VSV系统对CFM56发动机喘振的影响分析

VSV系统对CFM56发动机喘振的影响 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 VSV系统对CFM56发动机喘振的影响分析 第11卷第20期2011年7月 167l一1815(2011)20—4934—04 科学技术与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 ScienceTechnologyandEngineering Vo1.11No.20July2011 @2011Sci.Tech.Engng. VSV系统对CFM56发动机喘振的影响分析 李世林 (中国民航飞行学院航空工程学院,广汉618307) 摘要航空发动机喘振是发动机衰退过程中的常发的故障,而发动机VSV系统的工作状态直接影响发动机的喘振裕度. 以cFM56_3发动机的VSV系统为研究对象,讨论其工作机理,分析其对处于衰退期的cFM56—3发动机稳定工作的影响,提 出相应的维修 注意事项 软件开发合同注意事项软件销售合同注意事项电梯维保合同注意事项软件销售合同注意事项员工离职注意事项 .从而为研究以VSV故障为诱因的喘振提供理论依据,为相关维修提供工程参考. 关键词喘振可调静子叶片(VariableStatorVane,VSV)系统CFM56 中图法分类号V235.13;文献标志码A CFM56.3发动机自从20世纪80年代作为波音 737Classic的动力装置被大量引入我国,目前已经 进入衰退阶段.为了防止发动机因为可调静子叶 片系统(VSV,VariableStatorVane)故障而诱发喘 振,有必要对其机理和维护措施进行研究.发动机 喘振是气流以大迎角流入压气机,在叶背处形成严 重的分离,引起压气机出口气流压力和流量强烈脉 动的周期性振荡现象.发动机发生喘振时,会导致 发动机偏离其正常工作状态,严重时会导致机件损 伤,发动机熄火等严重故障.当发动机的VsV发生故 障时,压气机流量系数异常,时常会导致发动机喘振. 1VSV系统组成 CFM56.3发动机的VSV系统由两个作动筒,两 个双摇臂组件,连杆机构以及一条柔性反馈钢索组 成_lJ.两个VSV作动筒安装在高压压气机前静子 机匣上1:30和7:30位置上,柔性反馈钢索与7:3O位 置上的Vsv作动筒相连,VSV系统结构如图1所示. 高压压气机的进口导向叶片第一级,第二级, 第三极静子叶片都是可调的.当压气机转速从其 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 值降低时,可调静子叶片角度逐渐关小,以使 2011年4月8日收到 作者简介:李世林(1978一),成都市人,讲师,博士研究生,研究方 向:航空工程. 流到后面转子叶片的气流角度合适.当压气机转 速增加时,静子叶片角度逐渐开大.当高压油供人 头腔时,VSV作动筒中的活塞杆向后运动(伸出位 置),从而控制主控制杆使IGV和第三级摇臂向上 (右侧则向下);第一级和第二级摇臂向下(右侧则 向上).摇臂移动信号传到动作环,进而使每一个 单独的叶片都处于偏关位置.当高压油供人尾腔 时,VSV作动筒中的活塞杆向前运动(收回位置), 从而控制主控制杆使IGV和第三级摇臂向下(右侧 则向上);第一级和第二级摇臂向上(右侧则向下). 摇臂移动信号传到动作环,进而使每一个单独的叶 片都处于偏开位置. 燃油 图1VSV系统结构框图 连接 耳片 20期李世林:VSV系统对CFM56发动机喘振的影响分析4935 VSV系统能使发动机在很大的工作范围内保 持良好的压气机特性,使发动机不会发生喘振. VSV系统能改变高压压气机进口导向叶片和三级 可调静子叶片的角度,使得压气机的低压级与高压 级空气动力上相匹配.VSV叶片位置的变化改变 了通过转子叶片气流的角度,而气流角度决定了压 气机每一级的压缩特性(气流方向和速度),确保流量系数C处于正常范围J. C.=Cla/u(1) 式(1)中C.为气流轴向流速,为压气机叶片轴向 速度. VSV根据压气机工作参数(高压压气机进口温 度CIT和核心发动机转速N2)改变位置,低压级自 动匹配,使发动机在各种工作状态下保持良好的气 流特性和压气机特性.VSV的控制规律如图2 所示. 主发动机控制器(MEC,MainEngineContro1) 提供燃油压力通过VSV作动筒来控制VSV的位 置.MEC包含一个3D凸轮,它是由N2,CIT和VSV 反馈机构传输到控制组件的信号来定位的.而 VSV控制阀的位置则是行程凸轮位置和反馈信号 比较的结果. L.……….………………….…..J 图2VSV系统功能框图 N2的变化影响3D凸轮的转动行程,CIT的变 化影响凸轮的轴向位置.凸轮的移动会使控制阀 重新定位.控制阀将主燃油泵流出的压力油供人 作动筒的头腔或尾腔,而另一边就通回油.