请选择 进入手机版 | 继续访问电脑版

机务在线

搜索
查看: 9868|回复: 3

[70-80发动机CFM56-7] CFM56-7B发动机推力控制模式

[复制链接]

655

主题

3223

帖子

6105

积分

随机机械师

Rank: 9Rank: 9Rank: 9

积分
6105

东航中国民航大学在线王实名认证人气写手荣誉顾问解疑达人

发表于 2019-7-24 23:46:35 | 显示全部楼层 |阅读模式

分享即成长。大家好,欢迎关注阮工频道


CFM56-7B发动机有三种推力控制操作模式:正常模式、软备用模式和硬备用模式。正常情况下,当出现ADIRU总压数据不可用故障时,EEC会进入备用模式提供推力控制。

但是它的两种备用模式比较难理解,导致很多人对此不大理解。本文将对照手册资料对它进行一下解读,期望能帮助到大家。

1.jpg


-------------------------------------------


1.
推力控制基本原理
EEC通过油门杆输入信号来控制发动机推力的改变,使用风扇转速(N1)作为推力调定参数。

CFM56-7B是高涵道比的涡扇发动机,起飞时大约80%的推力都来自于风扇出口气流。在静态起飞推力下,内外涵道流量比在1:5.1 ~ 1:5.5 之间。巡航阶段,内外推力基本各占50%。

2.jpg

EEC根据环境条件和发动机引气情况,根据相应的发动机额定推力值(由识别塞提供),计算出五个参考风扇转速(对应于慢车、最大爬升、最大连续、最大起飞/复飞和最大反推力)。

3.jpg


① 油门杆

通过可调机械连杆,油门杆组件连接至解算器。解算器将油门杆机械运动转换为表示角度位置的电信号。电信号通过导线直接传输到EEC,用于推力计算。

油门杆可以由机组人工推动或自动油门系统自动推动。有了油门杆位置解算角度后,EEC再利用其他参数,可计算得出此油门杆位置的N1指令值。

4.jpg


② 环境大气参数

功率管理使用这些大气状态参数:
  • 静压(PS/P0)
  • 总压(PT)
  • 总温(TAT/T12)


每个EEC通道都有可供选择的独立数据源。这些来源如下:

■ 静压P0的来源:ADIRU(大气数据惯导组件)和EEC上的P0传感器

EEC可以从四个地方得到P0压力,两个来自1号和2号ADIRU,两个来自EEC的P0传感器。EEC上P0压力传感器内有两个传感器,一个为A通道提供信号,另一人为B通道提供信号。如果四个P0信号都良好,EEC使用1号ADIRU的P0。这样两台发动机使用的是同样的P0值。如果两个ADIRU的P0都没有,EEC使用自己的P0压力传感器信号完成发动机控制。

5.jpg

■ TAT的来源:ADIRU和发动机的T12传感器

EEC从两个ADIRU和发动机的T12传感器得到TAT温度。

T12传感器内有两个感温元件,一个为A通道提供信号,另一人为B通道提供信号。ADIRU的TAT(总温)探头有防冰加热。在地面,为防止无足够空气冷却ADIRU的TAT探头而造成错误信号,只要有一个T12可用,EEC只使用T12提供的总温。在飞机起飞5分钟后,EEC使用ADIRU的TAT总温信号。

■ 总压PT的来源: 只由ADIRU提供

6.png


② 引气和引气构型

发动机引气用于发动机进气道和机翼除防冰,并向飞机空调系统提供高压空气。每台发动机都给自身的进气道热防冰(CTAI)提供引气。

  • EEC根据发动机位置和CTAI开关位置确定进气道防冰(CTAI)引气构型。
  • EEC根据发动机位置、另一台发动机运转状态、WTAI开关位置、左右引气电门位置和隔离活门位置确定机翼热防冰(WTAI)引气构型。
  • EEC根据发动机位置、对侧发动机状态、左右空调组件状态、左右引气电门位置和隔离活门位置确定空调引气构型。


