航空发动机综合课程设计

航空工程学院

航空发动机综合课程设计

题目Loss of the Thrust Reverser Indication on Engine 1 or 2 1号或2号发动机反推显示丢失

作者姓名

专业名称2010级热能与动力工程指导教师魏武国

提交日期答辩日期

目录

第1章 CFM56-5B发动机介绍 (4)

1.1 概述 (4)

1.2 发动机特点 (5)

第2章反推系统 (6)

2.1 概述 (6)

2.2 反推控制系统 (7)

2.3 反推显示系统 (8)

2.4 反推装置 (9)

2.4.1 阻流门锁扣 (11)

2.4.2 阻流门液压作动筒 (12)

2.4.3阻流门位置开关 (13)

2.4.4 液压控制组件（HCU） (16)

第3章反推系统分析 (18)

3.1 反推系统结构框图 (18)

3.2 反推系统功能框图 (19)

第4章故障分析 (20)

4.1 故障描述 (20)

4.2 可能原因 (20)

4.2.1 DMC-1故障 (21)

4.2.2 阻流门锁扣故障 (21)

4.2.3 阻流门作动筒故障 (21)

4.2.4 阻流门位置开关故障 (21)

4.2.5 反推器HCU故障 (21)

4.3 故障树 (23)

4.4 排故流程图 (24)

参考文献 (25)

缩写

英文缩写英文及中文含义

ECU Engine Control Unit 发动机控制组件

CPU Control Processing Unit 控制处理组件

DAC Double Annular Combustor 双环腔燃烧室

EIU Electronic Interface Unit 电子接口组件

ECU Electronic Control Unit 电子控制组件

HCU Hydraulic Control Unit 液压控制组件

SEC Spoiler Elevator Computer 扰流板升降舵计算机

SOV Shut Off Valve 关断活门

ECAM Electronic Centralized Aircraft Monitoring飞机电子中央监控TLA Throttle Lever Angle 油门杆角度

DMC Display Management Computer 显示管理计算机

第1章 CFM56-5B发动机介绍

1.1 概述

CFM56-5B发动机是CFM公司生产的一款双转子，可调静子叶片，高涵道比涡轮风扇发动机。

风扇和4级低压压气机由4级低压涡轮驱动，9级高压压气机由1级高压涡轮驱动(参照图1-1)。环形燃烧室将燃油和压缩空气的混合物燃烧转化成为能量驱动涡轮。附件驱动系统从高压转子获得能量来驱动发动机附件。飞机着陆时使用的反推是使用风扇气流的冷气流反推。

图1-1 CFM56-5B发动机结构图

1.2 发动机特点

CFM56-5B发动机主要有以下特点：

1、在CFM56系列发动机中拥有最大的风扇增压比。

2、改进了发动机控制组件（ECU）和控制处理组件（CPU）。

3、首次在商业应用中使用双环腔燃烧室（DAC）。

为了适应空中客车A321的需求，CFM56-5B系列在-5A系列上进行了改进，推力能够达到22,000至33,000磅（98至147千牛）之间。这一型号同时也能使用于其他A320家族成员（A318/A319/A320）并能取代CFM56-5A。其最显著的改进是一个能减少氮氧化物等污染物排放的双环腔燃烧室，新的风扇，更长的风扇外壳和新增的第四级低压压气机。CFM56-5B发动机在20世纪九十年代中期首次使用了双环腔燃烧室（DAC）技术。这项技术减少氮氧化物排放量高达45%。CFM56-5B系列是在空中客车上使用最广泛的CFM56发动机。CFM56-5B系列发动机不同型号技术数据及对应机型如下表所示：

表1-1 CFM56-5B系列发动机对比表

第2章反推系统

2.1 概述

在飞机着陆滑行时风扇反推组件使用发动机的部分排气能量为飞机提供附加气动阻力，缩短飞机滑行距离同时减轻刹车磨损。风扇反推组件由发动机上的液压泵驱动。反推组件由驾驶舱里相应发动机油门杆上的反推手柄控制。控制通过两条独立的电路实现。第一条电路是EIU－ECU－HCU，第二条是SEC－静态继电器－SOV。反推系统示意图如图2-1所示。