当叶片 到达预定位置时,反馈机构重新定位控制阀使作动 筒信号保持稳定. 2喘振诱因 诱发发动机喘振的原因很多,包括VBV控制失 效,主发动机控制器失效等,其中VSV故障主要包 括以下几点. 2.1VSV作动器校正不正确 当VSV作动器校正不正确时候,将会使作动环 不正确,将会使VSV的位置不正确.当VSV偏关 时候,VBV偏开会造成启动和加速变慢,不容易出 现喘振.当VSV偏开时候,VBV偏关将会引起气流 量偏大,使工作叶轮进口处绝对速度在发动机轴向 分量上升,流量系数偏大,气流在叶盆处发生分离, 使叶片通道变小,从而造成涡轮状态,从而使后面 几级的气流量减小,造成后面几级的攻角变大,使 气流在叶背处发生分离,当这种气流分离严重扩展 至整个叶栅通道时候,将发生喘振. 2.2VSV反馈钢索静态校正不正确 VSV反馈钢索静态校准不正确时候,将会使钢 索的紧度不正确,MEC获得的信号就不正确,则 VBV计划就不正确,VSV的位置不正确. 当钢索过松时候,即反馈信号偏大时候,VSV 就偏开,VBV就偏关,会引起气流量偏大,使工作叶 轮进口处绝对速度在发动机轴向分量上升,流量系 数偏大,气流在叶盆处发生分离,使叶片通道变小, 从而造成涡轮状态,从而使后面几级的气流量减 小,造成后面几级的攻角变大,使气流在叶背处发 生分离,当这种气流分离严重扩展至整个叶栅通道 时候,将发生喘振.当钢索偏紧的时候,即反馈信 号偏小的时候,VSV就偏关,VBV就偏开,会造成加 速和启动变慢,不会出现喘振. 2.3VSV级与级间的校正不正确 当前面级偏开,后面级偏关的时候,将会使后 面级气流量偏大,使工作叶轮进口处绝对速度在发 动机轴向分量上升,流量系数偏大,气流在叶盆处 4936科学技术与工程 发生分离,使叶片通道变小,从而造成涡轮状态,从而使后面级得到气流量减小,造成后面几级的攻角 变大,使气流在叶背处发生分离,当气流分离严重 扩展至整个叶栅通道时候,将发生喘振.当前面级 偏关,后面级偏开的时候,将会使气流量减小,造成 后面级的气流攻角变大,使气流在叶背处发生分 离,当气流分离严重扩展至整个叶栅通道时候,将 发生喘振. 2.4CIT传感器故障 高压压气机入口温度传感器(CIT,Compressor InletTemperature)结构框图如图3所示.真空膜盒 将压力信号传至计量活门,计量活门改变反馈膜盒 的伺服燃油压力,反馈膜盒的伺服燃油压力平衡敏 感膜盒的压力.P6为CIT敏感膜盒供油压力,Pb 为CIT敏感膜盒回油压力,二者的压力差正比于 CIT.MEC感受到伺服压力用于供油调整.CIT传 感器将CIT的气压信号转变为液压信号传到MEC 中.CIT和N2信号会改变MEC中的3D凸轮的位 置,从而限制发动机供油,也会控制伺服燃油系统, 进而影响VSV. 1......—.—.—.—...................J 图3CIT系统结构框图 当CIT改变,在传感线圈里的氦气压力改变,将 会引起传感元件打开或者关闭计量活门.计量活 门改变在反馈元件上的燃油压力.这个压力是用 来平衡传感元件的.在P6和Pb里的燃油压力差 与CIT是成比例的.这个压力差被MEC感应并用 作燃油计划.当CIT传感器完全失效时,发动机会 自动进入失效保护模式,将CIT假设为15摄氏度. 若氦气部分损失或者油压信号管路堵塞时,会导致 CIT测量温度偏高,产生热漂移.当氦气压力损失 时,会导致冷漂移. 当CIT热漂移时候,会造成启动和加速变慢,不 会造成失速喘振.当CIT冷漂移时候,VSV偏开 VBV偏关;N2转速不变时候,?1偏快;N1不变的时 候,?2偏慢;PMC关闭时候油门杆错位;PMC打开 时候可能会造成油门杆错位;可能会造成起飞时候 ?1超调;可能会造成失速;启动和加速偏快.当 CIT冷漂移时候,改变3D凸轮的位置,改变先导阀 的位置,使作动器里的燃油压力偏小,作动器里的 硬杆收进来,VSV偏开,VSV的攻角反馈到VBV, MEC根据这个反馈信号制定VBV计划,VBV偏关, 将会引起气流量偏大,使工作叶轮进口处绝对速度 在发动机轴向分量上升,流量系数偏大,气流在叶 盆处发生分离,使叶片通道变小,从而造成涡轮状 态,从而使气流量减小,造成后面几级的攻角变大, 使气流在叶背处发生分离,当这种气流分离严重扩 展至整个叶栅通道时候,将发生喘振. 3维护建议 发动机发生喘振故障后,首先目视检查VSV作 动系统,如果发现的损伤超过了限制,则修理或者 更换部件.然后做VSV作动校准检查,调整VSV 反馈钢索并作反馈钢索静态校准,最后检查CIT传 感器是否工作正常.如果以上检查完毕后,未能排 除故障,则需要考虑是由于发动机主控制器以及可 调放气活门系统等其他原因引起的发动机喘振. 参考文献 1CFMI.CFM56-3linemaintenancemanua1.CFMICompany.2010 2宋静波.波音737飞机动力装置.