CFM567发动机油门杆系统及其常见故障分析最终版解析.docx

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CFM567发动机油门杆系统及其常见故障分析最终版解析

航空工程学院

航空发动机综合课程设计

题目

油门杆角度位置信号超出范围

ThrustleverAnglePositionSignal

IsOutOfRange

作者姓名

杨顺

专业名称

飞行器动力工程

指导教师

李平

提交日期

答辩日期

第1章前言

1.1CFM56-7发动机简介

CFM国际公司是由美国通用电气公司和法国SNECMA持股各半于1974年联合组成的合资公司，专门负责CFM56涡扇发动机的合作研制、生产和销售，总部设在巴黎。

通用电气公司负责总体设计、核心机和主控制系统，SNECMA负责低压系统、齿轮箱、附件综合和发动机安装，该公司被认为是国际合作的成功例子之一。

全球投入使用的CFM56系列发动机数量目前已经超过15000台。

结合了这两大公司的资源与工程、维修经验，在短短二十几年的时间里，靠着CFM56系列涡扇发动机，而跃居世界著名的发动机供应商之一。

CFM56发动机是由美国通用电气公司（GE）和法国国营航空发动机研究制造公司（SNECMA）共同组成的CFM国际公司（CFMI），在F101核心机技术的基础上，为适应20世纪80年代后国际军、民用飞机市场的需要而研制的100kN级高涵道比涡扇发动机。

CFM56-7系列是用于波音737NG（737-600/700/800/900）和波音公务机（BBJ）的型号，起飞推力介于19,500至27,300磅（86.7至121千牛）之间。

相比其前驱型号CFM56-3系列，-7系列有更高的推力范围，较高效率和较低维护成本。

CFM56—7B发动机是CFM国际发动机公司上世纪90年代后期成功开发并投入使用的发动机，该发动机以其良好的经济性和可靠性成为新一代波音737飞机的唯一可选装动力装置。

在控制方式上该发动机采用当前较为先进的全权限数字电子控制技术，它具有控制精度高、故障包容能力强等特点，同时还具备较强的故障探溅能力．这为保证发动机安全稳定地工作提供了条件，使其真正成为“智能发动机”。

该发动机在结构设计上同早期的CFM56发动机相比采用了很多新技术：

风扇叶片采用后掠宽弦设计；压气机及涡轮转、静子叶片采用三维气动设计；同时，为了降低污染物的排放量为发动机提供了双环燃烧室选择等。

其基本机械构造和-3系列相同，但是空气动力特性得到提高，推力增加了11%，其噪声远远低于三级噪声标准，而且它还具有油耗低和维护费用低的特点。

该发动机从服役至今,其各项性能都表现良好，得到用户的一致好评。

1.2油门杆系统的重要性

航空发动机的油门杆系统主要有一下功用：

控制飞机的飞行速度：

油门杆控制组件通过感受推力杆推力信号，推力杆解算器解算推力，推力杆解算器向EEC提供推力指令信号，通过调节杆机械连接到EEC。

EEC再把信号给EIS,在发动机运转后可以通过CDU来观察油门杆的角度值。

反推力装置减速：

收油门着陆后立即打开反推力装置并加大油门。

由油门杆系统的功用和特点来看，油门杆系统对发动机和飞行安全有重大影响，研究发动机油门杆系统及常见故障，对保证发动机正常工作有非常重要的意义。

1.3课题研究的目的和意义

由于空中客车A320的竞争，波音在1997年开始生产第三代737——737NG系列（NextGeneration，意为“新一代737”，是相对于第二代737所言）。

737NG包括737-600/700/800/900。

是第二代737（737-300/400/500）的改进型，很多系统都有所变化，更先进、更易于维护、故障率更低、更经济。

B737NG在中国航空公司拥有的数量越来越多。

与旧型号相比除了飞机系统和电子电气方面的改进之外，发动机由原来的CFM56-3替换为CFM56-7。

尤其是在发动机的推力控制方面由发动机推力控制的第二代（监控型）改进为第三代（FADEC）全权限控制，使整个发动机的控制较过去相比更加精确，同时在CDU（控制显示装置）中加装了发动机部分，使飞行人员查询和使用。