在起飞过程中,空速大于65节后,EEC锁定当前引气构型输入。

当高度大于起飞高度400英尺后,如果满足下列条件之一,EEC解锁引气构型:
  • 空速超过300节
  • 高度大于起飞高度4500英尺
  • TRA减少超过3°


FMC也是从CDS/DEU接收引气构型,但是从不同的线路。如果两个系统中的一个发生故障,可能会出现不同的推力计算,导致手动和自动油门模式之间的推力不同。

7.jpg


③ 发动机额定功率(识别塞)

对应6种不同的发动机型号,EEC包含相应的额定值数据。其中一些型号具有推力BUMP选项。实际上,额定推力数据由发动机ID识别塞上的保险通断来选择。

6种型号发动机,提供的海平面静推力额定值分别为19500磅、20600磅、22700磅、24200磅、26300磅和27300磅。

8.jpg


-------------------------------------------


2.
计算调定推力

根据牛顿第三定律,作用力与反作用力的关系,以及牛顿第二定律F=Ma,不难理解,发动机产生的推力取决于进入发动机的空气质量和在发动机循环期间发动机给予它的加速度。

EEC通过油门杆输入来控制风扇转速,等效于控制发动机推力。油门杆位置由机组人员手动或自动油门系统自动改变。

① 固定额定值N1

对于所有型号的CFM56-7B发动机和737NG机型,最大反推推力、慢车反推推力、慢车推力、最大爬升推力、最大起飞推力/最大连续推力和最大认证推力都是同样的油门杆角度。

注:thrust lever resolver angles (TRA),thrust lever angles (TLAs),reverse lever angles (RLA)

  • Maximum reverse thrust (8 TRA, 104 RLA)
  • Idle reverse (24 TRA, 62 RLA)
  • Idle (36 to 38 TRA, 0 to 2.4 TLA)
  • Maximum climb (72 TRA, 44 TLA)
  • Maximum take-Off/go-around (78 TRA, 52 TLA)
  • Maximum certified thrust (82.5 TRA, 58 TLA)


EEC首先计算确定这几个固定角度的可用N1速度额定值。其他油门杆位置的实际指令N1为TRA的函数,通过固定额定值之间的插值计算。

9.png

  • EOB Emergency Reserve / Bump(Overboost)
  • MTO Maximum Takeoff/Go Around
  • MCT Maximum Continuous
  • MCL Maximum Climb
  • IDLE Idle Reference
  • MREV Maximum Reverse


这些额定值每一个都与一个TRA位置对应,每一个都计算出一个风扇转速(N1),推力控制曲线就确定了。在这些基准额定值之间,EEC通过TRA的插值函数计算推力大小。MTO级别是正常的最高额定推力值。

需要注意的是,起飞/复飞和最大连续推力对应TRA是相同的。起飞/复飞额定推力用于高度和空速较低时,而最大连续额定推力适用于飞行包线的所有其他部分。

实际上,它们是两种版本的“最大额定推力”推力值。


② N1值计算

我们都知道CFM56-7B是用N1(风扇转速)来表征推力的。但是,N1并不能代表实际的推力值,它还会受到飞行中参数的影响。

■ 温度

10.png

在转速一定时,发动机提供的推力受外界空气温度(OAT)影响。温度越高,空气压缩性越差,所以随着OAT升高,N1要增大才能保持推力不变。

另外,要使N1增大,发动机要多供油,所以EGT也会随着增大。根据设计,为了避免热部件损坏,发动机EGT有限制值。所以上图中有一个OAT的CORNER POINT,对应的OAT一般我们称为拐点温度。CFM56-7B的拐点温度为30℃。