图2-1反推系统示意图

反推系统主要包括以下三个子系统：

1、反推控制系统

2、反推装置

3、反推显示系统

2.2 反推控制系统

反推装置是由驾驶舱里的油门控制杆进行控制的，控制只能当飞机在地面上时操作。控制杆位置如图2-2(a)所示。

( a ) ( b )

图2-2 油门控制杆及反推杆

当反推控制杆被拉动时，油门控制杆可以在反推选择区域内向后运动，如图2-2（b）所示。反推由电子控制组件（ECU）控制。当油门控制杆在反推选择区域内运动时，控制杆通过扰流板升降舵计算机（SEC）和静态继电器控制关断活门（SOV）打开，参见图2-1。

电子控制组件（ECU）整合油门控制杆选择产生的反推命令逻辑，反推位置反馈和地/空构型，计算马赫数，最终向压力活门和换向活门发送一个指令信号。

从ECU到换向活门的信号会反馈给一个抑制继电器，抑制继电器由电子接口组件（EIU）根据油门杆位置进行控制。

ECU的每个通道都可以控制和监视反推装置。反推作动筒的液压压力源由正常液压系统提供，其中1号发动机压力源由液压绿系统提供，2号发动机压力源由液压黄系统提供。在阻流门运动的过渡态ECU控制发动机处于慢车状态。

2.3 反推显示系统

图2-3反推显示在驾驶舱内位置

反推系统和反推工作顺序通过飞机电子中央监控系统（ECAM）的上显示组件进行监控（位置如图2-3），能对警告和“反推”进行显示。压力开关、收上位开关和放下位开关的相关信息都会被送往ECU。

下列故障被检测到时会在ECAM上出现警告信息，并且这些警告在飞机放行中是不允许放行的：

A：反推收上位显示

飞行中在反推收上出现故障的情况下ECAM会显示警告。一个琥珀色的“反推”显示将会出现：它先闪烁9秒钟时间，然后保持静止。当反推收上位通过其他方法能够保持时，这个故障不会影响收上位的工作。

B：反推工作显示

（1）放下顺序

在地面上反推放下过程中一个琥珀色的“反推”显示会在ECAM上，此时N1转速刻度会出现在显示器中央并且至少有一个反推阻流门处于非收上或者是解锁状态（行程大于1%）。当反推阻流门完全放下并且最大反推可以由ECU控

制时这个显示会变成绿色。

（2）收上顺序

在反推收上过程中，当其中一个阻流门行程小于95%时显示会由绿色变成琥珀色，当所有阻流门都收上后显示消失。

图2-4 反推显示

2.4 反推装置

图2-5 反推装置

风扇反推装置位于风扇机匣的下游。一个与发动机风扇后机匣相连的转接环

将发动机与反推器本身相连。反推器有以下两种构型：

1、直接推力构型

在直接推力构型下，整流包皮遮盖阻流门，以最小的推力损失为风扇气流提供流通通道。

2、反推构型

在反推构型下，阻流门打开堵塞风扇气流通道；风扇气流通过反推器从发动机侧面喷出，产生的向前的气流分量提供反推力。

如图2-5所示，反推器由分开的两半通道构成。这两部分通道铰接在发动机挂架上，合抱在风扇机匣的后方外层法兰上，在发动机底部中心线处锁扣在一起。每一半反推都通过三个铰链支撑在发动机挂架上。这些铰链和通过反推器上方的机加工铝梁是一体的。反推器整体上可分为内外两层。

图2-6反推器内外层构造

（1）外层

外层部分形成了风扇气流的外部轮廓。在收上位时阻流门是发动机外部整流罩的一部分。反推外层使用蜂窝状复合材料结构。

（2）内层

反推内层形成了风扇气流的内部轮廓。反推器内层壁板在前端有四个鱼鳞片进气口，允许风扇通道内冷气流进入发动机核心机部件。这些进气孔和低压涡轮冷却系统引气一起向发动机核心部件提供冷却和通气。

2.4.1 阻流门锁扣

图2-7 阻流门锁扣

反推装置上有四个锁扣，每个阻流门上一个。锁扣与反推前部框架上的作动筒相邻，使阻流门保持在收上位。四个锁扣相互串联，由HCU（液压控制组件）提供液压能。每个锁扣包括以下部分：