所以,波音737NG在我国民航界起着重要作用，CFM56-7作为发动机，我们有必要重复了解这款发动机，以更好的保障飞机飞行安全。

第2章CFM56-7发动机油门杆系统

2.1CFM56-7油门杆系统结构和功用

CFM56—7发动机的油门杆系统包括：

推力杆，反推杆，自动推力关断按钮，连接杆，机械齿轮装置，以及油门控制组件，油门控制组件包含控制杆，电位计，角度解算器（RVDT旋转变压器），连接器等组成。

角度解算器原理：

由于旋转变压器在结构上保证了其定子和转子（旋转一周）之间空气间隙内磁通分布符合正弦规律，因此，当激磁电压加到定子绕组时，通过电磁耦合，转子绕组便产生感应电势。

图2-1角度解算器电路图

电位计也称接触式绝对型角传感器，原理和旋转变压器相似。

当励磁绕组和感应绕组之间发生相对位移时，由于电磁耦合变化，感应绕组中感应电压随位移变化而变化。

电位计内部结构如图（2-2a）（2-2b）所示：

以下是油门杆控制系统图和油门杆系统的结构框图和功能框图（如图2-2，2-3，2-4）：

2-3油门杆控制系统图

图2-4油门杆系统结构框图

图2-5油门杆系统功能框图

2.2CFM56-7油门杆系统与EEC

2.2.1CFM56—7发动机的油门杆控制组件

油门控制组件包含控制杆，电位计（接触式绝对型角传感器），角度解算器（RVDT旋转变压器），连接器等组成。

如图2-6所示。

2-6油门控制组件

2.2.2CFM56—7发动机油门杆，反推杆，自动推力关断按钮，机械齿轮装置

推力杆通过推力杆解算器向EEC提供推力指令信号，通过调节杆机械连接到EEC。

反推杆主要控制反推。

自动推力关断按钮：

主要中断飞机自动驾驶，在降落的时候常用。

机械齿轮装置主要传递力。

2.2.3CFM56—7发动机EEC

EEC也叫发动机电子控制器，功能是确保精确地推力控制，同时不超过发动机安全限制，方便飞机接口和故障诊断，参数显示和事件记录等功能。

如图2-7，2-8所示。

图2-7EEC

图2-8EEC的功能框图

第3章CFM56-7发动机油门杆系统常见故障

尽管CFM56—7B发动机是一种非常先进的发动机，但发动机在使用过程中油门杆系统还是不可避免的出现了这些问题：

油门杆角度信号超出范围，油门杆位置指示丢失，油门杆错位等。

3.1油门杆角度信号超出范围

油门杆角度信号超出范围会导致严重的后果，对飞行员的判断带来障碍。

3.2油门杆位置指示丢失

油门杆位置指示丢失故障状况类似于油门杆角度信号超出范围。

主要出在EEC故障，油门控制组件故障以及EEC到控制组件连接导线故障。

3.3油门杆错位

表象就是驾驶舱的双发油门杆位置不一致。

由于一般发生在飞机巡航状态，且飞机自动油门工作，因此从排故的角度而言，涉及到发动机操控和调校以及自动油门系统的工作，部件众多，系统复杂，非常容易导致排故周期延长，对航班正常运行造成极大影响。

第4章CFM56-7发动机油门杆角度信号超出范围

当EEC检测出推力杆角度信号传感器角度小于3度或大于87度

正弦或余弦信号小于-3.84vrms或大于3.84vrms。

正弦或余弦电压平方和小于7.75或大于17。

EEC输入电路内部故障。

解算器（RVDT旋转变压器）励磁电路短路。

这5种情况出现就说明发动机油门杆角度信号超出范围这一故障信息。

4.1故障原因分析

CFM56-7发动机油门杆角度信号超出范围的主要原因是油门杆角度解算器调整的不当，在角度解算器和EEC之间线路和连接器出现故障，油门杆角度解算器,M1819（Eng1）或者M1822（Eng2）出现故障（坏了），EEC故障，M1818故障，以及和推力杆相连的传动杆折断变形。