OAT在拐点温度前,发动机能提供一个恒定的推力。在此之后,推力成比例下降,以保持EGT不变。

■ 压力

11.png

随着海拔高度的增加,由于空气密度的降低,导致空气质量流量和燃油流量的需求降低,当以转速一样时,相比推力将减小。

■ 马赫数

12.png

马赫数是流体力学中表征流体可压缩程度的一个重要的无量纲参数,记为Ma。这里的定义:空速与当地大气环境条件下的声速之比。

当马赫数增加时,进入发动机的空气质量流速改变,推力减小。

■ 引气

13.png

在引气和不引气的情况下,为了使发动机保持相同的EGT水平,要考虑空调引气和防冰引气消耗的影响。

14.jpg


-------------------------------------------


3.
三种推力控制模式

15.jpg

EEC使用N1速度控制发动机推力。EEC根据以下数据计算6个N1参考速度:
  • 飞机机型
  • 发动机额定推力
  • P0(静压)
  • 马赫数


如果马赫数、温度和/或压力发生变化,则参考(推力)N1也会发生变化,这保证发动机提供的推力满足飞机性能。EEC通过HMU控制燃油喷嘴的燃油供应,将发动机调整到所需的N1。

CFM56-7B发动机有三种推力控制操作模式:正常推力控制模式和两种备用推力控制模式。

马赫数无法直接测出,需要经过其他参数计算。三种模式的不同,主要是EEC得到马赫数的方式不同。当出现ADIRU总压数据不可用故障时,进入备用模式提供推力控制。

① 正常模式操作

发动机控制面板上的EEC按钮中的白色ON指示灯亮,琥珀色的ALTN灯不亮表示EEC在正常模式。

在下列条件下,EEC工作在正常模式:
  • PT有效
  • P5后顶板上的EEC电门在ON(接通)位


PT满足下列条件为有效:
  • 从两个ADIRU的PT信号都未超限
  • PT信号一致
  • 至少接通了一个PT皮托管加温,或者皮托管加温断开,飞机在地面,且油门解算角度TRA小于53度


根据完全气体的能量方程有,总温和静温有如下公式:
16.png

注:γ是定熵指数,空气的定熵指数约为1.4,它随温度有小的变化,可从定熵指数与温度的关系表查到。这里的温度必须用绝对温度单位。

对于空气来说,γ=1.4,所以以上公式可以简写成:
TAT=SAT*(1+0.2M²)
注:SAT也被称作OAT

相似的,总压和静压也有类似公式:
PT / P0 = [1+(γ-1)M2 / 2]γ/(γ-1)
对于空气:
17.png

当PT和P0都能通过飞机大气数据系统测量出来时,可以通过以上公式计算出马赫数M。


② 软备用模式

如果EEC失去ADIRU来的PT信号、PT探头不加温,或ADIRU 1和2 PT不一致,则EEC自动切换到软备用模式。

18.jpg

PT不可用,EEC自动进入软备用模式。如果PT在15秒内变为有效,则EEC返回正常模式,并且ALTN灯不亮。EEC进入软备用模式15秒后,EEC电门下方的ALTN灯才会亮起。满足以下所有条件,EEC将自动返回正常模式,并且ALTN灯将熄灭:
  • PT变为可用
  • EEC在软备用模式
  • 当EEC模式变回正常模式时,发动机推力变化很小或油门杆接近慢车位(TRA小于51.6度)


在软备用模式下,EEC不会根据来自单个有效输入的PT计算马赫数。在这种模式下,EEC使用下列参数来估算飞行马赫数M:
  • 总温TAT
  • 标准天气下的外界大气温度T0S。这个温度可以从P0算出
    标准天气地面为海平面标准气压和15度的外界气温,随着高度的增加,气压和气温有固定的变化率。测得P0可以得出飞行高度,进而得到这个高度在标准天气下的气温T0S
  • 最后一个可用T0值与标准天气下的气温T0S的差值△T。(可用T0-T0S = △T)
    最后一个可用T0:可以通过关系式TAT/ T0 =(PT/P0)(γ-1)/γ得到


此时马赫数M的计算公式为:
TAT /(T0S+△T)= 1+(k-1)M2 /2

因为△T是最后一个有效温度差值,随着飞行地域或外界条件的改变,T0S+△T将不能准确反映实际外界大气温度SAT,计算出的飞行马赫数也将不准确,所以发动机推力可能比正常小或发生超限。但是在失去总压PT的瞬间,飞行马赫数M不会有突变,发动机推力也不会产生突变。

