高彥平

摘 要：航空無(wú)小事，發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的心臟，其運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系整個(gè)航空器的運(yùn)行安全。發(fā)動(dòng)機(jī)氣路系統(tǒng)猶如人體的呼吸系統(tǒng)，其工作狀態(tài)關(guān)系發(fā)動(dòng)機(jī)是否“窒息”。本文從發(fā)動(dòng)機(jī)VSV系統(tǒng)的原理出發(fā)，分析常見(jiàn)故障發(fā)生原因，以及目前的應(yīng)對(duì)舉措方面做簡(jiǎn)要分析。以供各同仁，專家交流參考。

關(guān)鍵詞：V2500；發(fā)動(dòng)機(jī)；VSV

中圖分類號(hào)：TN22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

航空發(fā)動(dòng)機(jī)被稱為飛機(jī)的“心臟”且有“工業(yè)之花”的美譽(yù)，其設(shè)計(jì)、制造存在著許多技術(shù)壁壘以至于全世界僅有美、英、中、法、俄五個(gè)國(guó)家能獨(dú)立生產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)喘振可導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)超溫、尾噴噴火等現(xiàn)象，并在短時(shí)間內(nèi)給發(fā)動(dòng)機(jī)本體造成嚴(yán)重的損壞，是發(fā)動(dòng)機(jī)所有系統(tǒng)故障中最常見(jiàn)且最有危害性的一個(gè)，因此在實(shí)際運(yùn)行中盡量避免喘振的發(fā)生。VSV為可變定子葉片，通過(guò)改變高壓壓氣機(jī)氣流軸向方向、速度，以提高壓氣機(jī)效率，增加喘振邊界，VSV系統(tǒng)作為發(fā)動(dòng)機(jī)4種最有效的防喘振的方法之一，不管在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)還是在發(fā)動(dòng)機(jī)使用過(guò)程中，都占據(jù)重要地位。

世界范圍內(nèi)V2500系列發(fā)動(dòng)機(jī)因VSV系統(tǒng)故障導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)N2超轉(zhuǎn)，EGT超溫，發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車事件時(shí)有發(fā)生。事件發(fā)生后，航空公司/發(fā)動(dòng)機(jī)廠家對(duì)DFDR譯碼分析，結(jié)論多為發(fā)動(dòng)機(jī)功率變化時(shí)，VSV卡滯在某個(gè)位置，沒(méi)有隨發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行的工況需求調(diào)節(jié)其角度，從而造成N2超速和EGT超溫。

當(dāng)壓氣機(jī)在偏離設(shè)計(jì)工況的條件下運(yùn)行時(shí)，葉柵的進(jìn)口處必然會(huì)出現(xiàn)正負(fù)攻角。當(dāng)攻角達(dá)到某種程度時(shí)，黏附在葉型表面的氣流附面層在逆流方向的壓力梯度下就會(huì)出現(xiàn)局部逆流區(qū)，形成渦流，造成附面層的分層，以致發(fā)生氣流的脫離現(xiàn)象。因此相對(duì)于壓氣機(jī)葉片而言，氣流是否發(fā)生分離要看相對(duì)速度的方向與葉柵前緣方向的夾角即攻角大小。在VSV卡滯情況下，葉柵前緣方向不會(huì)改變，攻角的大小取決于相對(duì)速度的方向。

1.正常的工況下壓氣機(jī)氣流相對(duì)速度的方向與葉柵前緣方向基本一致即攻角為零，不會(huì)產(chǎn)生氣流分離現(xiàn)象。

2.若氣流相對(duì)速度的方向偏離葉柵前緣方向形成負(fù)攻角，將發(fā)生葉背氣流的分離現(xiàn)象。

3.若氣流相對(duì)速度的方向偏離葉柵前緣方向形成正攻角，將發(fā)生葉盆氣流的分離現(xiàn)象。

無(wú)論是形成負(fù)攻角還是形成負(fù)攻角，都會(huì)發(fā)生氣流分離，造成空氣流通不暢，到燃燒室的空氣量減少，造成燃燒室在富油的工況下工作；更嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生喘震，氣流反流，損壞發(fā)動(dòng)機(jī)本體。

