V2500航空发动机课程设计报告范文.docx

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V2500航空发动机课程设计报告范文

航空工程学院

航空发动机综合课程设计

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实际课程设计的篇幅等具体要求以正式下发的通知要求为准

题目

FailureoftheHPBleedValveClosureControlSolenoidonEngine1

1号发动机高压引气活门关断控制电磁阀故障

作者

专业名称

飞行器动力工程

指导教师

梦副教授

提交日期

辩论日期

修改正文后请记得更新目录页码

同一级标题格式一样，对左边页边顶格书写，数字和汉字之间统一留1空或2空

同一标题下的数字编号方法要统一，例如：

一级标题用一、二、三、<此为汉字顿号，占2个字符位>；二级标题用1、2、3、<此为汉字顿号，占2个字符位>；三级标题用〔1〕〔2〕〔3〕<此为汉字扩号>、占2个字符位。

注意目录页页码的格式是罗马字

第一章V2500发动机概述〔此为一级标题〕

1.1V2500发动机简介〔此为二级标题〕

每个自然段首行缩进2个字符。

V2500发动机是国际航空发动机公司〔IAE〕研制生产的双转子，轴流式，高涵道比涡轮风扇发动机。

IAE是由五家公司合资而成，包括美国普拉特·惠特尼公司（P&W），英国罗尔斯·罗伊斯公司〔R·R〕，日本航空发动机公司〔JAZC〕，联邦德国的MTU公司，意大利菲亚特。

V2500发动机适用于中短程客机，推力在22000lbf~33000lbf之间，为空客公司的A319、A320、A321以及麦道公司的MD-90飞机设计。

型号编号中V表示五家公司合作生产，2500表示101klbf为单位的推力级。

其中V2500-A1和V2500-A5应用在空客A320系列上，V2500-D5应用在MD-90上[1]。

此为参考文献的标注方法！

V2500发动机的低压转子有1级风扇,4级低压压气机，5级低压涡轮；高压转子有10级高压压气机和2级高压涡轮。

燃烧室是环形燃烧室。

图1.1为V2500发动机外观图。

图1.1V2500发动机的外观图图片请自行从适当资料查找，不能都用一样的

图通栏放置〔一行只放一幅图〕，图名或表名比正文小一号字〔正文小四、图名或者表名五号字，图名放在图下方，表名放在表格上方〕，图或表要与下方正文之间空一行。

1.2V2500发动机构造

进气口：

环形，无进气口导流叶片，无防冰装置。

风扇：

单级轴流式。

采用的是罗·罗公司从RB211-524E4和RJ500设计和开展来的无凸台宽弦空心叶片，增压比为1.7，叶片材料是钛合金，长度是558mm。

它是在两个钛合金薄板间放入钛合金的蜂窝状材料，然后通过活性扩散焊接将其连成一体。

风扇机匣是钛合金精铸件，外机匣是由钛合金锻件加工而成。

风扇出口导流叶片是复合材料。

低压压气机：

4级轴流式〔V2500-A1是3级〕。

用真空电子束焊接的鼓筒用螺栓固定在风扇后面，没有放气环。

高压压气机：

10级轴流式。

前5级静止叶片可调，增压比是16，压气机机匣是钢机匣，后面级是双层机匣。

V2500发动机压气机级数划分图见图1.2。

燃烧室：

短环形。

燃烧室壁用金属层板外壳组成，挂有合金扇形块。

扇形块“浮〞在它们和外壳间的冷空气上。

此设计提高了冷却效率，消除了压力，而且这些铸件可以单独更换，所以使维修费用降低，并且便于维修。

气动雾化喷嘴沿圆周分布有20个。

高压涡轮：

2级轴流式。

采用三维设计叶形、冷气单晶涡轮叶片和超塑性等温锻造的粉末冶金盘。

材料是MERL76，第1级导向器用MAR-M509精铸，第2级导向器用MAR-M247精铸，涡轮外环采用可调主动间隙控制。

低压涡轮：

5级轴流式。

应用了三维设计叶形和叶尖主动间隙控制。

轴承：

共有五个主轴承，1号和三号是滚珠轴承，其他的是滚棒轴承。

1号轴承是低压转子的止推支点，3号轴承是高压转子的止推支点。

V2500发动机支承构造图见图1.3。

附件：

所有的附件在风扇机匣下方，第三代FADEC由汉密尔顿标准公司生产；森德斯特兰/梯津赛伊奇〔SI3〕公司提供齿轮式燃油泵；燃油调节器由卢卡斯公司提供。

图1.2V2500发动机压气机级数划分图

图1.3V2500发动机支承构造图

1.3V2500发动机技术参数

V2500-A1和V2500-A5发动机的技术参数分别见表1.1和表1.2。

表1.1V2500-A1发动机技术参数表

起飞推力（daN）

11130

总增压比

29.4

巡航耗油率kg/（daN.h）]

