唐宁

摘 要：V2500发动机自A5型号装在空客A320系列上以来，具有较好的经济性和稳定性。为了进一步提高发动机在翼稳定性，IAE自2014年起就着手研究升级V2500发动机的VSV作动筒作动力矩。本文简要介绍V2500发动机特点及其VSV改装的历程，参考空客及IAE的服务通告并结合现场工作实际，对升级V2500的VSV作动筒缘由以及升级以后遇到的放气问题进行讨论。

关键词：V2500发动机;VSV作动筒;失速;放气

V2500发动机是由IAE（国际航空发动机公司）设计生产，其A5型号装备于空客A320系列飞机，采用了无叶间凸台宽弦空心风扇叶片、“浮壁”燃烧室和单晶涡轮叶片和粉末冶金涡轮盘等主要技术手段。其对比竞争对手CFM56在燃油节省上有一定的优势。

VSV（可调静止叶片）系统是V2500高压压气机气流控制及防喘系统的重要组成部分，它主要由作动筒和其对应的驱动机构、静止叶片组成。它的主要作用是调整高压压气机前4级（包括进口导向叶片和3级高压静子叶片）气流符合其对应转子的空气动力学要求，使得发动机在全功率范围内保证良好的性能，防止发生失速、喘振的发生。另外，该VSV系统一定程度上控制了气流量的大小，降低了压气机中气流的各种损耗，提升了压气机的运作效率，使得燃油消耗有一定的降低。VSV的驱动力由发动机系统的燃油泵增压燃油经过FMU（燃油计量组件）后获得，其控制主要依赖发动机当时的工况由EEC（发动机电子控制）发出指令控制其在N2（高压压气机转子）转速下的打开与关闭。其中EEC依据的高压转子转速并不是直接由转速传感器直接获得的实际数据，而是根据当前高压转子的实际转速结合当前的发动机进气温度、压力等计算出的一个转换高压转子转速。对于VSV系统来说，如果VSV系统无法控制，它的失效安全位是完全打开状态，这可以最大限度的保证发动机可控、安全。

VSV系统主要的作动元件为VSV作动筒，它安装在高压压气机机匣前下部，通过自身的液压力矩马达精确控制作动筒的伸长长度从而控制静子叶片以及进口导向叶片的偏转角度。VSV作动筒主要包括伺服阀、液压力矩马达、降压调节阀、LVDT（线性可辨差动传感器）等。伺服阀在降压调节阀的共同作用下，对作动筒两端的伺服燃油流量调整，从而是作动筒的移动精确对应电信号的驱动;液压力矩马达主要在恒压控制阀的作用下工作，恒压控制阀控制其上端的压力始终高于回油压力180PSI，保证控制源头准确，力矩马达控制液压油路便于下游伺服阀和降压调节阀正常工作;降压调节阀主要调节供给伺服阀的压力，保证其经过计量口的压降始终维持在68PSI，以维持伺服阀的控制精度;LVDT主要是闭环控制的反馈传感器，用于反馈当前作动筒的位置，进一步提高作动筒的控制精度。值得注意的是，由于LVDT是通过一个轴承组件连接在作动筒上，所以这也保证了作动筒的活塞是可以360度旋转。

VSV系统的机械部件主要包括各种连杆、拉杆、曲轴机构、旋转杆和可调节的静子叶片，当作动筒的活塞前后移动时，活塞连接的连杆也被拉动，从而带动曲轴机构旋转，曲轴机构旋转将带动四级可调静子叶片转动，如下图所示：

