发动机参数漂移详解

前段时间5058飞机右发发动机控制出现问题，导致起飞时需要人工干预才能达到起飞目标转速，空中出现油门杆错位现象。

并且从飞行数据来看，在不同飞行阶段存在参数冷、热两种漂移现象。

油门杆不一致是CFM56-3发动机多发故障。

主要是因为该型号发动机核心控制部分和外围传感器大部分采用机械控制和信号的传递，各部件的装配有相对严格的要求，在使用过程中因为部件失效或者磨损老化导致部件容易偏离设计和使用的标准，导致故障的出现。

一般此类故障都会回馈到油门杆上，导致空中油门杆错位。

导致油门杆错位的原因比较多，快速隔离故障件需要对发动机控制原理有比较清晰的了解。

下面就CFM56-3C发动机推力调节原理进行一个简要的介绍。

首先介绍几个基本概念：1）控制的原理：为了控制的精度和稳定性，发动机输入和输出之间是一种复杂的多变量闭环负反馈的控制逻辑关系，在飞机控制系统中大部分都是采用负反馈控制逻辑的，如各个舵面的工作、前轮转弯系统......,只要是稳定系统肯定都是采用负反馈设计，负反馈的优点就是精度高、抗稳定性（抗干扰性）好。

在这简单的对负反馈做一个介绍。

负反馈就是指输出信号通过反馈机构返回到输入端（反馈信号），反馈信号与输入基准值不断进行差值比较，当反馈信号比基准值小，则控制机构综合的输入（输入基准值-反馈信号量）为正，会继续调大输出信号，调大的输出信号又反馈到输入端，与输入基准值进行比较，如果还小则继续调大输出信号，直到反馈信号量和基准值相等，这是综合的输入就为0，则输出信号就稳定在基准值所对应的量值。

假如不存在干扰的情况，这种稳定状态会持续下去。

假如存在一个干扰信号，导致输出信号变大，则反馈信号比基准值大，综合输入信号就为负，则通过控制机构降低输出信号，直到输出信号稳定在基准值所对应的量值。

因为这种反馈行为是持续进行的，如果不改变基准值得话系统会一直稳定在与基准值对应的状态。

所以我们说他的控制精度高、抗干扰性好。

我们再拿发动机转速控制作为例子来说明。

假设我们想要发动机工作在100%的N1转速，首先我们会把油门大约100%的位置，也就是我们的基准值调到100%的N1，假设发动机之前是工作在80%的N1转速，80%的输出转速通过转速传感器反馈到输入端与当前的基准值（100%）进行比较，反馈量比基准量小，所以控制部分的综合输入信号为正，控制信号为正，就会多供燃油，提高N1，然后提高后的N1继续与基准值比较，假设现在N1为85%，反馈量仍然比基准量小，继续多供油，调高N1，在这个循环过程中反馈量与基准值差值越来越小，知道N1到100%，则反馈量与基准量相等，则综合输入信号为0，发动机就稳定在当前的状态，也就是100%的N1.即时达到了目标基准值，这种反馈比较仍然是一直持续的！！假如现在来一阵风，导致N1到了102%，这是反馈量会比基准值高，综合输入信号为负值，则控制系统会减少点供油，使N1回到100%。

假如风停了，因为供油少，涡轮做功不够，N1会下降一点，比如到98%，这是因为负反馈的作用，又会使控制系统多供油，使得N1回到100%，所以负反馈是一种动态稳定过程。

这个是控制系统最基础的知识，其实负反馈在我们人体上也都能体现，比如大家有没有想过为什么我们的提问能稳定在37.2度，其实也是个负反馈而已，为什么帕金森病人运动机能有问题，因为负反馈系统出了问题呀！已经够详细了吧，大家一定要整明白了，就像昨天晚班调节那个襟翼控制也是这个道理，小姚应该是明白，大家再不明白可以去问他！如果这段话没看明白，下面的就不要看了。

当然发动机控制没那么简单，因为输入的参数有很多，为了分析的简便，结合实际发动机工作环境和状态，我们经常是假定其他自变量恒定，对某个单变量和输出进行开环定性分析。

2）参数漂移：前面控制讲到了负反馈系统需要将输出信号的值传递会输入端，这些肯定要用到传感器之类的东西，假如这个传感器性能偏离了设计的范围，会导致控制信号或者反馈传递的信号不准确，就会导致我们的输出偏离我们的目标值，这也就是所谓的参数漂移现象。

我们经常会说到热漂移和冷漂移现象，严格的讲，冷热漂移指的是温度传感器（主要指T2和CIT)感受的温度与真实的温度偏小（偏冷）和偏大（偏热），这个会导致发动稳定的输出的转速（对应的推力）偏低和偏高。

注意他们的漂移导致的现象不完全一致，利用这点可以利于我们做一些快速的隔离！在此我们先拿T2传感器做一个详细的说明。

大家知道发动机主要的目的是提供推力的，在相同的环境下，N1和推力是一一对应的函数关系，在一定的发动机可变几何装置条件下（VSV、VBV、反推系统），N1和N2是对应的，所以控制了N2也就控制了推力。