1、一个由两个弹簧保持在开锁位的锁钩

2、一个同两个弹簧一起作用保持锁钩在锁定位的杆件

3、一个液压作动筒

4、一个液压活门

锁扣作动所需的最小液压压力为45到65巴（640-925PSI）。

A：阻流门开锁顺序（放下时）：

在压力作用下锁扣作动筒推动杆件。在作动筒行程末段，活塞杆给锁扣施加很大的力。杆件此时位置不干扰锁钩的旋转运动。在阻流门作动筒和气动载荷的作用下阻流门离开收上位，此时锁钩由两个杆件保持在开锁位。

B：阻流门上锁顺序（收起时）：

在阻流门放到位后，锁钩液压作动筒活塞杆收回。在弹簧作用下作动筒内液压油流出。

2.4.2 阻流门液压作动筒

图2-8 阻流门作动筒

反推装置上有四个液压作动筒，通过球铰链组件安装在反推装置前框架上。它们组成了一个双向差动组件，由HCU提供液压能。

阻流门作动筒有四个不同功能：

1、放下阻流门

2、收上阻流门

3、保证阻流门在放下位二次锁定

4、保证阻流门在放下的最后能降低转动速度

图2-9 作动筒构造

A：作动筒放下顺序：

作动筒开始时在风扇气流直流位置，是锁定的。在阻流门放下指令下液压压力供应给作动筒活塞杆一侧（图2-9中B腔）。液压软管位于作动筒头部，然后液压压力通过中央软管和一个与B腔连通的中央腔向B腔供压。在阻流门锁扣开锁后作动筒头部腔室（A腔）液压由HCU提供。A腔B腔的压力是相等的但是活塞两边的面积不同，因此作动筒活塞杆可以向外伸出打开阻流门。以206巴的压力（2987PSI）可以推动的负载大约是6840N（15.38磅力）。作动筒行程是260mm(10.24英寸)。

B：作动筒收上顺序：

作动筒开始时在反推气流位置。当收起命令发出后高压压力进入B腔，此时A腔和压力回油油路连通。在限流器内液压推动滑动环移动，因此液压油在收起刚刚开始时可以高速流动。回油压力是15巴（217.5PSI）。得到的收上力为23050N（51.82磅力）。

C：阻流门锁扣失效：

如果阻流门锁扣坏了，作动筒的内部锁会防止阻流门离锁上位打开超过1/2英寸。这个距离足够触动“收上解锁”开关向驾驶舱发出失效指示。ECU逻辑同样会评估这个信号。如果反推放下没有选定，HCU压力开关会被指令打开，向阻流门收上作动筒供压。

2.4.3阻流门位置开关

（a）( b )

图2-10 阻流门位置开关

阻流门位置开关分为阻流门放下位开关（如图2-10a）和阻流门收上位开关（如图2-10b）两种，用来将阻流门的位置信息转化成电信号反馈给ECU。

（1）放下位开关

阻流门的放下位会被两个反推器双位开关测量到：一个负责发动机右侧的两个阻流门，一个负责左侧的两个阻流门。

放下位开关位于发动机反推3点钟和9点钟方向的梁上。一个开关包含两个单体，每一个单体负责一个ECU通道。开关内的连接线由油脂包裹，防止震动导致的磨损。单体是由气密外壳封装的，并且包含一个补偿系统，使它们能在过压（高达2巴压强）情况下使用。

这些开关通过电接线盒和ECU相连。对于每扇门，开关里的单体一个连通ECU的A通道，另一个连通B通道。所有的阻流门都是由电路串联的。当阻流门到达它95%的行程，电路就会闭合。

电特性：

1、开路电压：5到50V直流电。

2、最小开路电阻：0.1兆欧。

3、电流：2到10mA.

4、最大回路电阻：5欧姆。

工作原理：

放下过程中的阻流门带动开关，当阻流门放到95%位置时，放下位开关闭合。两个放下位开关是串联的，只有当两个开关都闭合了，ECU才会接收到“所有阻流门已放下”的信息。（电路图参见图2-11右图）

图2-11 收上位和放下位开关电路图

（2）收上位开关：

反推器的收上位置是由4个单位开关测量的。每个阻流门有一个收上位开关，位于前框架后部靠近阻流门锁扣的位置。

这些开关各包含两个单体，每个单体负责ECU的一条通道。开关内连接线同样由油脂包裹，防止磨损。单体是由气密外壳封装的，并且包含一个补偿系统，使它们能在过压（高达2巴压强）情况下使用。

