cfm56-3涡扇发动机控制系统典型故障分析

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CFM56-3涡扇发动机控制系统典型故障分析
程明|济南国际机场股份有限公司
摘要：CFM56-3发动机采用高涵道比、
双转子的设计方式。

同时它的控制方式的采用既不同于传统的机械液压的控制方式，也有别于现在普遍采用的全权限数字电子控制（FADEC），而是介于二者之间的一种过渡控制模式。

CFM56-3发动机其控制系统是机械液压与电子控制相结合的控制系统属于监控电子控制方式。

该发动机控制系统主要通过主发动机控制器（MEC）和功率管理控制器（PMC）实现的。

通过对控制系统典型故障的研究可以更好的了解发动机，更快的找出发动机的故障原因,提高发动机的稳定性和飞机的安全性。

关键词：CFM56-3发动机；控制系统；主发动机控制器(MEC)；功率管理控制器(PMC)
1 CFM56-3发动机概况
CFM56-3发动机是一款采用轴流式压气机并采用高涵道比、双转子的结构设计的一款涡轮风扇发动机。

同其他的低涵道比的各种发动机相比而言，该发动机排气速度和飞机在空中的飞行速度的比值偏低，发动机推进效率较高。

该发动机采用和F101发动机相同的核心机，并借鉴了该发动机的先进经验，CFM56-3发动机采用高压涡轮主动间隙控制来提高高压涡轮效率,同时使用低压涡轮机匣冷却从而提高低压涡轮效率，通过这种方式满足民航发动机的经济性要求。

CFM56-3发动机由3个主单元体和17个车间单元体，符合高维修性设计原则，这种设计可以大大降低维修成本，从而能够满足民航飞机低油耗、低维修成本等基本要求。

1.1 CFM56-3发动机的结构特点
CFM56-3是一款高涵道、双转子、轴流式发动机。

它由风扇，核心机，低压涡轮三个主模块组成。

1.2 CFM56-3发动机工作机制
CFM56-3发动机启动时，由发动机起动机高压转子带动附件齿轮箱。

高压压气机和燃油泵、滑油泵这些附件也是通过发动机起动机来带动工作。

燃油喷嘴喷油，然后点火咀放电点燃燃油。

当发动机转速达到一定的转速要求时，起动机与附件齿轮箱脱开，完成发动机启动。

工作时外界空气经过发动机进气道进入后分成股，大部分空气经外涵道直接排出机外，产生直接推力以及核心机的外部冷却气流。

小部分空气进入内涵道，经过低压压气机、高压压气机、烧室、涡轮，最后排气。

1.3 CFM56-3发动机控制方式
CFM56-3发动机控制方式有两种，一种是机械液压控制，另一种是电子控制。

即主发动机控制 MEC 为主、功率管理控制 PMC 为辅 ,MEC 控制核心机转速, PMC
控制发动机推力[3]。

CFM56-3发动机是一种高涵道比的涡轮风扇发动机，在海平面标准大气静态起飞条件下，其涵道比在5.0左右，通过外涵道和内涵道排出机体的气流提供整个发动机推力的80％以上，因此在飞机上通常使用N1转速来表征发动机推力，所以通过精确控制N1转速的方式可以实现发动机推力控制，即通过控制N1转速来实现功率管理控制器(PMC)。

功率管理控制器(PMC)除了能够精确控制N1转速外，它不参与发动机其它系统的控制[4]。

而主发动机控制器(MEC)要同时实现对发动机N2转速和发动机其他控制系统的控制。

在MEC 和PMC 控制器同时控制发动机时，为了获得较为精确的，推力功率管理控制器通常具有一定的优先权。

2 控制系统的组成
2.1 PMC 与MEC 双重控制模式
CFM56-3 发动机控制方式有两种，一种是机械液压控制，另一种是电子控制。

即主发动机控制 MEC 为主 、功率管理控制 PMC 为辅 ,MEC 控制核心机转速, PMC 控制发动机推力。

[3] MEC 主要感受油门杆角度、核心机转速、风扇进口温度、风扇进口压力；PMC 主要感受风扇转速、风扇进口温度、风扇进口压力。

3 典型故障分析
CFM56-3发动机故障中，控制系统的故障占有相当大的比例,是引起航班取消或延误的主要原因。

发动机控制输入参数出现故障对性能的影响可以根据发动机的控制结构来分析主要包括MEC/PMC 本身故障，传感器故障，调节错误以及校装不正确。

控制系统的故障有很多，其中比较常见的有油门杆错位、N1和N2转速不稳定、PMC INOP 灯亮、起飞N1超调等。

3.1 故障树
将上述原因作为中间事件或基本事件M1、M2、M3、X1、X2。

然后根据分析画出的故障树。

M1：传感器故障 M2：VSV 系统故障
M3：VBV 系统故障 X1：MEC 故障
X2：PMC 故障 X3：T25传感器故障
X4：T2.0传感器故障 X5：PS12传感器故障
X6：T12传感器故障 X7：CDP 故障
X8：CBP 故障 X9：N2控制交流机故障
X10：VSV 作动系统故障 X11：VSV 反馈钢索故障
X12：VBV 作动系统故障 X13：VBV 反馈钢索故障
引起油门杆错位的原因有很多，对于CM56-3发动机来说，主要原因包括T2传感器热漂移失效，CIT 传感器热漂移及部分功率调节不当，但部分功率调节不当多半可能是油门杆出现错位时[5]。

当确定出现油门杆错位故障时，需要参照AMM71-00-42有关内容，并查阅飞行记录本/向机组询问故障出现时的相关参数--- 阶段/高度、双发N1/N2值、自动油门、PMC 状况。

如果双发N1不同，A/T 故障的可能性很大，需要进行A/T 测试。

如果仅在PMC ON 时有偏差，检查PMC 系统；如果仅在PMC OFF 时有偏差，检查主控制系统，进行部分功率试车。

同时用于检查VSV、CIT、CDP 可能需要进行加减速测试。

4 总结
本文主要对CFM56-3发动机及其控制系统进行了介绍，该发动机是典型的涡轮风扇发动机，作为CFM56-5的原型机，该发动机具有高涵道比采用双转子的设计方式。

该发动机控制系统主要通过主发动机控制器（MEC）和功率管理控制器（PMC）实现对发动机各个系统的控制。

通过对发动机常见故障的分析，并以油门杆错位故障为例简要分析了排除此类故障的基本思路，这种思路在航线维修工作中十分实用，可以提高排故效率。

对于机务维修在实际工作中的程序方案以及技巧，尤其是涉及航空器动力装置的内容都值得认真总结。

参考文献
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[2]涂宏,唐庆如.CFM56-3,-3B 和-3C 发动机航线维护教程[M].成都科技大学出版社.1997.
[3]宋军强,潘慕绚,黄金全.航空发动机分布式控制系统技术分析及系统方案[J].航空动力学报,2013(1):238-247.
[4]李响,杨斌.CFM56-3发动机控制系统故障处理[J].科技信息,2012(3):228-229.
[5]敖良忠.CFM56-3发动机控制参数传感器故障分析[J].中国民航飞行学院学报,2001(3):32-34.
[6]唐庆如,敖良忠.Aero Engine Line Maintenance[M].中国民用航空飞行学院.
[7]罗贵火,卜继兴.CFM56-3发动机MEC 可靠性分析[J].南京航空航天大学学报,2001(1):13-16.
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