CFM56-5B型發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)原理和啟動(dòng)中常見故障分析

郭永強(qiáng)

摘? 要：CFM56-5B型發(fā)動(dòng)機(jī)是一種常見的民航發(fā)動(dòng)機(jī)，廣泛安裝在波音737系列飛機(jī)和空客A320系列飛機(jī)上。文章就該型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)原理，啟動(dòng)方法的分類進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并作了橫向比較。介紹了自動(dòng)啟動(dòng)、人工啟動(dòng)、干冷轉(zhuǎn)和濕冷轉(zhuǎn)四種啟動(dòng)方法。并且對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中容易出現(xiàn)的一些故障及其原因進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī);啟動(dòng);冷轉(zhuǎn)

中圖分類號(hào)：V263.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）11-0101-02

Abstract： The CFM56-5B engine is a common civil aviation engine， widely installed in Boeing 737 series aircraft and Airbus A320 series aircraft. In this paper， the starting principle of this type of engine and the classification of starting methods are described in detail， and the transverse comparison is made. This paper introduces four starting methods： automatic start， manual start， dry and cold turn and wet and cold turn. Some faults that are easy to occur in the process of engine start-up and their causes are described.

Keywords： engine; start-up; cold rotation

1 啟動(dòng)過(guò)程中的關(guān)鍵部件

1.1 點(diǎn)火系統(tǒng)

CFM56-5B型發(fā)動(dòng)機(jī)有兩套獨(dú)立的點(diǎn)火系統(tǒng)：包含兩2個(gè)高能點(diǎn)火激勵(lì)器，2個(gè)點(diǎn)火嘴，2條帶屏蔽的同軸電纜，以及發(fā)動(dòng)機(jī)控制組件ECU。點(diǎn)火系統(tǒng)能夠在起飛、著陸、惡劣氣候運(yùn)行中以及發(fā)動(dòng)機(jī)接口組件EIU時(shí)效的情況下，提供連續(xù)穩(wěn)定的點(diǎn)火。點(diǎn)火嘴產(chǎn)生的高壓電弧能夠在地面或者空中發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)中，點(diǎn)燃燃燒室的油氣混和氣。點(diǎn)火嘴是一個(gè)高能易損部件，在每次點(diǎn)火過(guò)程中，ECU會(huì)選擇一套點(diǎn)火系統(tǒng)，另一套系統(tǒng)作為備用，這樣可以延長(zhǎng)點(diǎn)火系統(tǒng)的壽命。點(diǎn)火激勵(lì)器位于風(fēng)扇機(jī)匣外表面，可以將飛機(jī)上115V，400Hz的交流電轉(zhuǎn)換成22000V到26000V的高壓電，供點(diǎn)火嘴使用[1]。每個(gè)點(diǎn)火系統(tǒng)的選擇通過(guò)ECU控制，為了避免隱藏的故障和點(diǎn)火激勵(lì)器過(guò)早磨損，在相繼的啟動(dòng)中FADEC自動(dòng)交替使用點(diǎn)火器，順序如下：FADEC 通道A，點(diǎn)火器A;FADEC通道B，點(diǎn)火器A;FADEC通道A，點(diǎn)火器B;FADEC通道B，點(diǎn)火器B。連續(xù)點(diǎn)火分為人工選擇和自動(dòng)選擇。人工選擇是指當(dāng)在地面上或在飛行中發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，放置模式選擇電門在IGN/START位置。自動(dòng)選擇是指在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果出現(xiàn)EIU失效、熄火、啟動(dòng)過(guò)程中點(diǎn)火延遲、發(fā)動(dòng)機(jī)防冰等，ECU根據(jù)不同的情況做出連續(xù)點(diǎn)火的決定。

1.2 起動(dòng)機(jī)

利用高壓地面起源車引氣，另一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)引氣或者APU引氣驅(qū)動(dòng)起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)附件齒輪箱，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子N2轉(zhuǎn)動(dòng)。起動(dòng)機(jī)供氣由起動(dòng)機(jī)關(guān)斷活門SOV控制，當(dāng)N2 轉(zhuǎn)速到達(dá)50%的時(shí)候，SOV自動(dòng)關(guān)斷起動(dòng)機(jī)，起動(dòng)機(jī)內(nèi)部的離合器自動(dòng)脫開工作。位于駕駛艙中控臺(tái)上115VU面板的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)主電門和位于頭頂板的ENG/MAN START人工啟動(dòng)電門控制起動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止。任何時(shí)候，只要將發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)主電門切換到OFF位時(shí)，可以繞過(guò)FADEC全權(quán)限式數(shù)字控制計(jì)算機(jī)，直接將發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)中止，高壓燃油關(guān)斷活門也會(huì)被切斷。

1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)