4.1.1油门杆角度解算器调整的不当

油门杆角度解算器调整不当主要是人为造成的，调整不当会导致解算器给EEC一个不准确的信号，从而导致显示的油门杆角度超范围。

4.1.2在角度解算器和EEC之间线路和连接器出现故障

角度解算器和EEC之间的线路和连接器的故障主要分为：

（1）EEC连接器上的线束MW0303,MW0304损坏

（2）支柱连接器上的线束MW0303,MW0304损坏（3）支柱插头损坏（4）支柱插头引脚电阻超出范围。

图4-1DP0303所相关连接线路

图4-2DP0303所相关连接线路图

4.1.3油门杆角度解算器,M1819（Eng1）或者M1822（Eng2）出现故障（坏了）

油门杆角度解算器有以下可能的故障：

解算器故障；解算器传动动装置故障；解算器安全装置故障；解算器（RVDT旋转变压器）励磁电路短路或断路。

4.1.4EEC故障，M1818故障

EEC引脚电阻超出范围；EEC插头损坏；EEC处理器，供电器，程序存储器故障。

4.1.5与推力杆相连的传动杆折断变形

如果传动杆折断或变形会使油门杆角度不能准确传到EEC。

具体分析：

（1）EEC端和支柱端的线束损坏有二方面的原因：

（1）自然损坏

（2）人为故障。

自然损坏是指线束超过使用期，绝缘层老化破裂，引起电线之间断路短路，烧坏电线。

人为故障是指工人检修时，压伤线束。

（2）插头的损坏及引脚电阻增大主要是压接线松动，插头铜片表面氧化，变脏。

原理分析：

油门杆角度信号传到EEC后，EEC利用飞机马赫数，静压，引气模式等算出一个N1参考转速，再根据N1参考转速，油门杆解算角度，以及N1实际值算出指令值N1，再把这个指令值输出到HMU。

HMU根据这个指令值完成内部燃油计量活门的调节。

4.2故障树

故障树如图4-3所示。

图4-3故障树（推力杆角度位置信号超出范围）

4.3排故步骤

4.3.1故障隔离程序

1.EEC自检（70-00TASK801）

（1）如果以下任一个情况维修信息里显示了数据，用故障隔离程序。

注意：

油门杆角度解算器或者油压传感器（LVDT）励磁电路的短路会产生这些信息。

更多信息，参见说明。

1）故障出现在一号发动机信道A

2）故障出现在二号发动机信道A

3）故障出现在一号发动机信道B

4）故障出现在二号发动机信道B

2.EEC测试（AMMTASK73-21-00-700-804-F）

（1）如果在单信道中只显示一个维修信息，相应的信道做故障隔离。

（2）如果在双信道中只显示一个维修信息，对两个信道做故障隔离。

（3）如果维修信息没有显示在飞机管理计算机系统CDU上，这个时候初步的测评显示故障是不活跃的，表明你有一个不间断地故障。

1）如果你没有能够发现这个故障，就不能够隔离故障；

2）对于这些故障，如果你试图要纠正这些故障那么你必须要用你的判断，航线的政策和列出可能的原因；

3）要纠正这个故障你需要做以下这些步骤：

A.在相应的故障隔离程序下目视检查一些电子的连接器。

B.参考导线手册SDM去辨别电器连接之间的线束和目视检查。

注意：

在机翼/机体压力密封处的一个松动的连接器都会造成这个问题。

C.监视飞机在随后的飞行。

3.准备程序

（1）对于一号发动机，打开这些断路器，安装安全标签：

CAPT电子系统面板，P18-2。

（2）对于二号发动机，打开这些断路器，安装安全标签：

F/O电子系统面板，P6-2。

（3）打开风扇整理罩。

（AMMTASK71-11-02-010-801-F00）

4.检查EEC和相应连接器上的线束MW0303（J3，信道A）或者MW0304（J4，信道B）

（1）看连接器DP0303（J3，信道A）或者DP0404（J4，信道B）是否正确连接到EEC上，继续下一步（如图4-4,图4-5所示）

图4-4J3所在位置图

图4-5J4所在位置图

（2）从EEC上脱开连接器。

（3）目视检查EEC插座和连接器的线束。

（AMMTASK70-70-01-200-801-F00）

1）如果EEC插座损坏，更换EEC，M1818。

EEC拆除（AMMTASK73-21-60-000-801-F00）

EEC安装（AMMTASK73-21-60-400-801-F00）

A.工作结束做确认修理；

B.如果确认修理不满意打开断路器继续；

2）如果连接器上的线束被损坏了，更换相应的线束MW0303（J3，信道A）或者MW0304（J4，信道B）。

做以下的工作：

机舱线束的拆除（AMMTASK71-51-03-000-801-F00）

机舱线束的安装（AMMTASK71-51-03-400-801-F00）

A.工作结束做确认修理；

B.如果确认修理不满意打开断路器继续；

3）如果连接器没有正确连接并且没有发现其他的问题，重新连接它并且工作结束确认修理。

A.如果确认修理不满意打开断路器继续；

4）如果没有发现任何的问题，继续以下步骤。

5.对穿过油门杆角度解算器，M1819（一号发动机）或者M1822（二号发动机）的连接器DP0303（J3,信道A）或者DP0404（J4,信道B）上引脚上的电阻进行测试