要研究清楚出現(xiàn)VSV系統(tǒng)卡滯的原因，首先應(yīng)從V2500發(fā)動(dòng)機(jī)VSV系統(tǒng)的構(gòu)造出發(fā)。VSV系統(tǒng)主要部件有：VSV作動(dòng)筒、VSV作動(dòng)筒曲柄機(jī)構(gòu)、VSV系統(tǒng)同步作動(dòng)環(huán)、VSV系統(tǒng)作動(dòng)桿。VSV系統(tǒng)工作時(shí)，指令的傳遞過(guò)程：VSV作動(dòng)筒→VSV作動(dòng)筒曲柄機(jī)構(gòu)→VSV系統(tǒng)同步作動(dòng)環(huán)→VSV系統(tǒng)作動(dòng)桿→HPC（高壓壓氣機(jī)）的可調(diào)靜子葉片。

在排除EEC控制因素外，造成VSV系統(tǒng)卡滯的原因只有如下兩個(gè)：

①VSV系統(tǒng)的其他機(jī)構(gòu)沒(méi)有將作動(dòng)指令準(zhǔn)確地傳遞給HPC的可調(diào)靜子葉片。

②VSV作動(dòng)筒沒(méi)有成功帶動(dòng)VSV系統(tǒng)。

針對(duì)VSV系統(tǒng)的其他機(jī)構(gòu)沒(méi)有將作動(dòng)指令準(zhǔn)確地傳遞給HPC的可調(diào)靜子葉片問(wèn)題，經(jīng)實(shí)踐證明，通過(guò)對(duì)VSV靜子葉片作動(dòng)桿軸套、VSV同步環(huán)上作動(dòng)臂銷子等VSV系統(tǒng)的潤(rùn)滑，可解決該問(wèn)題。

針對(duì)VSV作動(dòng)筒沒(méi)有成功帶動(dòng)VSV系統(tǒng)，若在機(jī)構(gòu)鏈接都正常情況下，可能造成該現(xiàn)象的原因就只有一個(gè)，VSV作動(dòng)筒沒(méi)有足夠動(dòng)力去帶動(dòng)VSV系統(tǒng)。如圖1所示，粉紅色兩條線代表了VSVA作動(dòng)力的包線，深藍(lán)色線代表在實(shí)際運(yùn)行中需要的作動(dòng)力；在phase 5/6，實(shí)際運(yùn)行中需要的作動(dòng)力幾乎等于VSVA能提供的作動(dòng)力即幾乎接近于包線（裕度?。?。作動(dòng)力不夠?qū)е鲁霈F(xiàn)短暫不能完全調(diào)節(jié)VSV葉片跟隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化而變化，葉片的實(shí)際角度與需要的角度存在差異，從而觸發(fā)了ECAM警告和故障信息。在達(dá)到一定程度后將造成N2超速和EGT超溫，從而導(dǎo)致嚴(yán)重事件發(fā)生。

若要從根源上解決該問(wèn)題，就需要提高VSV作動(dòng)筒的作動(dòng)力，使其在發(fā)動(dòng)機(jī)所有工況下需要的作動(dòng)力均完全在其作動(dòng)力包線內(nèi)，即提高VSV作動(dòng)筒的作動(dòng)力裕度。

如何才能提高VSV作動(dòng)筒的作動(dòng)力？VSV作動(dòng)筒為標(biāo)準(zhǔn)液壓作動(dòng)裝置，根據(jù)壓力與壓強(qiáng)的關(guān)系F=P×S，鑒于在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，燃油系統(tǒng)在增壓后，其燃油壓力基本保持恒定，即P不變；在此情況下，只有增加S才能實(shí)現(xiàn)F的增加。因此，只有增加VSV作動(dòng)筒的液壓作動(dòng)面積，所以只有重新設(shè)計(jì)VSV作動(dòng)筒以增加液壓作動(dòng)面積。

重新設(shè)計(jì)VSV作動(dòng)筒，通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)得出了其能夠提供的作動(dòng)力與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工況需要的作動(dòng)力對(duì)比圖，如圖2所示。

從圖2可看出雖然存在0.9s伺服卡槽區(qū)，由于時(shí)間很短，以至于不會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行。從而從根本上解決了因VSV作動(dòng)筒作動(dòng)力不夠而造成的V2500發(fā)動(dòng)機(jī)VSV系統(tǒng)故障。

新構(gòu)型VSV作動(dòng)筒投入使用后，反饋良好，VSV系統(tǒng)出現(xiàn)故障的幾率大大減少，特別是針對(duì)某些在使用老構(gòu)型作動(dòng)筒時(shí)常發(fā)生VSV故障的發(fā)動(dòng)機(jī)。減少航空公司維修工作量，提高航空公司的運(yùn)營(yíng)品質(zhì)。

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