CFM56—5B發(fā)動(dòng)機(jī)HPTACCV漏油故障分析

施亞中

摘 要：CFM56-5B發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在A320系列飛機(jī)上，發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)間隙控制活門（HPTACCV）引起的漏油故障。該文分析了該發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪主動(dòng)間隙控制活門的工作原理，在統(tǒng)計(jì)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(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)零部件軟時(shí)限控制的方法，并對(duì)高壓渦輪主動(dòng)間隙控制活門的備件需求進(jìn)行了預(yù)測(cè)，提出了航空公司航線運(yùn)營(yíng)中應(yīng)對(duì)高壓渦輪主動(dòng)間隙控制活門漏油故障的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：高壓渦輪主動(dòng)間隙控制活門 故障分析 威布爾分布 軟時(shí)限

中圖分類號(hào)：V263 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）11（a）-0061-02

大多數(shù)A320系列飛機(jī)選用CFM56-5B發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置。某公司自A320系列飛機(jī)引進(jìn)至今，高壓渦輪主動(dòng)間隙控制活門（HPTACCV）更換頻率較高，其中因漏油更換25個(gè)，導(dǎo)致14次航班不正常。因此，為了減少飛機(jī)的故障及避免航班的延誤，HPTACCV更換時(shí)間的確定顯得很重要。同時(shí)，為了保證維修的及時(shí)和節(jié)約航材相關(guān)費(fèi)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(dòng)機(jī)高壓渦輪主動(dòng)間隙控制（HPTACC）系統(tǒng)使用從高壓壓氣機(jī)（HPC）四級(jí)和九級(jí)引氣加熱或冷卻高壓渦輪（HPT）罩環(huán)支撐結(jié)構(gòu)，以達(dá)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(shí)，也可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)快速加速時(shí)的排氣溫度峰值，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度裕度，增加在翼時(shí)間[1]。

HPTACC是一個(gè)基于罩環(huán)溫度的閉環(huán)系統(tǒng)，電子控制組件（ECU）首先計(jì)算高壓渦輪主動(dòng)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(jī)械組件（HMU）的電信號(hào)放大成油壓信號(hào)以移動(dòng)HPTACCV。HPTACCV是一個(gè)連接有第四級(jí)和第九級(jí)蝶形活門的液壓作動(dòng)器，這些蝶形活門是用來(lái)控制進(jìn)入HPT罩環(huán)支撐結(jié)構(gòu)的空氣流量[2]。兩個(gè)線性可變差動(dòng)傳感器（LVDT）連接到作動(dòng)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(guó)際公司的技術(shù)會(huì)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(jī)隊(duì)每年非計(jì)劃拆換活門數(shù)量的30%，且滲漏發(fā)生時(shí)，活門的在翼時(shí)間不等，有逐漸縮短的趨勢(shì)[3]。

某公司在所有因漏油更換的HPTACCV中，除1個(gè)為修理件外，其余24個(gè)均為全新件，這說(shuō)明漏油與航材送修質(zhì)量無(wú)關(guān)。對(duì)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?yàn)樽鲃?dòng)器主封嚴(yán)磨損。具體分為：（1）活塞殼體上的主封嚴(yán)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)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(jī)匣溫度傳感器測(cè)量的溫度信號(hào)，該溫度信號(hào)的漂移導(dǎo)致活門頻繁往復(fù)運(yùn)動(dòng)，加劇了封嚴(yán)的磨損速率。

某航空公司機(jī)隊(duì)在冬季外界環(huán)境比較低時(shí)，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(cè)標(biāo)準(zhǔn)，需停場(chǎng)排故。另外，CFM56-5B發(fā)動(dòng)機(jī)余油排放系統(tǒng)復(fù)雜，需要拆除排放管路進(jìn)行漏油源的確認(rèn)。而且，更換HPTACCV需要4個(gè)小時(shí)以上的時(shí)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(yùn)營(yíng)帶來(lái)很大的壓力。

2 HPTACCV漏油故障的處置

2.1 CFMI的改進(jìn)措施

CFMI正在設(shè)計(jì)新的作動(dòng)器封嚴(yán)并改進(jìn)材料、提升活塞表面的承載比、升級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)行渦輪間隙控制的邏輯，改由發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后的工作時(shí)間這兩個(gè)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(dòng)，降低封嚴(yán)的磨損速度。

2.2 軟時(shí)限控制

如果依然采用視情維修的思路，被動(dòng)等待故障的發(fā)生，將導(dǎo)致航線運(yùn)營(yíng)極其被動(dòng)，所以需要轉(zhuǎn)變思路，采取主動(dòng)維修的方式解決問(wèn)題。因此，在HPTACCV新的作動(dòng)器封嚴(yán)未投入使用前，將HPTACCV按軟時(shí)限進(jìn)行控制，將有效保證航班的運(yùn)行。

HPTACCV全球機(jī)隊(duì)平均在翼時(shí)間10684.9 h[3]。該公司共更換34個(gè)HPTACCV，其中因漏油更換25個(gè)，占更換總數(shù)的73.5%；因故障更換9個(gè)，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(jì)分析，最長(zhǎng)在翼時(shí)間為17403 h，最短在翼時(shí)間為289 h。

對(duì)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(huì)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(shí)數(shù)與復(fù)數(shù)上的擴(kuò)展[5]。對(duì)于實(shí)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(jì)算后，平均無(wú)故障時(shí)間為11215 h，所以軟時(shí)限定為11000 h，當(dāng)HPTACCV使用時(shí)間達(dá)到11000 h，應(yīng)該進(jìn)行更換送修，這樣可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的簽派可靠性。

3 備件保障

對(duì)于航材保障，用下列公式計(jì)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(jī)隊(duì)有31架飛機(jī)，62臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，年利用率100000 h，送修周期約50 d，保障水平按95%進(jìn)行（系數(shù)為1.75），因此整個(gè)機(jī)隊(duì)6個(gè)備件即可。

4 結(jié)語(yǔ)

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(yùn)行。在HPTACCV新的作動(dòng)器封嚴(yán)未投入使用前，將HPTACCV按軟時(shí)限進(jìn)行控制；ECU軟件新版本發(fā)布后，盡快安排完成在翼發(fā)動(dòng)機(jī)的軟件升級(jí)；在HPTACCV新的作動(dòng)器封嚴(yán)投產(chǎn)后，及時(shí)安排結(jié)合該件送修時(shí)完成相應(yīng)改裝。

參考文獻(xiàn)

[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