19.png

由于ADIRU的PT数据是先通过CDS/DEU在输入到EEC的,因此两台发动机接收到的数据通常都是相同的。所以,两台发动机同时切换到软备用模式。

如果只有一台发动机处于软备用模式,通常是遇到了DEU到EEC之前的数据总线故障。

需要特别说明的是,此时EEC可以继续使用PT进行内部计算,但不用于推力管理。


③ 硬备用模式

EEC在以下条件转为硬备用模式:
  • EEC在软备用模式工作了15秒(备用灯亮),同时油门杆在慢车位置以上19度内(低于MCL位置)
  • 或人工将EEC电门置于OFF位(按压ON电门)


在硬备用控制模式下,EEC用P0和固定的TAT值(30°C)计算马赫数。

在低油门时,软备用和硬备用模式的推力差别不大,而在高推力时,会有很大的推力差别。如果有大的推力差别,EEC不会自动从软备用转换到硬备用模式。

如果一个EEC工作在正常模式而另一个EEC工作在软备用模式,油门杆会发生剪刀差,所以QRH要求飞行员必须将两台发动机的EEC都置于硬备用模式。

20.jpg

在硬备用模式,EEC使用P0(即飞行高度)直接估计一个飞行马赫数。而且为确保飞机在任何条件都有足够推力,EEC使用最大N1转速的拐点温度作为外界总温。所以在硬备用模式下,EEC提供的最大N1数据大于或等于正常模式下的最大N1推力额定值。这种模式在热天时会产生超过最大推力水平的推力,有可能导致EGT超温发生。

-------------------------------------------



补充说明

软备用模式是一种临时的推力控制模式。

无法直接判断EEC进入的是哪种备用模式
以下任一条件发生时备用模式(ALTN)灯点亮:
① EEC 软备用模式 15 秒
② EEC 硬备用模式
③ EEC 选择电门人工放置 OFF 位

软备用:进入后15秒之前ALTN灯是不亮的,15秒之后才会亮,而且如果条件满足,还会自动转成正常模式或硬备用模式。所以无法通过ALTN和EEC模式选择电门ON灯亮不亮来判断EEC是否在软备用模式。

硬备用:唯一能确定的是人工将EEC选择电门放OFF位,ALTN灯亮,这会将EEC置于硬备用模式。

排故撤保留后注意恢复EEC电门至ON位

21.jpg

之前咱们737NG飞机也出现过,EEC备用灯亮后办理了故障保留。排故后EEC电门忘记恢复至ON位,导致航前启动发动机后 ,发动机的EEC备用灯亮,造成延误的。

22.png

EEC电门有两个位置,ON位以及OFF位。ON位时出现白色的ON标签,OFF位时如果不进行EEC测试或者运转发动机,该电门将无任何指示。因此完成排故后EEC电门很容易被遗漏而忘记恢复至ON位,导致航前启动发动机后 ,相关发动机的EEC备用灯亮。

在此提醒维修人员在完成相关排故工作后,要确保两个EEC电门都处于ON位,即两个电门上都出现白色ON标识。



推荐阅读:




欢迎关注微信公众号:阮工频道
回复

使用道具 举报

6

主题

154

帖子

535

积分

机务学徒工

Rank: 3Rank: 3

积分
535
发表于 2019-7-25 15:20:31 来自手机 | 显示全部楼层
巡航阶段下,内外推力各占百分之五十?那不是很费油?
回复 支持 反对

使用道具 举报

0

主题

26

帖子

2

积分

试用期机务

Rank: 1

积分
2
发表于 2019-7-30 21:42:52 | 显示全部楼层
太详细了啊啊
回复 支持 反对

使用道具 举报

26

主题

154

帖子

425

积分

机务学徒工

Rank: 3Rank: 3

积分
425

实名认证吉祥航空广州民航职业技术学院

发表于 2020-12-4 11:10:18 | 显示全部楼层
谢谢大神分享  学习了
回复 支持 反对

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

快速回复 返回顶部 返回列表