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CFM56-5B 发动机VBV 系统概述
王中真 秦芩 刘阳|济南国际机场股份有限公司
摘要：本文以CFM56-5B 发动机为例，
系统介绍VBV 系统的工作原理，常见故障和航线维修工作中的换件工作经验。
关键词：CFM56-5B；VBV；常见故障；经验总结
1 VBV 系统概述
现代民用航空客机大多采用双转子涡扇发动机作为飞机的主要动力装置[1]，在发动机开始运转过程中，高压压气机与连低压压气机之间常常会产生功率不匹配从而影响发动机的运转甚至影响飞行安全，为此发动机生产厂家专门设计了VBV系统。
CFM56-5B发动机的VBV系统，位于风扇框架的中间机构，它调节低压压气机出口通往高压压气机进口的空气的流量[2]，主要由1个控制可变放气活门系统的燃油齿轮液压马达、1个可变放气活门止动机构、1个主丝杠作动筒，1个用于控制主活门主VBV 活门，11个提供相同行程普通活门、11个随动丝杠作动筒，11个随动柔性轴和1个用于反馈调节主活门到全关位置的反馈传感器RVDT 组成。
根据发动机提供的参数，ECU 计算VBV 活门的位置，它是由 HMU 驱动的一个齿轮马达机构通过一个专用的伺服活门进行控制的。ECU 发送电信号传递给HMU 的扭矩马达控制供往HMU 的伺服燃油量。来自HMU的燃油驱动燃油马达的齿轮旋转，通过位于主门和燃油马达间的主轴将转动力矩传递给主放气活门，主门和副门以及副门之间的扭矩则由副轴来传递，使得12个活门能够同步工作。此外，安装在止动机构上的位置反馈传感器RVDT 实时将活门位置信息提供给ECU，从而实现ECU 的闭环回路控制。
2 VBV 系统故障导致发动机不正常现象
VBV 系统的位置与高压核心机的功率状态有直接关系。当N2低转速和过渡状态，低压压气机提供的气流超过核心发动机的有效利用气流，ECU 控制VBV 活门打开将多余的气体排放到发动机外涵，使低压压气机空气排出到外涵道与高压压气机气流匹配。当N2高速时，核心高压压气机需求的进气量较大，VBV 活门关闭，从而增加高压压气机可以有效利用的气流量，ECU控制其以达到与N2转速功率相匹配的要求。发动机启动时VBV 全开可以防止发动机喘振，恶劣天气增大VBV 开度还可以防止发动机熄火。
在发动机恒速运转和加速运转过程中VBV 可以增加低压压气机内部的空气流动
发动机熄火
以便获得更多的压缩空气，从而改善低压压气机高压压气机之间的匹配作用。因此VBV 系统故障时对于发动机的启动和运转造成一定的影响，通常会导致发动机出现以下几种不正常现象。
2.1 VBV 系统故障导致发动机EGT 超温
飞机巡航高度时，N2转速处于高速阶段，如果此时VBV 活门故障，会被内涵道的高压气流吹开，释放部分高压压气机进口可有效利用的气流量，降低核心机的有效压缩气流量从而降低N2转速。为了保证N2转速和功率达到巡航要求，ECU 会增加供油量，最终会导致EGT 温度上升出现超温故障现象。
2.2 VBV 系统故障导致发动机关车发动机启动时，正常情况下VBV 活门瞬间全开，由于VBV 系统故障，VBV 活门没有全开或者只打开一半，导致发动机启动关车，并伴有压气机叶片故障信息。
发动机启动时，为了能够平稳启动，核心高压压气机需要的进气量较少，ECU 控制VBV 活门在全开位，以减少进入高压核心机的多余气流量。如果VBV 活门出现故障，会缩小止动机构内部的随动螺母打开行程，从而导致VBV 活门不能打到全开位或者打不开，进一步引起发动机启动时放炮或者喘振现象，同时会触发压气机叶片故障信息。
3 VBV 系统常见故障[3]
（1）在航线维护工作中，关于VBV 系统的常见故障主要包括燃油液压马达漏油。止动机构、柔性传动轴故障、VBV 活门故障等。
（2）燃油液压马达漏油。CFM56-5B 发动机在寒冷天气启动时，燃油液压马达从关闭位到打开位，内部密封圈还没有足够预热膨胀而造成燃油泄漏。另外一个原因是止动机构的损坏造成马达的二次损坏漏油。
（3）止动机构故障。这种类型故障主要是由于VBV 系统内部随动螺帽卡阻。这种卡阻产生的原因有很多，大多是因为部件制造商生产零件过程中缺少加注油脂造成磨损从而导致的VBV 系统止动机构故障。
（4）VBV 活门的柔性传动轴故障。由于VBV 活门螺纹丝杠粗糙或者卡阻导致花键不正常磨损或者切断进一步导致柔性传动轴打滑或者被切断。
（5）VBV 活门故障。VBV 活门发生卡阻，造成可变引起活门柔性轴绞断，使一
半VBV 活门不能关闭或打开[4]。在发动机进行大推力工作时，来自VBV 活门的压缩空气溢出到发动机外涵道，这时的压缩空气量无法满足核心机的充分运转，燃烧室因此无法正常工作，同时由高压压气机提供冷却气源的高压涡轮主动间隙控制系统也不能正常工作，最终导致发动机排气温度超温；当发动机的推力减少时，核心机不能全部排出多余的压缩气流，阻碍了低压压气机内部的空气流动，在低压压气
机中有一部分压缩空气不能在流过，这将导致高压压气机和低压压气机之间的功率不匹配，进而导致发动机喘振。
4 VBV 系统更换经验
在更换VBV 系统部件时，需要注意关键步骤的正确顺序，同时要掌握一定的更换技巧。更换VBV 系统之前需要确保所有的活门处于关闭位、所有曲轴处于关闭位，然后进行VBV 系统的更换工作；把握部件安装先后顺序并确保部件安装到位；更换具体部件严格按照手册规定的程序步骤操作，力矩需要达到手册要求的标准。最后需要验证活门是否处于全关位不能只是以指示线条对正作为判断依据，还要以手册给出的判断活门间隙的方法判断活门是否达到要求的全关位。
5 结束语
VBV 系统故障是航线维护中比较常见的故障，这种故障对飞机发动机运转影响十分严重，往往造成航班延误或者是取消，严重情况下甚至会导致飞机返航。建议航线维修工作人员应加强对VBV 系统的目视检查，并用专用工具对VBV 系统进行校准，确保VBV 系统工作流畅自如，无卡阻现象，并且告知航空运营人通过可靠性管理手段加强对发动机数据的监控分析，提高发动机运行的可靠性，尽量减少航班延误保障飞机安全出航。
参考文献
[1]夏存江.CFM56-3发动机可变几何控制系统对发动机性能的影响[J].航空发动机,2008(3):46-49.
[2]AIRBUS 318/319/320/321AMM 维护手册[S].2019:75-31-00.
[3]AIRBUS 318/319/320/321TSM 维护手册[S].2019:75-31-00.
[4]郭利明，王坤.CFM56-5B 发动机VBV 故障引起的EGT 超温故障分析[J].中国民航飞行学院学报,2007(5):40-41.