（1）如果电阻值没有超过范围，那么调整油门杆角度解算器。

（AMMTASK76-11-05-820-801-F00）

1）工作结束做确认修理；

A.如果确认修理不满意打开断路器继续；

（2）如果阻值在规定范围内，但是故障由初始测评中发现，做以下的步骤：

注意：

因为不同的系统的一个励磁电路的故障会导致这个情况，所以更换EEC是没有必要去克服这个故障的。

更换EEC，M1818

EEC拆除（AMMTASK73-21-60-000-801-F00）

EEC安装（AMMTASK73-21-60-400-801-F00）

A.工作结束做确认修理；

B.如果确认修理不满意打开断路器继续；

（3）对相应信道的油门杆角度解算器（RVDT旋转变压器）和油压传感器（LVDT）故障隔离。

1）对于信道A（75-34TASK813）

2）对于信道B（75-34TASK814）

3）工作结束做确认处理；

6.检查支柱上相应连接器的导线线束MW0303（J3，信道A）或MW0304（J4，信道B）

（1）看连接器是否连到支柱并继续；

（2）从支柱上断开连接器；

（3）目视检查连接器的线束和支柱的插头。

（AMMTASK70-70-01-200-801-F00）

1）如果支柱的插头损坏了，修或更换插头。

（AMMTASK70-70-01-200-801-F00）。

A.工作结束做确认修理；

B.如果确认修理不满意打开断路器继续；

2）如果连接器的线束损坏，更换线束MW0303（J3，信道A）或MW0304（J4，信道B）。

做以下的工作：

机舱线束的拆除（AMMTASK71-51-03-000-801-F00）

机舱线束的安装（AMMTASK71-51-03-400-801-F00）

A.工作结束做确认修理；

B.如果确认修理不满意打开断路器继续；

3）如果连接器没有正确连接并且没有发现其他的问题，重新连接它并且工作结束确认修理；

A.如果确认修理不满意打开断路器继续；

（4）如果没有发现一个问题，继续以下步骤；

7.做一些步骤检查油门杆角度解算器和连接器之间的线束

（1）检查支柱插座引脚上的电阻；一号发动机D30224（ChA）,，D30260（ChB）或者二号发动机D30424（ChA）,，D30460（ChB）。

1）如果电阻值没有超过范围，那么更换线束MW0303（J3，信道A）或MW0304（J4，信道B）。

做以下的工作：

机舱线束的拆除（AMMTASK71-51-03-000-801-F00）

机舱线束的安装（AMMTASK71-51-03-400-801-F00）

2）如果阻值不在规定范围内，检查和修复油门杆角度解算器和连接器之间的线束。

注意：

在机翼/机体压力密封处（Eng1；D39917，D39919,，D39921,，andD39923orEng2;；D39918,，D39920,，D39922，andD39924）的一个松动的连接器都会造成这个问题。

A.工作结束做确认修理.；

4.3.2修复确认

1.准备程序

（1）确保连接器DP0303（ChA）和DP0404（ChB）正确连接到EEC上。

（2）对于一号发动机，拆下安全标签并关闭断路器。

CAPT电子系统面板，P18-2。

（3）对于二号发动机，拆下安全标签并关闭断路器。

F/O电子系统面板，P6-2。

2.做这项工作：

EEC测试（AMMTASK73-21-00-700-804-F00）

（1）如果维修信息没有显示要纠正这个故障。

3.关闭风扇整流罩（AMMTASK71-11-02-410-801-F00）

4.起动发动机；

（1）保持慢车状态15分钟；

5.关闭发动机；

6.如果故障解决，确保没有超出范围；

7.发动机停止后，确保通过角度位置信号正常范围；

8.在随后的飞行中继续监控角度信号。

下面是油门杆角度信号超出范围排故流程图：

图4-6油门杆角度信号超出范围排故流程

图4-7油门杆角度信号超出范围排故流程（续）

第5章总结

本文比较全面的介绍了CFM56-7发动机的油门杆系统的结构和功能，并介绍了油门杆控制组件及机械装置分系统的结构和功能。

接着根据这些分系统的结构和功能，列出了CFM56-7发动机油门杆系统的常见故障：

油门杆角度信号超出范围。

并分析了这常见故障的危害和原因，画出了故障的故障树，最后给出故障的排故程序。

课程设计论文的完成过程给了我难忘的回忆。

我从资料的收集中，掌握了很多关于油门杆系统各个方面的知识，让我对我所学过的知识有所巩固和提高，并且让我对CFM56-7发动机油门杆系统常见故障和排故程序有所了解。

整个论文完成的过程就是增知识、长见识的过程，使我对今后从事这方面的维护工作有了初步的认识和了解。

参考文献

[1]AMM手册.