广州:中山大学出版社,2008 (下转第4940页) 4940科学技术与工程 ASewageTreatmentPlantPromotionEngineeringDesign CHENLin,SHELi—hua,GUWei,JIANGBin.bin,YAOQi (KunmingUrbanPlanning&DesignInstitute,Kunming650041,P.R.China; KunmingSu~ey&DesignInstituteofStateForestryAdministration., Kunming650225,P.R.China; HubeiDesignFiliale,Pan.ChinaConstructionGroup,Wuhan430010,P.R.China; CentralandSouthemChinaMunicipaEngineeringDesign&ResearchInstitute,Wuhan430010,P.R.China) [Abstract]Asewagetreatmentplantonthesecondarytreatmentprocesswastransformatedwiththefibermicro— filterwhee1.Afterthetransformation.thesewagetreatmentplanteffluentqualityisuptothedischanrgestandardof pollutantsformunicipalwastewatertreatmentplant(GB18918--2002)inanstandard.Introducedthesewagetreat— mentplantbeforeandafterthetransformation,designparametersandoperatingconditions,canforsomeupgrading ofthesewagetreatmentplanttoprovideinformation. (上接第4933页) promotionreconstructiongadvancedtreatmentgradeacriteria ApplicationofAR-modelinGustLoadFlightTest WULi—wei,WANGWen-jun,SHUCheng—hui (ChinaFlightTestEstablishmentl,Xi'an710089,P.R.China) [Abstract]Thepowerspectrumdensity(PSD)functionisimportantingustloadflightexperimentdataanalysis? Theclassicspectralanalysismethodhasshortagesofsignalmissingandlowresolutionwhilethemodernspectrum analysismethodhasimprovedtheresolutionandthetrueextentofspectrumestimate.Thedissertationanalysesthe dataofgustloadflighttestusingAR-modelmodernspectrumanalysismethod,theresultissatisfactory? [Keywords]gustloadARmodelpowerspectrumdensityfrequencyresponsefunction ): (上接第4936页) , p ResearchonVSVFaultsBasedCFM56EngineSurge LIShi.1in (Aviati0nEngineeringInstitute,CivilAviationFlightUniversityofChina,Guanghan618307,P.R.China) [Abstract]EnginesurgeisacommonfaultbeenfoundondeteriorationCFM56— 3aeroengine,andthevaria— blestatorvanesystemplaysanimportantroleonenginesurgemargin.VariablestatorvanesysteminCFM56—_3 enginewaschoseforthefunctionalanalysis,andcontrolphilosophy,VSVrigarediscussed.Atlastinterrelated maintenanceen~neeringrecommendationsaregiventoensurethedeteriorationCFM56— _3engineworkpropedy. [Keywords]SurgeVSVcFM56—3