離心式低壓燃油泵將燃油從油箱抽到燃油滑油熱交換器FCOC，再經(jīng)過(guò)高壓燃油泵和油濾，分兩股到達(dá)HMU液壓機(jī)械組件。大部分燃油會(huì)通過(guò)HMU的控制流經(jīng)燃油流量計(jì)，到達(dá)燃燒室處的20個(gè)環(huán)形燃油噴嘴，用做燃燒。小部分燃油流到HMU內(nèi)部起伺服燃油的作用，用來(lái)給主動(dòng)渦輪間隙控制作動(dòng)筒，以及VBV 可變放氣活門和VSV可調(diào)靜子葉片的作動(dòng)筒提供伺服燃油。這部分伺服燃油會(huì)流經(jīng)IDG綜合驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的滑油冷卻器，到達(dá)低壓燃油泵，最后回到燃油箱。

1.4 FADEC全權(quán)限式數(shù)字發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)

在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，F(xiàn)ADEC獲取子系統(tǒng)反饋的穩(wěn)定狀態(tài)和連續(xù)的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，F(xiàn)ADEC系統(tǒng)是一個(gè)雙通道交互式系統(tǒng)并且有監(jiān)控故障的能力。當(dāng)FADEC探測(cè)到故障狀態(tài)時(shí)，F(xiàn)ADEC電門會(huì)從故障通道切換到另一個(gè)正常通道。

FADEC系統(tǒng)的功能有：控制燃油流量、空氣流量和正向推力以及反向推力需要的引氣;發(fā)動(dòng)機(jī)超限保護(hù);自動(dòng)啟動(dòng)能力;發(fā)動(dòng)機(jī)間隙控制;廣泛的診斷和維修能力;操控反推。

2 啟動(dòng)模式

發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)分為四種模式：自動(dòng)啟動(dòng)、人工啟動(dòng)、干冷轉(zhuǎn)、濕冷轉(zhuǎn)。

其中，整個(gè)人工啟動(dòng)過(guò)程中，ECU不起監(jiān)控作用，需要人工觀察各發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)是否正常。而自動(dòng)啟動(dòng)過(guò)程中，F(xiàn)ADAC系統(tǒng)全程監(jiān)控。所謂冷轉(zhuǎn)，指的是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，但是燃燒室的點(diǎn)火嘴不工作。根據(jù)冷轉(zhuǎn)過(guò)程中是否噴油，冷轉(zhuǎn)又可以分為干冷轉(zhuǎn)和濕冷轉(zhuǎn)。干冷轉(zhuǎn)，就是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中既不點(diǎn)火，也不噴油;濕冷轉(zhuǎn)，指的是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中不點(diǎn)火但是噴油。

3 自動(dòng)啟動(dòng)

自動(dòng)啟動(dòng)過(guò)程中，將發(fā)動(dòng)機(jī)方式選擇器打到START位置，指令通過(guò)EIU送到ECU，ECU得到該信號(hào)，下ECAM上顯示發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)頁(yè)面。如果此時(shí)在用空調(diào)系統(tǒng)，流量控制活門會(huì)馬上關(guān)閉，原因是在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，需要大量的空氣，因此停止為空調(diào)系統(tǒng)供氣。將發(fā)動(dòng)機(jī)主電門打到ON位置，打開低壓燃油關(guān)斷活門，同時(shí)主電門的信號(hào)也會(huì)通過(guò)EIU送到ECU，ECU接到該信號(hào)后，打開起動(dòng)活門。起動(dòng)活門打開，起動(dòng)機(jī)就可以工作，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)N2轉(zhuǎn)速達(dá)到16%轉(zhuǎn)速的時(shí)候，指令點(diǎn)火組件開始點(diǎn)火。為了增加整個(gè)點(diǎn)火系統(tǒng)的壽命，F(xiàn)ADEC自動(dòng)交替使用點(diǎn)火器A和B。N2轉(zhuǎn)速達(dá)到22%后，ECU指令計(jì)量活門計(jì)量燃油，高壓燃油關(guān)斷活門打開，燃燒室開始噴油，燃燒室開始工作。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)一方面由起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，另一方面由燃燒室工作后的沖擊渦輪帶動(dòng)。在自動(dòng)啟動(dòng)過(guò)程中ECU執(zhí)行全程監(jiān)控，如果有不正常的情況，比如說(shuō)超溫或者轉(zhuǎn)速異常，ECU將會(huì)中止啟動(dòng)過(guò)程。當(dāng)N2轉(zhuǎn)速達(dá)到50%的時(shí)候，啟動(dòng)完成，ECU會(huì)指令起動(dòng)活門關(guān)閉，同時(shí)點(diǎn)火結(jié)束，將發(fā)動(dòng)機(jī)方式選擇器打到NORM位置。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成后，30s以后，空調(diào)組件就又可以重新得到引氣。轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加，直至達(dá)到慢車位穩(wěn)定工作。

4 人工啟動(dòng)

