摘要：可變放氣活門（VBV）是防止發(fā)動機喘振的主要系統(tǒng)。本文介紹了VBV系統(tǒng)的組成和工作原理，對幾種常見故障進行了深入分析，找出故障原因，并提出合適的維護建議以及維護過程中的注意事項。

關鍵詞：可變放氣活門系統(tǒng)；故障；維護

Keywords：VBV system；failure；maintenance

0 引言

CFM56-5B發(fā)動機是大涵道比、雙轉子軸流式發(fā)動機，主要裝備于A320系列飛機。盡管該發(fā)動機總體性能較好、可靠性高，但在使用過程中也出現(xiàn)了一些問題，嚴重影響了飛行安全，導致航司經(jīng)濟損失?？勺円龤饣铋T（Variable Bleed Valve，VBV）系統(tǒng)故障是發(fā)動機常見故障之一，會導致發(fā)動機喘振。發(fā)動機喘振是一種低頻率高振幅的振動，很容易導致發(fā)動機停車，如不及時處理將造成發(fā)動機部件損壞，嚴重影響飛行安全。喘振常出現(xiàn)在發(fā)動機的啟動、加速、減速、反推4個階段，導致返航、中斷起飛或航班延誤。本文對CFM56-5B發(fā)動機VBV系統(tǒng)進行介紹，對該系統(tǒng)故障進行深入分析，并提出維護建議和維護過程中的注意事項。

1 VBV系統(tǒng)組成和工作原理

VBV系統(tǒng)由1個燃油動力液壓齒輪馬達、1個止動裝置、1個位置傳感器、1個主活門、11個次級活門、1根主軟軸和11根從動軟軸構成，如圖1所示。燃油齒輪馬達是一個容積式齒輪馬達，由兩個內正齒輪組成，用于將燃油的液壓勢能轉換成機械能以驅動一系列放氣活門。止動裝置用于限制VBV活門在整個循環(huán)過程中燃油齒輪馬達轉動的次數(shù)。主活門和主球形螺母作動器作為一個整體組件，可將燃油齒輪馬達的轉動力矩傳遞給其他11個次級活門，從而帶動次級活門運動。位置傳感器感受并反饋主放氣活門的位置。從動軟軸位于每兩個放氣活門之間，是傳遞機械能的機構，以保證各放氣活門同步作動。主軟軸位于燃油齒輪馬達和主放氣活門之間，將馬達的轉動力矩傳遞給主放氣活門。

發(fā)動機控制組件ECU監(jiān)控VBV活門的位置，通過液壓機械組件HMU控制伺服燃油驅動液壓馬達，帶動主軟軸作動主活門，進而帶動11根從動軟軸驅動11個次級活門，再將活門位置通過傳感器送回ECU形成閉合回路，系統(tǒng)的控制原理如圖2所示。發(fā)動機工作過程中VBV系統(tǒng)起著重要的調節(jié)作用，在發(fā)動機低功率低轉速時，核心機所需利用的氣流量小，此時VBV活門打開，將低壓壓氣機提供的多余壓縮空氣排出核心機；發(fā)動機高功率高轉速時，核心機所需利用的氣流量較大，此時VBV活門關閉，使得壓縮空氣可以充分進入核心機。當發(fā)動機執(zhí)行減推力操作時，由于核心機所需利用的氣流量變少，VBV活門隨之打開，將多余的低壓壓氣機壓縮空氣排出。在發(fā)動機運轉過程中，VBV系統(tǒng)可以調節(jié)進入核心機的氣流量，同時改善低壓壓氣機和高壓壓氣機之間的匹配，防止發(fā)動機喘振的發(fā)生。

航空發(fā)動機采用全權限數(shù)字式控制FADEC系統(tǒng)，與之前的機械式控制系統(tǒng)相比，提高了發(fā)動機控制的精確性、響應速度和可靠性。通過外部傳感器采集風扇轉速、修正風扇轉速、修正核心機轉速、外界大氣壓力、T2、T25、VSV位置、油門桿角度TRA和轉動模式等信號，并將信號送往發(fā)動機電子控制計算機EEC，然后計算、制定VBV系統(tǒng)的控制邏輯，實現(xiàn)對VBV活門開度的控制。

2 故障原因分析及維護建議

2.1 VBV齒輪馬達漏油

VBV燃油齒輪馬達的截面圖如圖3所示。在飛機維護過程中，如發(fā)現(xiàn)VBV燃油齒輪馬達漏油，可能是由于冷發(fā)啟動、軸承磨損、橡膠密封圈損壞、主軸封嚴磨損（碳封嚴頭部）、齒輪表面與軸承板之間過度磨損等原因導致。

在外部大氣溫度較低情況下，燃油齒輪馬達里的橡膠密封圈受冷收縮，在啟動發(fā)動機時，燃油齒輪馬達作動VBV活門快速打開，雖然此時流過燃油齒輪馬達的燃油具有一定的溫度，但不足以在短時間內使密封圈完全受熱膨脹，還處于收縮狀態(tài)的密封圈周圍與壁面有一定的間隙，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)動機啟動后運轉5min進行暖車，這樣將使齒輪馬達燃油滲漏消失。如果發(fā)動機在暖車5min后燃油齒輪馬達仍有漏油情況，可能是由于燃油齒輪馬達磨損導致。燃油齒輪馬達的顫振也會造成軸承油膜破壞，在油膜厚度不夠的情況下，當馬達大運動量時將導致軸承磨損和過熱，加劇燃油齒輪馬達損傷，從而出現(xiàn)漏油。

