFM56在燃油節(jié)省上有一定的優(yōu)勢(shì)。

VSV（可調(diào)靜止葉片）系統(tǒng)是V2500高壓壓氣機(jī)氣流控制及防喘系統(tǒng)的重要組成部分，它主要由作動(dòng)筒和其對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、靜止葉片組成。它的主要作用是調(diào)整高壓壓氣機(jī)前4級(jí)（包括進(jìn)口導(dǎo)向葉片和3級(jí)高壓靜子葉片）氣流符合其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子的空氣動(dòng)力學(xué)要求，使得發(fā)動(dòng)機(jī)在全功率范圍內(nèi)保證良好的性能，防止發(fā)生失速、喘振的發(fā)生。另外，該VSV系統(tǒng)一定程度上控制了氣流量的大小，降低了壓氣機(jī)中氣流的各種損耗，提升了壓氣機(jī)的運(yùn)作效率，使得燃油消耗有一定的降低。VSV的驅(qū)動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的燃油泵增壓燃油經(jīng)過FMU（燃油計(jì)量組件）后獲得，其控制主要依賴發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)時(shí)的工況由EEC（發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制）發(fā)出指令控制其在N2（高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子）轉(zhuǎn)速下的打開與關(guān)閉。其中EEC依據(jù)的高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速并不是直接由轉(zhuǎn)速傳感器直接獲得的實(shí)際數(shù)據(jù)，而是根據(jù)當(dāng)前高壓轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速結(jié)合當(dāng)前的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度、壓力等計(jì)算出的一個(gè)轉(zhuǎn)換高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。對(duì)于VSV系統(tǒng)來說，如果VSV系統(tǒng)無法控制，它的失效安全位是完全打開狀態(tài)，這可以最大限度的保證發(fā)動(dòng)機(jī)可控、安全。

VSV系統(tǒng)主要的作動(dòng)元件為VSV作動(dòng)筒，它安裝在高壓壓氣機(jī)機(jī)匣前下部，通過自身的液壓力矩馬達(dá)精確控制作動(dòng)筒的伸長(zhǎng)長(zhǎng)度從而控制靜子葉片以及進(jìn)口導(dǎo)向葉片的偏轉(zhuǎn)角度。VSV作動(dòng)筒主要包括伺服閥、液壓力矩馬達(dá)、降壓調(diào)節(jié)閥、LVDT（線性可辨差動(dòng)傳感器）等。伺服閥在降壓調(diào)節(jié)閥的共同作用下，對(duì)作動(dòng)筒兩端的伺服燃油流量調(diào)整，從而是作動(dòng)筒的移動(dòng)精確對(duì)應(yīng)電信號(hào)的驅(qū)動(dòng);液壓力矩馬達(dá)主要在恒壓控制閥的作用下工作，恒壓控制閥控制其上端的壓力始終高于回油壓力180PSI，保證控制源頭準(zhǔn)確，力矩馬達(dá)控制液壓油路便于下游伺服閥和降壓調(diào)節(jié)閥正常工作;降壓調(diào)節(jié)閥主要調(diào)節(jié)供給伺服閥的壓力，保證其經(jīng)過計(jì)量口的壓降始終維持在68PSI，以維持伺服閥的控制精度;LVDT主要是閉環(huán)控制的反饋傳感器，用于反饋當(dāng)前作動(dòng)筒的位置，進(jìn)一步提高作動(dòng)筒的控制精度。值得注意的是，由于LVDT是通過一個(gè)軸承組件連接在作動(dòng)筒上，所以這也保證了作動(dòng)筒的活塞是可以360度旋轉(zhuǎn)。

VSV系統(tǒng)的機(jī)械部件主要包括各種連桿、拉桿、曲軸機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)桿和可調(diào)節(jié)的靜子葉片，當(dāng)作動(dòng)筒的活塞前后移動(dòng)時(shí)，活塞連接的連桿也被拉動(dòng)，從而帶動(dòng)曲軸機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，曲軸機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)將帶動(dòng)四級(jí)可調(diào)靜子葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，如下圖所示：

