CFM56—5B發動機HPTACCV漏油故障分析

施亞中

摘 要：CFM56-5B發動機安裝在A320系列飛機上，發動機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間隙控制活門（HPTACCV）引起的漏油故障。該文分析了該發動機高壓渦輪主動間隙控制活門的工作原理，在統計分析某航空公司歷史故障數據的基礎上，給出了用威布爾分布計算發動機零部件軟時限控制的方法，并對高壓渦輪主動間隙控制活門的備件需求進行了預測，提出了航空公司航線運營中應對高壓渦輪主動間隙控制活門漏油故障的改進措施。

關鍵詞：高壓渦輪主動間隙控制活門 故障分析 威布爾分布 軟時限

中圖分類號：V263 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0061-02

大多數A320系列飛機選用CFM56-5B發動機作為動力裝置。某公司自A320系列飛機引進至今，高壓渦輪主動間隙控制活門（HPTACCV）更換頻率較高，其中因漏油更換25個，導致14次航班不正常。因此，為了減少飛機的故障及避免航班的延誤，HPTACCV更換時間的確定顯得很重要。同時，為了保證維修的及時和節約航材相關費用，需要確定合理的航材備件數量。

1 漏油故障分析

1.1 系統原理和結構

CFM56-5B發動機高壓渦輪主動間隙控制（HPTACC）系統使用從高壓壓氣機（HPC）四級和九級引氣加熱或冷卻高壓渦輪（HPT）罩環支撐結構，以達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，也可以降低發動機快速加速時的排氣溫度峰值，提高發動機的排氣溫度裕度，增加在翼時間[1]。

HPTACC是一個基于罩環溫度的閉環系統，電子控制組件（ECU）首先計算高壓渦輪主動間隙控制活門（HPTACCV）的位置以控制罩環溫度到到期望的水平。之后，ECU給液壓機械組件（HMU）的電信號放大成油壓信號以移動HPTACCV。HPTACCV是一個連接有第四級和第九級蝶形活門的液壓作動器，這些蝶形活門是用來控制進入HPT罩環支撐結構的空氣流量[2]。兩個線性可變差動傳感器（LVDT）連接到作動器以提供活門位置反饋到ECU；熱電偶被固定在HPT罩環支撐結構內，給ECU提供溫度反饋。

1.2 HPTACCV漏油原因分析

根據CFM國際公司的技術會議資料，高壓渦輪間隙控制系統的主要故障之一是伺服燃油漏油，占世界機隊每年非計劃拆換活門數量的30%，且滲漏發生時，活門的在翼時間不等，有逐漸縮短的趨勢[3]。

某公司在所有因漏油更換的HPTACCV中，除1個為修理件外，其余24個均為全新件，這說明漏油與航材送修質量無關。對因漏油更換的HPTACCV的修理情況的跟蹤調查，發現導致漏油的根本原因為作動器主封嚴磨損。具體分為：（1）活塞殼體上的主封嚴經過長期使用后，逐漸磨損失效；（2）活門的位置控制使用了高壓渦輪機匣溫度傳感器測量的溫度信號，該溫度信號的漂移導致活門頻繁往復運動，加劇了封嚴的磨損速率。

某航空公司機隊在冬季外界環境比較低時，滲漏更容易發生。大部分漏油情況在暖車后仍未改善，漏油量超出手冊標準，需停場排故。另外，CFM56-5B發動機余油排放系統復雜，需要拆除排放管路進行漏油源的確認。而且，更換HPTACCV需要4個小時以上的時間。因此，漏油故障極其容易導致航班的延誤或取消，給航空公司的運營帶來很大的壓力。

2 HPTACCV漏油故障的處置

2.1 CFMI的改進措施

CFMI正在設計新的作動器封嚴并改進材料、提升活塞表面的承載比、升級發動機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，取消根據渦輪罩環溫度進行渦輪間隙控制的邏輯，改由發動機核心機轉速和發動機啟動后的工作時間這兩個參數控制活門的工作，期望可以減緩HPTACCV活塞桿的額外作動，降低封嚴的磨損速度。

2.2 軟時限控制

如果依然采用視情維修的思路，被動等待故障的發生，將導致航線運營極其被動，所以需要轉變思路，采取主動維修的方式解決問題。因此，在HPTACCV新的作動器封嚴未投入使用前，將HPTACCV按軟時限進行控制，將有效保證航班的運行。

HPTACCV全球機隊平均在翼時間10684.9 h[3]。該公司共更換34個HPTACCV，其中因漏油更換25個，占更換總數的73.5%；因故障更換9個，占更換總數的26.5%。根據HPTCCV因漏燃油導致更換的統計分析，最長在翼時間為17403 h，最短在翼時間為289 h。

對這些數據使用威布爾分析，威布爾分布密度函數[4]：

（1）

式中：m—形狀參數，衡量壽命的離散程度；

—尺度參數，又稱特征壽命，是衡量壽命水平的單位尺度；

—位置參數，又稱保證壽命，即在以前不會失效。

在這里=0，=12610；m=2.7816，所以，這里威布爾分布密度函數為

（2）

平均壽命MTBF（Mean Time Between Failures）

（3）

函數，也叫做伽瑪函數（Gamma函數），是階乘函數在實數與復數上的擴展[5]。對于實數部份為正的復數z，伽瑪函數定義為：

（4）

因此，

（5）

計算后，平均無故障時間為11215 h，所以軟時限定為11000 h，當HPTACCV使用時間達到11000 h，應該進行更換送修，這樣可以保證發動機的簽派可靠性。

3 備件保障

對于航材保障，用下列公式計算：

（6）

式中 -備件數目；

，

-日歷年中送修次數，

-送修周期，

-365天，

-保障系數。

本機隊有31架飛機，62臺發動機，年利用率100000 h，送修周期約50 d，保障水平按95%進行（系數為1.75），因此整個機隊6個備件即可。

4 結語

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行。在HPTACCV新的作動器封嚴未投入使用前，將HPTACCV按軟時限進行控制；ECU軟件新版本發布后，盡快安排完成在翼發動機的軟件升級；在HPTACCV新的作動器封嚴投產后，及時安排結合該件送修時完成相應改裝。

參考文獻

[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[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2005：208-220.

[5] http：//reliawiki.org/index.php/The_Weibull_Distribution，/2013/07.endprint