可调静子叶片系统的性能及故障分析

可调静子叶片系统的性能及故障分析【摘要】航空发动机能够正常运转，不仅关乎到飞机飞行安全和飞行正点性，还与航空公司产生的运营成本息息相关，所以航空发动机安全的重要性不言而喻，而在航空发动机的正常运转中，可调静子叶片系统（VSV系统）发挥了十分重要的作用，而VSV系统的故障也将直接影响航空发动机的运转。本文主要就VSV系统普遍运作故障加以分析，试图找出VSV系统常见故障的原因及其排除措施，以期为现代航空业发展做贡献。关键词 VSV系统；故障；原因；排除目 录1 绪论11.1航空维修业的发展11.2中国航空器维修现状32 可调静子叶片系统的作用和工作原理43 可调静子叶片系统的主要部件53.1 作动筒53.2 控制伺服活门63.3 降压调节阀73.4 力矩马达73.5 线性可变差动传感器84 可调静子叶片系统的工作过程85 可调静子叶片系统常见故障及其排除95.1 可调静子叶片系统常见故障95.1.1 机械故障95.1.2 电气故障105.2 故障原因及故障排除115.3 事故分析14结论15参考文献16维修航空发动机这项工作极其复杂，和航空器的安全有莫大的关联。所以在日常维修工作中要重视航空器的系统性的管理工作，即从选择航空器直到航空器退役，以及航空器使用过程中的各项维修工作，和维修失误后的调整办法，都要进行严格管控，目的是尽可能让航空器保持起初的设计质量水平。而在航空器的维修中，VSV系统的维修占据了非常重要的位置。对VSV系统进行维修的过程，就是一系列从预测到效果评估的过程，这其中包含的步骤有维修预测、方法决策、维修过程规划、维修过程控制、维修成本分析、维修效果分析，综合评估。维修的目的是尽可能利用最低成本达到最好质量，即维持VSV系统原有设计质量。所以本文对VSV系统做故障分析，其意义的重要程度是不言而喻的。1 绪论1.1航空维修业的发展自飞机发明成功并且正式运用到人们生活中以后，航空运输独具的便捷性、安全性的特点为人们提供极大便利，也促进了全球经济文化的发展。尤其从60年代初到现在，人类在航空工业上面的发明有了甚大提高，航空技术飞速发展，受此影响，使得航空运输业的体制发展和运营方式也有了相应改变。航空运输中的重要内容有航空维修，起先，航空维修是以手工作坊式的方式为主，直至今天，维修方式也更加先进化、现代化、科学化。不过。航空维修业发展的重要意义，是为了在符合现代航空运输环境的要求下，帮助航空业更好更快的发展，这也是一直以来航空维修业要面对的现实。自从上世纪六十年代至今，航空业伴随着现代技术的发展，很多诸如电子计算机技术、材料工程技术等的新型技术的作用，促进了民用航空器的技术发展和思想变革。举例说明：波音737飞机电子设备，最初在80年代初是500系列，发展至今，已经达到900系列；此外，系统也有所改进或者增加，比如电子仪表、全球定位系统等。随着设备应用的复杂性和先进性，更加重了维修的难度，自此，维修工作已经不仅仅是工艺技术，已经成为一项考验维修人员综合技术的工作。现如今，航空维修工作已经不单是对飞机设备的检查修复工作，还涉及到分析飞机系统或零部件效用低下的研究工作，目的是让飞机在设计和制造方面得到更好的改进措施。人们通过学习关于航空器维修的可靠性理论和维修性理论方面的内容，更深入的认识到航空器维修的本质和规律，使得维修思想也更加系统化，促进航空器维修体制进一步向更先进方向更新。起初，维修思想认为，飞机上系统的部件、零部件的正常作用和完全效用发挥，关乎着飞机的安全性和飞机的使用时间。并且，飞机系统设备的预防维修工作与飞机可靠性，两者呈因果联系。所以，工作人员要经常对飞机系统设备进行使用时间备案和定期检查修理，以期保证飞机的可靠性。维修工作的预防工作做的越好，飞机的可靠性也就越高。对飞机系统设备进行翻修工作，其间隔时间的长短严重影响到飞机的可靠性。