人工啟動(dòng)過(guò)程中，將發(fā)動(dòng)機(jī)方式選擇器打到START位置，下ECAM上有發(fā)動(dòng)機(jī)頁(yè)面顯示，若空調(diào)系統(tǒng)在用引氣，會(huì)停止為空調(diào)系統(tǒng)供氣。人工啟動(dòng)電門打到ON位置，信號(hào)通過(guò)EIU送到ECU，ECU指令起動(dòng)活門打開。起動(dòng)活門打開，起動(dòng)機(jī)開始工作，N2轉(zhuǎn)速就開始增加。當(dāng)N2達(dá)到20%左右時(shí)，把主電門打到ON位置，供油和點(diǎn)火才開始進(jìn)行，低壓燃油關(guān)斷活門打開，同時(shí)信號(hào)通過(guò)EIU送到ECU，ECU指令點(diǎn)火開始。在人工啟動(dòng)過(guò)程中采用雙點(diǎn)火，即點(diǎn)火器A和B同時(shí)點(diǎn)火。另外，ECU會(huì)指令燃油計(jì)量活門計(jì)量燃油，高壓燃油關(guān)斷活門打開，燃燒室開始噴油點(diǎn)火。當(dāng)N2轉(zhuǎn)速達(dá)到50%的時(shí)候，啟動(dòng)完成，將發(fā)動(dòng)機(jī)方式選擇器打到NORM位置。整個(gè)人工啟動(dòng)過(guò)程中，ECU不起監(jiān)控作用，需要人工觀察各發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)是否正常。

5 干冷轉(zhuǎn)和濕冷轉(zhuǎn)

干冷轉(zhuǎn)的目的是檢查發(fā)動(dòng)機(jī)、起動(dòng)機(jī)正常，把燃燒室里的余油吹除。在發(fā)動(dòng)機(jī)停車、APU供氣、FADEC有電的情況下，斷開高壓燃油關(guān)斷活門的跳開關(guān)1KC1（2）以打開LP 活門，將旋鈕打到CRANK位置，下ECAM上顯示發(fā)動(dòng)機(jī)的頁(yè)面。將人工啟動(dòng)電門打到ON位置，指令通過(guò)EIU傳向ECU，ECU控制起動(dòng)活門打開，N2增加。為了保護(hù)起動(dòng)機(jī)，冷轉(zhuǎn)不能超過(guò)2分鐘。

濕冷轉(zhuǎn)的目的是檢查發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)是否正常，在執(zhí)行完濕冷轉(zhuǎn)以后，需要執(zhí)行干轉(zhuǎn)，確保發(fā)動(dòng)機(jī)、起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，并吹干燃燒室及附近油路的余油。斷開跳開關(guān)1JH、2JH1、3JH1，將旋鈕打到CRANK位置，下ECAM上顯示發(fā)動(dòng)機(jī)頁(yè)面。將人工啟動(dòng)電門打到ON位置，指令通過(guò)EIU傳向ECU，ECU控制起動(dòng)活門打開，N2增加。當(dāng)N2轉(zhuǎn)速達(dá)到15%到20%之間時(shí)，將發(fā)動(dòng)機(jī)主電門打到ON位置，燃油流量增加。濕冷轉(zhuǎn)時(shí)間不要太久，一般最多15秒，把主電門打到OFF位置。轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)60秒，弄干燃燒室及附近油路的余油。

6 發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中常見故障

啟動(dòng)過(guò)程中，很容易出現(xiàn)一些故障，需要密切監(jiān)視。如發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)熱、超溫、點(diǎn)火不正常、啟動(dòng)轉(zhuǎn)速懸掛、啟動(dòng)機(jī)不能自動(dòng)脫開，以及發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)不正常、喘振、振動(dòng)值過(guò)高等故障信息。在上述故障中，啟動(dòng)過(guò)熱、啟動(dòng)轉(zhuǎn)速懸掛、和點(diǎn)火系統(tǒng)不能正常工作尤為常見。[2]

啟動(dòng)過(guò)熱或者超溫是指在啟動(dòng)過(guò)程中，EGT排氣溫度上升過(guò)快，接近或者超過(guò)EGT紅線，需要中止啟動(dòng)。造成啟動(dòng)過(guò)熱的原因有油氣比過(guò)高或者過(guò)低、推油門桿過(guò)早、外界溫度低等等。

點(diǎn)火不正常是指燃燒室內(nèi)的油氣混合氣體不能被正常點(diǎn)燃，表現(xiàn)為EGT上升緩慢，出現(xiàn)這種情況后，發(fā)動(dòng)機(jī)控制計(jì)算機(jī)ECU會(huì)自動(dòng)切斷點(diǎn)火，并先進(jìn)行干冷轉(zhuǎn)吹除燃燒室的殘余燃油，嘗試重新點(diǎn)火，如果重新點(diǎn)火幾次還是不能順利點(diǎn)火成功，則啟動(dòng)終止。

參考文獻(xiàn)：

[1]A320 Aircraft Maintenance Manual，AIRBUS S.A.S，2002.

[2]蔣陵平.燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)（第二版）[M].清華大學(xué)出版社，2016.