V2500發(fā)動機(jī)執(zhí)行升級VSV作動筒作動力矩淺析及思考

唐寧

摘 要：V2500發(fā)動機(jī)自A5型號裝在空客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)動機(jī)在翼穩(wěn)定性，IAE自2014年起就著手研究升級V2500發(fā)動機(jī)的VSV作動筒作動力矩。本文簡要介紹V2500發(fā)動機(jī)特點及其VSV改裝的歷程，參考空客及IAE的服務(wù)通告并結(jié)合現(xiàn)場工作實際，對升級V2500的VSV作動筒緣由以及升級以后遇到的放氣問題進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：V2500發(fā)動機(jī);VSV作動筒;失速;放氣

V2500發(fā)動機(jī)是由IAE（國際航空發(fā)動機(jī)公司）設(shè)計生產(chǎn)，其A5型號裝備于空客A320系列飛機(jī)，采用了無葉間凸臺寬弦空心風(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。其對比競爭對手CFM56在燃油節(jié)省上有一定的優(yōu)勢。

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，它主要由作動筒和其對應(yīng)的驅(qū)動機(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（包括進(jìn)口導(dǎo)向葉片和3級高壓靜子葉片）氣流符合其對應(yīng)轉(zhuǎn)子的空氣動力學(xué)要求，使得發(fā)動機(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)的運作效率，使得燃油消耗有一定的降低。VSV的驅(qū)動力由發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的燃油泵增壓燃油經(jīng)過FMU（燃油計量組件）后獲得，其控制主要依賴發(fā)動機(jī)當(dāng)時的工況由EEC（發(fā)動機(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際數(shù)據(jù)，而是根據(jù)當(dāng)前高壓轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速結(jié)合當(dāng)前的發(fā)動機(jī)進(jìn)氣溫度、壓力等計算出的一個轉(zhuǎn)換高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。對于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)動機(jī)可控、安全。

VSV系統(tǒng)主要的作動元件為VSV作動筒，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)精確控制作動筒的伸長長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（線性可辨差動傳感器）等。伺服閥在降壓調(diào)節(jié)閥的共同作用下，對作動筒兩端的伺服燃油流量調(diào)整，從而是作動筒的移動精確對應(yīng)電信號的驅(qū)動;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)前作動筒的位置，進(jìn)一步提高作動筒的控制精度。值得注意的是，由于LVDT是通過一個軸承組件連接在作動筒上，所以這也保證了作動筒的活塞是可以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)作動筒的活塞前后移動時，活塞連接的連桿也被拉動，從而帶動曲軸機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，曲軸機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)將帶動四級可調(diào)靜子葉片轉(zhuǎn)動，如下圖所示：

自從V2500安裝到A320飛機(jī)以來，IAE針對高壓壓氣機(jī)前幾級的缺陷或問題做過多次修正，例如：針對高壓壓氣機(jī)3級葉片葉間凸臺規(guī)則磨損導(dǎo)致發(fā)動機(jī)提前更換甚至三級葉片直接斷裂的惡性事件，IAE發(fā)布了服務(wù)通告SB72-0487加大了凸臺的接觸面積，改進(jìn)了凸臺的涂層;針對高壓壓氣機(jī)4級葉片和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行過程中斷裂的可能性;針對高壓壓氣機(jī)6級葉片斷裂的問題，IAE發(fā)布了服務(wù)通告SB72-0471重新設(shè)計了葉根的形狀，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升級更是將4～8及轉(zhuǎn)子葉片和3～5級靜子葉片更換為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VSV作動筒的作動力矩前，機(jī)隊中長期存在部分發(fā)動機(jī)運行一段時間就會出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，地面檢查測試并未發(fā)現(xiàn)明顯故障，只能通過更換作動筒或者潤滑VSV機(jī)械機(jī)構(gòu)完成故障的排除工作，非常耗費時間。雖然這個期間IAE在不斷的優(yōu)化VSV作動筒的相關(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作動筒在機(jī)隊中出現(xiàn)類似故障的幾率。這主要是作動筒在作動時，特定的情況下作動力和系統(tǒng)所需要的力幾乎接近，余度不夠：

在IAE發(fā)布SB72-0122后，VSV的作動筒件號統(tǒng)一升級為G4000VSVA01，這次的升級除了重新設(shè)計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，作動筒面積增加了約41%，在液壓不變的情況下，相當(dāng)于作動力提高了約40%以上，這極大的改善了作動筒的靈敏度。自從機(jī)隊2015年開始安裝這種新型作動筒以來，機(jī)隊因VSV故障的飛機(jī)數(shù)量有著明顯的下降，并且在VSV作動筒改裝完以后，機(jī)隊出現(xiàn)雙通道VSV故障需要潤滑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，我們也發(fā)現(xiàn)，在做了改裝后，有兩架飛機(jī)在測試大車期間會有明顯的放氣聲音，在放氣的同時，EPR（發(fā)動機(jī)壓力比）擺動下降，P2、N2、燃油流量均下降。依據(jù)V2500運行經(jīng)驗，判定發(fā)動機(jī)在試車過程中探測到了喘振的情況，啟動了喘振保護(hù)邏輯。V2500的喘振探測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，如果探測到喘振，EEC將減小VSV的開度并且打開7級和10級的放氣活門，減小燃油供應(yīng)以期恢復(fù)燃燒室壓力，避免發(fā)動機(jī)喘振。經(jīng)過排故發(fā)現(xiàn)，故障發(fā)動機(jī)的T2參數(shù)存在較大幅度的擺動，這將嚴(yán)重影響EEC對發(fā)動機(jī)的控制，從事后譯碼的數(shù)據(jù)來看，在T2參數(shù)大幅擺動的時候，EPR指令值也隨著快速變化。個人認(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)動機(jī)的運行，但是由于VSV作動筒作動力較小，不能實時的跟進(jìn)T2變化導(dǎo)致的推力改變，氣流控制改變相對平緩，不會造成燃燒室壓力變化探測超過預(yù)定值引發(fā)發(fā)動機(jī)喘振保護(hù)，在改裝后，由于作動筒移動能力增強(qiáng)，造成壓氣機(jī)氣流控制更為迅速，進(jìn)而引發(fā)發(fā)動機(jī)探測到燃燒室壓力變化超過預(yù)定值，產(chǎn)生發(fā)動機(jī)防喘保護(hù)。這說明任何改裝雖然經(jīng)過了很多的測試認(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)知識水平有限，文中難免有理解錯誤的地方，懇請批評、指正并提出寶貴意見?？偟膩碚f，V2500的VSV作動筒作動力矩升級工作提高了系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性，減小了維修負(fù)擔(dān)。相信V2500發(fā)動機(jī)作為當(dāng)前A320系列上使用的較為成熟的發(fā)動機(jī)，在今后的類似不斷的改進(jìn)中會越來越好，逐漸成為一款A(yù)320系列的經(jīng)典配套發(fā)動機(jī)。