V2500發動機VSV系統及其主要故障分析

高彥平

摘 要：航空無小事，發動機是飛機的心臟，其運行狀態關系整個航空器的運行安全。發動機氣路系統猶如人體的呼吸系統，其工作狀態關系發動機是否“窒息”。本文從發動機VSV系統的原理出發，分析常見故障發生原因，以及目前的應對舉措方面做簡要分析。以供各同仁，專家交流參考。

關鍵詞：V2500；發動機；VSV

中圖分類號：TN22 文獻標識碼：A

航空發動機被稱為飛機的“心臟”且有“工業之花”的美譽，其設計、制造存在著許多技術壁壘以至于全世界僅有美、英、中、法、俄五個國家能獨立生產航空發動機。發動機喘振可導致發動機超溫、尾噴噴火等現象，并在短時間內給發動機本體造成嚴重的損壞，是發動機所有系統故障中最常見且最有危害性的一個，因此在實際運行中盡量避免喘振的發生。VSV為可變定子葉片，通過改變高壓壓氣機氣流軸向方向、速度，以提高壓氣機效率，增加喘振邊界，VSV系統作為發動機4種最有效的防喘振的方法之一，不管在發動機設計還是在發動機使用過程中，都占據重要地位。

世界范圍內V2500系列發動機因VSV系統故障導致發動機N2超轉，EGT超溫，發動機空中停車事件時有發生。事件發生后，航空公司/發動機廠家對DFDR譯碼分析，結論多為發動機功率變化時，VSV卡滯在某個位置，沒有隨發動機實際運行的工況需求調節其角度，從而造成N2超速和EGT超溫。

當壓氣機在偏離設計工況的條件下運行時，葉柵的進口處必然會出現正負攻角。當攻角達到某種程度時，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出現局部逆流區，形成渦流，造成附面層的分層，以致發生氣流的脫離現象。因此相對于壓氣機葉片而言，氣流是否發生分離要看相對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，葉柵前緣方向不會改變，攻角的大小取決于相對速度的方向。

1.正常的工況下壓氣機氣流相對速度的方向與葉柵前緣方向基本一致即攻角為零，不會產生氣流分離現象。

2.若氣流相對速度的方向偏離葉柵前緣方向形成負攻角，將發生葉背氣流的分離現象。

3.若氣流相對速度的方向偏離葉柵前緣方向形成正攻角，將發生葉盆氣流的分離現象。

無論是形成負攻角還是形成負攻角，都會發生氣流分離，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；更嚴重時產生喘震，氣流反流，損壞發動機本體。

要研究清楚出現VSV系統卡滯的原因，首先應從V2500發動機VSV系統的構造出發。VSV系統主要部件有：VSV作動筒、VSV作動筒曲柄機構、VSV系統同步作動環、VSV系統作動桿。VSV系統工作時，指令的傳遞過程：VSV作動筒→VSV作動筒曲柄機構→VSV系統同步作動環→VSV系統作動桿→HPC（高壓壓氣機）的可調靜子葉片。

在排除EEC控制因素外，造成VSV系統卡滯的原因只有如下兩個：

①VSV系統的其他機構沒有將作動指令準確地傳遞給HPC的可調靜子葉片。

②VSV作動筒沒有成功帶動VSV系統。

針對VSV系統的其他機構沒有將作動指令準確地傳遞給HPC的可調靜子葉片問題，經實踐證明，通過對VSV靜子葉片作動桿軸套、VSV同步環上作動臂銷子等VSV系統的潤滑，可解決該問題。

針對VSV作動筒沒有成功帶動VSV系統，若在機構鏈接都正常情況下，可能造成該現象的原因就只有一個，VSV作動筒沒有足夠動力去帶動VSV系統。如圖1所示，粉紅色兩條線代表了VSVA作動力的包線，深藍色線代表在實際運行中需要的作動力；在phase 5/6，實際運行中需要的作動力幾乎等于VSVA能提供的作動力即幾乎接近于包線（裕度小）。作動力不夠導致出現短暫不能完全調節VSV葉片跟隨發動機工況變化而變化，葉片的實際角度與需要的角度存在差異，從而觸發了ECAM警告和故障信息。在達到一定程度后將造成N2超速和EGT超溫，從而導致嚴重事件發生。

若要從根源上解決該問題，就需要提高VSV作動筒的作動力，使其在發動機所有工況下需要的作動力均完全在其作動力包線內，即提高VSV作動筒的作動力裕度。

如何才能提高VSV作動筒的作動力？VSV作動筒為標準液壓作動裝置，根據壓力與壓強的關系F=P×S，鑒于在發動機工作時，燃油系統在增壓后，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才能實現F的增加。因此，只有增加VSV作動筒的液壓作動面積，所以只有重新設計VSV作動筒以增加液壓作動面積。

重新設計VSV作動筒，通過測試數據得出了其能夠提供的作動力與發動機實際工況需要的作動力對比圖，如圖2所示。

從圖2可看出雖然存在0.9s伺服卡槽區，由于時間很短，以至于不會影響發動機的實際運行。從而從根本上解決了因VSV作動筒作動力不夠而造成的V2500發動機VSV系統故障。

新構型VSV作動筒投入使用后，反饋良好，VSV系統出現故障的幾率大大減少，特別是針對某些在使用老構型作動筒時常發生VSV故障的發動機。減少航空公司維修工作量，提高航空公司的運營品質。

參考文獻

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