所有收上位开关都是并联的。在阻流门位于0.9%的平齐位置时，开关内单体就会闭合。电学特性与放下位开关相同。

工作原理：

初始状态下电路1开路，电路2闭合。当收上阻流门到达0.9%的平齐位置

时，电路1闭合，电路2断开。ECU接受到“阻流门已收上”信息。

2.4.4 液压控制组件（HCU）

图2-12 液压控制组件

液压控制组件控制流向反推器锁扣作动筒和阻流门作动筒的液压。控制信号和反馈信号同发动机ECU交换。HCU安装在反推器前框架上（位置见图2-5）。

HCU包括以下部件：

1、压力活门和机械抑制

2、换向活门

3、限流器

4、排气活门

5、压力开关

6、油滤和堵塞显示

7、单向限流器

8、加热层

液压黄系统或液压绿系统给HCU提供液压源。HCU功能有：

1、向所需液压系统供应压力（通过液压活门实现）

2、控制阻流门收上速度（通过限流器实现）

3、向阻流门锁扣提供液压（通过换向活门电磁阀实现）

4、向阻流门作动筒通过液压（通过换向活门实现）

驾驶舱内反推收上或是放下的控制向发动机ECU发送一个控制信号。发动机ECU向反推器HCU压力活门和换向活门各发送一个信号。只有当ECU接收

到发动机功率处于反推位置时才会向HCU发送命令信号。对应电磁活门状态如下图所示：

表2-1电磁活门与反推对应状态表

第3章反推系统分析

3.1 反推系统结构框图

图3-1 反推系统结构框图

飞机上任何一个系统都有若干子系统和更小的组件组成。通过对反推系统的相关资料查询和整理，得出了上图（图3-1）的结构框图。在反推系统框图中可以看出反推系统的三大分系统及其主要构成组件。能够对反推系统的相关故障在结构部分有一个清晰的了解。由于故障现象为反推显示问题，故根据与故障现象联系的密切程度，主要对反推装置本身和反推显示系统进行研究分析，对反推控制系统不做过多说明。

3.2 反推系统功能框图

图3-2 反推系统功能框图

根据反推系统部分的资料分析画出了该系统的功能框图（即上图3-2）。在功能框图中能清晰地看出信号在整个系统各主要组件之间的传递。能帮助对反推系统中的故障进行分析和排故。

根据框图能看出反推命令信号由驾驶舱内的油门杆发出，经过油门杆角度解算器变为电信号，途径电子接口组件（EIU）进入电子控制组件（ECU），转换成对应的控制信号给反推系统液压控制组件（HCU），HCU将电信号转化成液压信号给阻流门作动筒和阻流门锁钩作动筒，在作动筒驱动下阻流门根据命令放下或收上，同时收上或放下到规定位置后触动位置开关产生电信号反馈给ECU，ECU处理信号后传给显示管理计算机（DMC），最终在飞机电子中央监控系统（ECAM）的上显示组件上进行显示，实现驾驶员对阻流门位置及状态的监控。

第4章故障分析

4.1 故障描述

Loss of the Thrust Reverser Indication on Engine 1 or 2。

1号或2号发动机反推显示丢失。

反推显示丢失是指当驾驶员将油门杆推到反推位打开或关闭反推时，“REV”的相关显示没有在ECAM的上显示器上出现。

故障危害：当反推信息无法显示时，驾驶员无法通过显示了解反推打开、关闭的状况。不利于对应执行的操作做出正确判断，在一定程度上会影响飞行安全。当反推显示故障没有排除前，飞机是不允许放行的。

4.2 可能原因

1、1号DMC故障（1WT1）

2、右上方阻流门锁扣故障（3002KM1）

右下方阻流门锁扣故障（3002KM2）

左上方阻流门锁扣故障（3002KM3）

左下方阻流门锁扣故障（3002KM4）

3、上阻流门故障

下阻流门故障

4、右上方阻流门作动筒故障（3001KM1）

右下方阻流门作动筒故障（3001KM2）

左上方阻流门作动筒故障（3001KM3）

左下方阻流门作动筒故障（3001KM4）

5、阻流门位置开关故障

6、反推器HCU故障（4101KS）