[2]FIM手册.

[3]SSM手册.

[4]唐庆如，敖良忠.AREO-ENGINE LINE MAINTENANCE.中国民用航空飞行学院.009.

[5]宋静波，飞机构造基础[M],航空工业出版社.

[6]赵连春，发动机控制讲义[M],中国民航飞行学院，2006.6.

附录：

工卡

机号

修正日期

标题

推力杆角度位置信号超出范围

卡号

B-737NG

2014-12-11

Z73-CA-101-1

工序

工作单内容

工作者

检查者

73-23TASK801

油门杆角度位置信号超出范围

1.故障可能的原因

相应油门杆角度传感器调整

角度传感器和EEC之间连接器和线路

油门杆角度传感器

发动机电子控制器

2.工卡信息的建立

A.参照信息

73-00TASK801EEC自检

75-34TASK813发动机信道A角度传感器（RVDT旋转变压器）回路故障

75-34TASK814发动机信道B角度传感器（RVDT旋转变压器）回路故障

AMMTASK73-21-00-700-804-F00EEC测试

3.故障确认

A.EEC自检（参考：

FIM73-00TASK801）

（1）做一下的步骤得到对发动机有用的最近的错误或错误信息：

【a.如果你不在发动机自检显示仪前，做以下步骤：

机号

修正日期

标题

推力杆角度位置信号超出范围

卡号

B-737NG

2014-12-11

Z73-CA-101-1

工序

工作单内容

工作者

检查者

注意：

飞管系统CDU不提供一个提前输出的功能，在你回应之前你必须有个提示。

1）按INTREF功能键。

2）如果PERFINT界面出现，接着按LSK转换到INDEX提示界面。

注意：

这样INT/REFINDEX显示。

3）按LSK转换到MAINT界面。

b.选择MAINTBITEINDEX,按LSK跳转到发动机提示。

c.按LSK跳转到相应的发动机X（X=1或者2）提示上。

d.按LSK跳转到最近错误或者历史错误提示上。

1）如果信道A或者信道B错误信息在屏幕上继续显示，做这个排故程序：

信道A（B）EEC数据不可靠（73-05TASK803）

2）记录屏幕上的数据：

-偏差

-维修信息代码

3）按NEXTPAGE键看相关的维修信息。

-继续按NEXTPAGE键直到系统里的维修信息被记录

-在发动机自检中如果发动机控制灯亮了并且没有控制灯的维修信息，接着做EEC测试。

机号

修正日期

标题

推力杆角度位置信号超出范围

卡号

B-737NG

2014-12-11

Z73-CA-101-1

工序

工作单内容

工作者

检查者

-寻找一个或多个维修信息。

73-10201,73-10202,73-20201,73-20202,73-30201,73-30202,73-10211,73-10212,73-20211,73-20212,73-30211,73-30212,73-10221,73-10222,73-20221,73-20222,73-30221或者73-30222.

-对你所发现的问题做正确的操作。

-按PREVPAGE键回到最初的界面。

-根据故障表对相应的维修信息做排故。

e.EEC两个通道任意个错误数据不可靠，屏幕会显示以下信息：

1）比如：

-FORCHBONLY,CHAEECDATANOTAVAILABLE,CANNOTACCESSCHA

-FORCHAONLY,CHBEECDATANOTAVAILABLE,CANNOTACCESSCHB

f.结束EEC自检，按INTREF键返回PERFINT界面。

】

（2）如果以下维修信息里显示了以下任意代码，用故障隔离程序。

机号

修正日期

标题

推力杆角度位置信号超出范围

卡号

B-737NG

2014-12-11

Z73-CA-101-1

工序

工作单内容

工作者

检查者

注意：

油门杆角度解算器或油压传感器（LVDT）励磁电路的短路会产生这些信息。

a.79-11091and73-11451（Engine1,ChA）

一号发动机角度传感器（RVDT旋转变压器）（信道A）回路故障（75-34TASK813）

b.79-11092and73-11452（Engine2,ChA）

二号发动机角度传感器（RVDT旋转变压器）（信道A）回路故障（75-34TASK813）

c.79-21091and73-21451（Engine1,ChB）

一号发动机角度传感器（RVDT旋转变压器）（信道B）回路故障（75-34TA