因而，航空业维修工作中的预防维修思想，其中的重要内容就是要求对飞机系统设备做定时全面翻修。维修思想中要求保证飞机具备固有可靠性和安全性水平。维修工作的目的就是让固有可靠性和安全性水平一直稳定维持。如果在所有措施都运用之后，仍然不能保证飞机固有可靠性和安全性水平稳定维持，那就判定是飞机没有足够的固有能力。此时就需要应用冗余设计。现代航空维修思想主要强调飞机的可靠性。现代航空维修思想的建立，以对航空器固有可靠性进行综合分析为基础，判断各个零部件可能会出现的故障情况以及产生的后果，考虑对应的维修方式和遵守的维修制度。现代航空维修思想是一种具有科学性的预防维修思想。其实质就是利用最低维修成本，发挥最高效用，做好最优控制。现代航空维修思想是在继承并延伸传统航空维修思想而来的，是对以往维修历史的经验汇总。现代航空维修思想的内容主要有：(1)现代航空维修思想的中心内容是维持飞机的可靠性。(2)现代航空维修思想的总体目标是维持航空器的可靠性了安全性，要在目标指导下，运用现代化技术，帮助确定符合实际情况的维修方针。(3)维修方案的确立要围绕可靠性进行。(4)做好预防维修工作，主要是进行视情检查，以便找出潜在故障及时进行维修，阻止更大故障的发生。(5)航空维修部门在建立维修信息系统时，应该将可靠性控制作为该系统的主要内容。航空维修信息系统的两大作用是收集故障信息，确定维修方法。航空维修信息系统的合理利用，能帮助航空器加以优化改进，收集更多的维修方法，帮助建立一套符合航空维修业发展情况的科学化管理体系。近几年，因为航空运输业的发展范围涉及到全球，所以全球范围的航空公司都存在激烈的竞争形式。投入使用新型航空器，帮助航空公司产生更充足的运力。但是购买并运行航空器的费用比较高昂，对此航空公司背负了很大压力。基于此，航空公司更加严格控制自己的经营效益和运作成本，其中重要的一项内容是严格管控维修成本，所以对航空器设备系统故障的分析研究工作显的很重要。大量新型航空器在顺利进入市场并被航空公司投入使用，这给航空公司带来的经济效益的明显可观的。但是迫于航空器的昂贵售价，很多航空公司都无法进行一次性全额支付，大多都是通过融资或者租赁的方式。所以，为了充分发挥它们的客观效益，就要充分将它们利用起来。以外国航空公司的B737-300飞机为例，其日飞行时间将近17小时。参考中国各个航空公司的内部统计数据显示，航班正常率在近年来由于维修技术提升以及机务保障工作的展开，得到显著提升。在航空运输行业发展中，其不便的主题就是关于怎样提高其安全性的问题。随着市场经济的不断发展和航空运输业的进步，航空公司要在取得利润的同时也不忘重视运输的安全性，而且应该将安全性问题放到首要位置。所有航空公司都要重视公司所有的运行中的航空器的持续适航性，对于适航规章中的规定内容，航空维修设施、人员和维修程序都应该严格遵照其执行。如今，航空器维修工作已经不单单是工艺技术，而是更多学科的综合系统性工作。所以在航空器的使用过程中，要坚持重视其系统性的管理工作，即从选择航空器直到航空器退役，以及航空器使用过程中的各项维修工作，和维修失误后的调整办法，都要进行严格管控，目的是尽可能让航空器保持起初的设计质量水平。对航空器进行维修的过程，就是一系列从预测到效果评估的过程，这其中包含的步骤有维修预测、方法决策、维修过程规划、维修过程控制、维修成本分析、维修效果分析，综合评估。维修的目的是尽可能利用最低成本达到最好质量，即维持航空器原有设计质量。1.2中国航空器维修现状统计数据显示，全球航空维修市场在2000年的一年总收入将近500亿美元，而且随着航空业的发展势头，该项收入还将继续增加。对此，中国民用航空维修企业若是能参与分享蛋糕的过程中，将能取得不错的结果。无论是为了维护航空安全还是追求市场利润，我们都要对加入WTO的中国飞机维修业施以更多关注。