自從V2500安裝到A320飛機(jī)以來，IAE針對(duì)高壓壓氣機(jī)前幾級(jí)的缺陷或問題做過多次修正，例如：針對(duì)高壓壓氣機(jī)3級(jí)葉片葉間凸臺(tái)規(guī)則磨損導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)提前更換甚至三級(jí)葉片直接斷裂的惡性事件，IAE發(fā)布了服務(wù)通告SB72-0487加大了凸臺(tái)的接觸面積，改進(jìn)了凸臺(tái)的涂層;針對(duì)高壓壓氣機(jī)4級(jí)葉片和5及葉片斷裂問題，IAE發(fā)布了服務(wù)通告SB72-0505和SB72-0586通過超聲波檢查的方式降低了葉片在運(yùn)行過程中斷裂的可能性;針對(duì)高壓壓氣機(jī)6級(jí)葉片斷裂的問題，IAE發(fā)布了服務(wù)通告SB72-0471重新設(shè)計(jì)了葉根的形狀，增加了葉片的深度和寬度，改變了葉片的安裝位置和使用的材料，SelectOne升級(jí)更是將4～8及轉(zhuǎn)子葉片和3～5級(jí)靜子葉片更換為3-D葉片，葉片的前緣由圓形變?yōu)闄E圓形，這使得高壓壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子部分可靠性有了很大的提高。但是，在IAE發(fā)布SB72-0122，即升級(jí)VSV作動(dòng)筒的作動(dòng)力矩前，機(jī)隊(duì)中長(zhǎng)期存在部分發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間就會(huì)出VSV系統(tǒng)的相關(guān)故障，表現(xiàn)為在飛機(jī)階段2，3，8以及5期間出現(xiàn)警告信息：“ENG X COMP VANE”，故障信息中常常帶有SVATK故障信息，地面檢查測(cè)試并未發(fā)現(xiàn)明顯故障，只能通過更換作動(dòng)筒或者潤(rùn)滑VSV機(jī)械機(jī)構(gòu)完成故障的排除工作，非常耗費(fèi)時(shí)間。雖然這個(gè)期間IAE在不斷的優(yōu)化VSV作動(dòng)筒的相關(guān)問題，比如修改LVDT的工作環(huán)境，優(yōu)化伺服閥、油濾、恒壓控制閥的制造工藝，但是這些并沒有從根本上降低VSV作動(dòng)筒在機(jī)隊(duì)中出現(xiàn)類似故障的幾率。這主要是作動(dòng)筒在作動(dòng)時(shí)，特定的情況下作動(dòng)力和系統(tǒng)所需要的力幾乎接近，余度不夠：

在IAE發(fā)布SB72-0122后，VSV的作動(dòng)筒件號(hào)統(tǒng)一升級(jí)為G4000VSVA01，這次的升級(jí)除了重新設(shè)計(jì)LVDT、伺服閥、恒壓閥、降壓閥等改變外，最為重要的是增加了活塞的面積，從之前的72MM直徑增加到85.6MM直徑，作動(dòng)筒面積增加了約41%，在液壓不變的情況下，相當(dāng)于作動(dòng)力提高了約40%以上，這極大的改善了作動(dòng)筒的靈敏度。自從機(jī)隊(duì)2015年開始安裝這種新型作動(dòng)筒以來，機(jī)隊(duì)因VSV故障的飛機(jī)數(shù)量有著明顯的下降，并且在VSV作動(dòng)筒改裝完以后，機(jī)隊(duì)出現(xiàn)雙通道VSV故障需要潤(rùn)滑VSV機(jī)構(gòu)來完成排故的情況幾乎消失，這給我們的維修帶來了極大的好處。

但是在做VSV改裝的同時(shí)，我們也發(fā)現(xiàn)，在做了改裝后，有兩架飛機(jī)在測(cè)試大車期間會(huì)有明顯的放氣聲音，在放氣的同時(shí)，EPR（發(fā)動(dòng)機(jī)壓力比）擺動(dòng)下降，P2、N2、燃油流量均下降。依據(jù)V2500運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，判定發(fā)動(dòng)機(jī)在試車過程中探測(cè)到了喘振的情況，啟動(dòng)了喘振保護(hù)邏輯。V2500的喘振探測(cè)主要依賴燃燒室壓力的快速下降或者燃燒室壓力快速變化，如果探測(cè)到喘振，EEC將減小VSV的開度并且打開7級(jí)和10級(jí)的放氣活門，減小燃油供應(yīng)以期恢復(fù)燃燒室壓力，避免發(fā)動(dòng)機(jī)喘振。經(jīng)過排故發(fā)現(xiàn)，故障發(fā)動(dòng)機(jī)的T2參數(shù)存在較大幅度的擺動(dòng)，這將嚴(yán)重影響EEC對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制，從事后譯碼的數(shù)據(jù)來看，在T2參數(shù)大幅擺動(dòng)的時(shí)候，EPR指令值也隨著快速變化。個(gè)人認(rèn)為，在改裝前，雖然也存在著T2的變化，也一定程度上在影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，但是由于VSV作動(dòng)筒作動(dòng)力較小，不能實(shí)時(shí)的跟進(jìn)T2變化導(dǎo)致的推力改變，氣流控制改變相對(duì)平緩，不會(huì)造成燃燒室壓力變化探測(cè)超過預(yù)定值引發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)喘振保護(hù)，在改裝后，由于作動(dòng)筒移動(dòng)能力增強(qiáng)，造成壓氣機(jī)氣流控制更為迅速，進(jìn)而引發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)探測(cè)到燃燒室壓力變化超過預(yù)定值，產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)防喘保護(hù)。這說明任何改裝雖然經(jīng)過了很多的測(cè)試認(rèn)證，但是在特定情況下也有可能導(dǎo)致系統(tǒng)在其他方面變差，例如容差余度變小，特定條件下影響其他系統(tǒng)正常工作等。

由于本人專業(yè)知識(shí)水平有限，文中難免有理解錯(cuò)誤的地方，懇請(qǐng)批評(píng)、指正并提出寶貴意見?？偟膩碚f，V2500的VSV作動(dòng)筒作動(dòng)力矩升級(jí)工作提高了系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性，減小了維修負(fù)擔(dān)。相信V2500發(fā)動(dòng)機(jī)作為當(dāng)前A320系列上使用的較為成熟的發(fā)動(dòng)機(jī)，在今后的類似不斷的改進(jìn)中會(huì)越來越好，逐漸成為一款A(yù)320系列的經(jīng)典配套發(fā)動(dòng)機(jī)。