当然控制N2来控制推力的精确度不是很高，所以-3C的发动机安装了PMC，可以超调MEC，达到精确控制N1的目的。

T2传感器的作用是和Ps12共同修正油门杆角度（PLA），计算出当前环境下目标N2转速。

换句话说说，就是让发动机在各种环境下都能提供对应PLA所需要的推力。

若T2传感器感应线圈变形、滤网堵塞使P7压力增加,T2的传感器原理就是感收P7与Pb（基准压力）之差来感受温度，Pb基准压力是恒定的，当P7增加的话，P7与Pb的压差增大，感受的温度比实际温度高，即热漂移,这是发动机认为进口空气温度高，空气温度高密度会变低，进气的总量偏低，这是要达到一定的推力，必须提高N2目标值，这时MEC会多供油，以提高N2到目标值，所以在给定油门角度下,假如PMC在不工作时，受影响的发N1和N2都会偏大,如果自动油门接通的话，为了保证两边的转速一致，自动油门会操作受影响侧的发动机手柄往后作动，油门杆后置;当PMC工作时,因为N1控制的权限比N2高，N1的目标值是根据PLA电压信号、Ps12，T12信号决定的，和T2没关系，假如前面因为T2热漂导致N1比目标N1大的话，PMC 工作后会超调MEC，去调低N2，使得N1与目标N1（正确的N1）一致。

N2也应该回到正常的值。

自动油门接通的话，油门杆也该回到正常的位置。

当然PMC调节权限是有范围的，大概是5%左右的权限，具体大家可以去查手册，如果超出这个超调范围，转速参数和油门杆仍然会有漂移，但是状况会比PMC没工作时会好，冷漂移和热漂移基本是对应的，也不赘述了。

下面再讲一下CIT传感器对参数漂移的影响。

CIT是测量的是高压压气机进口温度，用来控制VSV和VBV的工况，所以它的漂移和T2是不一样的。

T2漂移稳态下N1和N2匹配不会有什么问题，启动和加速都不会出现问题，CIT漂移发动机的几何装置会发生改变，稳态下N1和N2匹配会出现问题，启动和加速会有问题。

这是他们的区别所在！CIT热漂移，CIT测量的温度比实际要高，MEC认为的是进入高压压气机的温度高，大家知道高温的气体势能大，压缩难度大，如果把这些气体全部引入高压压气机，有可能导致叶片的失速，严重发生喘震。

所以MEC 会把VSV关小，减少高压压气机的进气量，把VBV开大，把多余的气体排出核心机部分。

最直接表现就是启动慢、加速慢，因为进入高压级的空气少了，进入燃烧室的空气自然也少了，CDP变小，发动机燃油限值系统工作，最大参与燃烧的燃油减少，以防止富油熄火，因为燃烧的油少了，发动机的加速和启动自然就慢下来了。

另外一个方面，因为VSV偏关，VBV偏开，这是N2/N1的比值会比正常变大。

也就是相同N2，N1要小，相同N1，N2要大。

因为进入高压级的气体少了，高压转子的负载要轻，低压转子负载不变（做了一些无用功），下面再分析对转速的影响，1）PMC不工作时，因为前面说过了这是MEC是通过N2来控制推力的，CIT 变化N2目标值不会变，所以N2会维持恒定，前面说过了N2相同，N1会变小。

这个时候对实际推力有影响，如果自动油门接通时，为了维持N1一致，会前推油门杆。

2）PMC工作后，因为N1目标值也不受CIT的影响，因为PMC工作前是维持N2在N2的目标值，N1比N1正常的值要低，所以PMC会超调MEC去多供油以提高N1转速到目标N1（正常值），N2会比正常大。

自动油门接通时，油门杆左右是没有球差的，如果影响超出了PMC超调范围，则N1可能达不到目标N1，自动油门接通，油门杆前置，以维持左右发推力的平衡。

MEC：MEC依据PLA、Ps12、T2来确定N2转速的调定，当其中之一有问题，将影响MEC 对N2的调定，从而影响N1的调定。

PLA：当PLA有问题时，将使MEC在油门杆的整个工作范围内都不能正确地给出N2转速的调定，也就是说在飞行中始终会出现调节偏差。

Ps12sensor：MEC根据Ps12来修正由PLA设定的基本N2转速，即静压增大，基本N2转速减小；反之亦然。

Ps12sensor的故障大多数是由于传感器到MEC的导管出现渗漏，这时MEC就感受一个增大的Ps12信号（正常情况下，Ps12sensor感受风扇进口处的静压，在发动机工作时，由于有气流从Ps12sensor处流过，静压值总是小于导管周围的大气压力，若Ps12sensor导管渗漏，则送到MEC的Ps12值相当于导管周围的大气压力），使MEC在油门杆位置不动的情况下，下调N2转速，相应的N1转速也下降。

另外Ps12sensor还向PMC 提供信号，从而也影响PMC的正常工作。

VSV&VBV校装不当：如MEC接受VSV、VBV反馈信号与VSV、VBV实际位置不符时，那么MEC的调节就会偏离正确程序，造成VSV、VBV过开或过关。

当VSV偏关VBV偏开时，故障现象与CITsensor热漂移情况相似。

当VSV过开VBV过关时，相当于CITsensor部分冷漂移。

MEC功率调整不当：发动机部分功率调整在MEC上进行。

当部分功率转速N2高于目标值高限时，在给定油门杆位置发动机转速偏大，造成空中油门杆不一致，该发油门杆滞后；当部分功率转速N2调整值小于目标值低限时，同样油门杆不一致，该发油门杆前置（功率调整对发动机启动和慢车无影响）。