我国的航空公司的运营成本相当高昂，其中占总成本份额较为严重的是飞机维修成本，达到10-20%。购机费用已经很是高昂，而维修费用竟达到购机费用的三分之二之多，可想而知，我国的航空公司背负了多么沉重的负担。到今天为止，我国除港澳台地区，共有266家受CCAR-145部批准的维修单位，其中拥有107家航线维修单位。在这些维修单位中，只有一些军队维修单位才能胜任飞机和发动机的大修工作，其余能进行这类大修工作的单位，仅有3家。我国的民航运输业在近期的发展速度已经越来越快，现有510架各类民用运输机，这些运输机的年维修保养等费用，接近100亿人民币。航空维修工作关乎着飞机准点运营，和航空公司运行成本效益也有直接联系。所以，任何一个成功的航空公司，其身后必有一个优越的机务团队来支撑。2 可调静子叶片系统的作用和工作原理VSV系统的作用是将高压压气机进口导流叶片和三级静子叶片的角度加以调整，使得高低压压气机的气流量符合空气动力学的要求，让发动机的压气机特性在一定范围中保证良好发挥，防止发生发动机喘振行为。此外，VSV的调节作用降低了压气机中的空气损耗，提升压气机运作效率，让发动机的经济效用得到更到发挥。VSV是一套高压压气机防喘系统，被现代航空器发动机普遍采用。发动机产生喘振意味着运行出现障碍。通常情况下，因为压气机叶片背部上，气流在此通过时受到分离作用，这种作用是不正常的，会堵塞气路，影响气流流畅通行，此时，就发生了喘振现象。喘振现象在外部通常表现为发动机声音郁闷，重要参数改变，如果喘振严重，则容易促使叶片断裂，甚至会发生发动机失速，导致运行中止。VSV系统的调整方式是调整进口导流叶片和前三级静子叶片。VSV作动筒的高压燃油和低压回油均通过FMU(燃油计量组件)为其提供，高压压气机工作参数的变动通过EEC（发动机电子控制器）显示，然后EEC再计算作动筒的位移量，该位移量要利用执行机构和EEC的闭环控制系统加以考虑。VSV作动杆可以控制IGV和三级静子叶片的转动角度，这是利用中间的传动机构来发挥作用的。在静子叶片偏转的作用下，可以将进入高压压气机的空气流量加以作用，从而将高低压压气机的流量合理配合，阻止发动机喘振现象，有效提升压气机作用效率。高压压气机参数一旦发生变化，EEC就会有所感应，接下来，根据参数变化进行计算，目的是产生一个控制电流对VSV作动筒里的力矩马达（TM）进行控制，接下来在力矩马达的受控下，对油路的开关和开度加以控制，继而控制活塞位置。VSV作动筒里的LVDT利用电信号，面向EEC，将活塞的位置汇报上去。以上，就是一套VSV系统的闭环控制流程，其优点就是达到高精准度的控制效果。图2-1 VSV系统结构功能简图3 可调静子叶片系统的主要部件 VSV系统主要由VSV作动筒、操作环、操纵摇臂、曲柄传动机构、进口导流叶片、可调静子叶片和发动机电子控制器等组成。3.1 作动筒V2500发动机的VSV作动筒置于高压压气机前机匣上面。VSV能利用闭环控制体系对活塞位置加以精准度控制，也能对叶片偏转角度做精确控制，这是通过中间的传动机构实现的。VSV作动筒主要包括活塞机构、电液转换器（力矩马达）、控制伺服活门、恒压阀、降压调节阀、线性可变差动传感器（LVDT）等。把受FMU作用下的高压燃油的压力能转换成机械能，这就使VSV作动筒的主要作用。图3.1 VSV作动筒位置3.2 控制伺服活门VSV作动筒中的控制伺服活门拥有很多计量口和转换口，该控制伺服活门其实就是一个中心弹簧样的滑阀。TM（力矩马达）若想调整挡板活门开度，就要参考输入信号值，在调整挡板活门开度后，再调整计量活门的一个或者两个油腔的油压，目的是调节伺服活门。一些FMU在调整计量活门前后压差的恒定值时，是通过压力调节活门来进行的，继而将计量活门的流通面积加以调整，改变供油量。将控制伺服活门和减压调节器两者共同作用，对作动筒腔体的伺服燃油流量加以调整，从而使作