在飛機維護過程中如確定VBV燃油齒輪馬達漏油，需要依據(jù)手冊進行處理。靜態(tài)下，若小于60滴/min，不需要做維護工作，若超過60滴/min，需要做慢車滲漏檢查。慢車5min后，若小于60滴/min，不需要做維護工作；處于60～90滴/min時，在不影響運行的情況下需在25個飛行循環(huán)之內修復；超過90滴/min，則需要更換液壓齒輪馬達進行修復。檢查邏輯圖如圖4所示。

2.2止動機構卡阻或磨損

在VBV活門轉動到特定位置時，止動機構能夠使VBV活門的最終位置在關閉時不超過VBV作動筒單圈行程的0.3%，打開時不超過VBV活門作動筒單圈行程的1%。止動機構截面圖如圖5所示，當止動機構長時間使用后，內部油脂出現(xiàn)老化，導致潤滑失效，螺紋管磨損，支撐螺紋管兩端的軸承磨損，最終造成止動機構卡阻。

止動機構卡阻的最大故障源是內部的隨動螺母，其次為保護罩損壞或漏裝間接導致的卡阻。VBV系統(tǒng)靈敏度高，活門作動筒長時間作動后導致隨動螺母加速磨損變形，造成止動機構卡死，進而導致活門卡阻。在維修過程中膠皮保護罩損壞或漏裝會導致水或雜質進入止動機構，而高空飛行時低溫環(huán)境下水結冰，這些雜質引入止動機構將導致隨動螺母卡阻，最終都可能造成止動機構損壞、主柔性軸被剪切斷等故障出現(xiàn)。

2.3 放氣活門卡阻或阻尼過大

發(fā)動機運行過程中，當工作狀態(tài)發(fā)生微小變化時，由于VBV系統(tǒng)靈敏度高，可能使得系統(tǒng)進行作動，長時間工作后，活門內部油脂老化，潤滑失效，造成絲桿組件磨損、內部軸承磨損、保護套破損以及止動機構卡死，最終都可能導致活門卡阻。

當VBV活門出現(xiàn)卡阻情況時，將導致負責傳遞力矩給卡阻活門的軟軸扭曲變形或斷裂，從而使一部分VBV活門不能打開或關閉，在發(fā)動機處于高功率大推力時，低壓壓氣機的壓縮空氣從 VBV活門排進外涵道，減少了流向高壓壓氣機和燃燒室的壓縮空氣量，影響了由高壓壓氣機提供冷卻氣源的高壓渦輪主動間隙控制HPTACC系統(tǒng)的工作，同時也影響到燃燒室的正常工作，最終導致發(fā)動機排氣溫度EGT超溫。當發(fā)動機執(zhí)行減推力操作時，核心機所需利用的氣流量減少，如果此時多余的壓縮氣流不能順利排出，低壓壓氣機內的空氣流動將會受阻，導致低壓壓氣機與高壓壓氣機之間的匹配度降低或不匹配，致使發(fā)動機出現(xiàn)喘振。

為防止活門故障，應定期對活門進行檢查，按照AMM手冊檢查活門是否有變形、損壞或封嚴是否破損，同時檢查活門是否有卡滯，并更換有問題的活門。

2.4 軟軸磨損、扭曲變形、斷絲或斷裂

在VBV止動機構或活門卡阻情況下，通過軟軸傳遞力矩時，將會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，在安裝止動機構時，需要人工轉動到全關位置，同時應注意在調定主VBV活門后連接主柔性軸時不要松動止動機構隨動螺母的位置，否則將導致活門與止動機構位置不一致，可能出現(xiàn)當活門不能繼續(xù)運動時止動機構還未到達全關位置，燃油齒輪馬達繼續(xù)轉動，而此時作用在活門和軟軸上的力矩過大，從而造成軟軸損傷，也可能造成活門和機匣磨損。安裝VBV活門時需用專用工具將活門設定在全關位，當活門設定好后安裝軟軸時，如誤轉動軟軸而使活門全關位置發(fā)生了改變，將會導致活門與止動機構位置出現(xiàn)不一致，可能造成軟軸、活門或機匣損傷。

3 總結

VBV系統(tǒng)故障是由維護過程中的人為因素導致或系統(tǒng)長時間工作后自然老化導致的。為提高VBV系統(tǒng)的可靠性，對于人為因素導致的故障，在VBV系統(tǒng)維護過程中應嚴格按照手冊施工，防止錯裝、漏裝、安裝順序不正確、未注意到細節(jié)設置等情況，同時設置檢驗人員雙重把關。為了避免系統(tǒng)長時間工作后自然老化導致的故障，可對VBV系統(tǒng)建立EO，定期進行檢查和維護，如有問題及時更換相應部件，后續(xù)根據(jù)EO執(zhí)行的效果對EO進行調整。

參考文獻

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作者介紹

寧小波，助教，從事航空器維修與教學工作。