自从V2500安装到A320飞机以来，IAE针对高压压气机前几级的缺陷或问题做过多次修正，例如：针对高压压气机3级叶片叶间凸台规则磨损导致发动机提前更换甚至三级叶片直接断裂的恶性事件，IAE发布了服务通告SB72-0487加大了凸台的接触面积，改进了凸台的涂层;针对高压压气机4级叶片和5及叶片断裂问题，IAE发布了服务通告SB72-0505和SB72-0586通过超声波检查的方式降低了叶片在运行过程中断裂的可能性;针对高压压气机6级叶片断裂的问题，IAE发布了服务通告SB72-0471重新设计了叶根的形状，增加了叶片的深度和宽度，改变了叶片的安装位置和使用的材料，SelectOne升级更是将4～8及转子叶片和3～5级静子叶片更换为3-D叶片，叶片的前缘由圆形变为椭圆形，这使得高压压气机的转子部分可靠性有了很大的提高。但是，在IAE发布SB72-0122，即升级VSV作动筒的作动力矩前，机队中长期存在部分发动机运行一段时间就会出VSV系统的相关故障，表现为在飞机阶段2，3，8以及5期间出现警告信息：“ENG X COMP VANE”，故障信息中常常带有SVATK故障信息，地面检查测试并未发现明显故障，只能通过更换作动筒或者润滑VSV机械机构完成故障的排除工作，非常耗费时间。虽然这个期间IAE在不断的优化VSV作动筒的相关问题，比如修改LVDT的工作环境，优化伺服阀、油滤、恒压控制阀的制造工艺，但是这些并没有从根本上降低VSV作动筒在机队中出现类似故障的几率。这主要是作动筒在作动时，特定的情况下作动力和系统所需要的力几乎接近，余度不够：

在IAE发布SB72-0122后，VSV的作动筒件号统一升级为G4000VSVA01，这次的升级除了重新设计LVDT、伺服阀、恒压阀、降压阀等改变外，最为重要的是增加了活塞的面积，从之前的72MM直径增加到85.6MM直径，作动筒面积增加了约41%，在液压不变的情况下，相当于作动力提高了约40%以上，这极大的改善了作动筒的灵敏度。自从机队2015年开始安装这种新型作动筒以来，机队因VSV故障的飞机数量有着明显的下降，并且在VSV作动筒改装完以后，机队出现双通道VSV故障需要润滑VSV机构来完成排故的情况几乎消失，这给我们的维修带来了极大的好处。

但是在做VSV改装的同时，我们也发现，在做了改装后，有两架飞机在测试大车期间会有明显的放气声音，在放气的同时，EPR（发动机压力比）摆动下降，P2、N2、燃油流量均下降。依据V2500运行经验，判定发动机在试车过程中探测到了喘振的情况，启动了喘振保护逻辑。V2500的喘振探测主要依赖燃烧室压力的快速下降或者燃烧室压力快速变化，如果探测到喘振，EEC将减小VSV的开度并且打开7级和10级的放气活门，减小燃油供应以期恢复燃烧室压力，避免发动机喘振。经过排故发现，故障发动机的T2参数存在较大幅度的摆动，这将严重影响EEC对发动机的控制，從事后译码的数据来看，在T2参数大幅摆动的时候，EPR指令值也随着快速变化。个人认为，在改装前，虽然也存在着T2的变化，也一定程度上在影响着发动机的运行，但是由于VSV作动筒作动力较小，不能实时的跟进T2变化导致的推力改变，气流控制改变相对平缓，不会造成燃烧室压力变化探测超过预定值引发发动机喘振保护，在改装后，由于作动筒移动能力增强，造成压气机气流控制更为迅速，进而引发发动机探测到燃烧室压力变化超过预定值，产生发动机防喘保护。这说明任何改装虽然经过了很多的测试认证，但是在特定情况下也有可能导致系统在其他方面变差，例如容差余度变小，特定条件下影响其他系统正常工作等。

由于本人专业知识水平有限，文中难免有理解错误的地方，恳请批评、指正并提出宝贵意见。总的来说，V2500的VSV作动筒作动力矩升级工作提高了系统的整体稳定性，减小了维修负担。相信V2500发动机作为当前A320系列上使用的较为成熟的发动机，在今后的类似不断的改进中会越来越好，逐渐成为一款A320系列的经典配套发动机。