0.592

质量（kg）

2303

推重比

4.93

空气流量（kg/s）

355.5

涵道比

5.40

涡轮进口温度（℃）

1427

风扇直径（mm）

1613

长度（mm）

3200

表1.2V2500-A1发动机技术参数表

发动机型号

V2522-A5

V2524-A5

V2527-A5

V2530-A5

V2533-A5

应用机型

A319-100

A319-100

A320-200

A321-100

A321-200

服役时间

1997/10

1997/06

1993/12

1994/03

1997/04

起飞推力

22,000

24,000

27,000

31,400

33,000

风扇直径〔英寸〕

63.5

63.5

63.5

63.5

63.5

空气流量

770

781

811

858

872

涵道比

4.9

4.9

4.8

4.6

4.5

巡航燃油消耗率

0.543

0.543

0.543

0.543

0.543

第二章V2500空气系统一级标题都是另起一页书写

2.1V2500空气系统概述

空气系统包括涵，外涵〔旁路〕和附属〔冷却和增压〕气流和用来控制气流的系统。

发动机电子控制器〔EEC〕从显示电子装置〔DEU〕接收飞机系统数据。

EEC使用这些数据控制发动机空气系统。

EEC改变引气流量改变涡轮叶尖间隙。

EEC也控制压气机气流以防止失速。

每个自然段最后最好不要只有1-2个字，要么精简要么增添几个字。

2.2V2500空气系统构造

发动机空气系统的主要控制功能：

推进气流〔涵和外涵气流〕；涡轮间隙控制；压气机气流控制；四号轴承冷却；风扇及核心机冷却。

2.2.1推进气流〔此为三级标题〕

经过发动机空气进口整流罩,前面安装风扇,全部发动机空气进入。

通过风扇压缩后，气流经分流器分流在风扇框进入主和副（旁路）气流。

空气系统通过FADEC控制。

外涵气流：

风扇打出的空气通过出口导流叶片（OGV）和风扇框支柱。

风扇函道空气经过风扇出口喷嘴释放在正常发动机功能期间并提供发动机推力（发动机总气流的4/5）的主要部份。

当反推展开的时候,风扇出口喷嘴切断,风扇函道空气直接对外在前方位角经过反推转轴门以提供反推。

一小部份的风扇函道空气用于核心发动机舱冷却和低压涡轮冷却和环境控制系统经过预冷器冷却。

涵气流：

一部份风扇打出的空气进入4级增压器并通过一风扇框形成的收敛管道进入核心。

此管道提供可变引气活门（VBV）。

压缩空气进入燃烧室并用燃油点火。

排气燃气流经高压涡轮（HPT）和低压涡轮（LPT）是经过主喷射喷嘴释放。

2.2.2涡轮间隙控制

发动机空气系统调节在高压涡轮〔HPT〕叶片和外壳和低压涡轮〔LPT〕叶片和外壳之间的间隙。

涡轮间隙控制图见图2.1。

当发动机空气系统控制流过涡轮机匣上面的冷却空气量时，发动机空气系统就控制涡轮叶尖的间隙。

当冷却涡轮机匣时，涡轮叶尖间隙减小。

通常，发动机空气系统减小在转子和涡轮机匣之间的间隙。

这有助于发动机使用较少的燃油。

发动机空气系统在一些功率状态期间也增加在高压涡轮叶片和外壳之间的间隙。

确保HPT叶尖不磨擦机匣。

图2.1涡轮间隙控制图

2.2.3压气机气流控制

压气机气流控制控制发动机空气系统调节低压压气机〔LPC〕和高压压气机〔HPC〕对所有功率状态的气流。

压气机控制图如图2.2所示。

这些调节防止发动机失速。

它有可调静子叶片〔VSV〕和可调放气活门〔VBV〕。

VSV系统控制高压压气机〔HPC〕气流。

VSV系统确保正确的空气量流至HPC，防止HPC失速。

VSV系统控制高压压气机的进气导向器叶片和可调静子叶片。

高压压气机的前3级有可调静子叶片。

VBV系统控制低压压气机〔LPC〕出口气流。

有12个可调放气活门让一些低压压气机出口空气旁通发动机和风扇出口的空气混合。

这个气流在快速加速期间防止低压压气机失速。

在低核心发动机速度低压压气机提供比核心发动机更多的空气。

要匹配低压压气机排引气流到核心发动机要求在低速时,过量空气经过可变引气活门（VBV）排放进入风扇排出气流。

在较高发动机转速,VBV是关闭的因此全部增压器排放（主要的气流）进入核心发动机。

VBV是方案一校正核心发动机速度和校正风扇速度功能并从HP压气机气流操纵系统接收信号。

〔经过HMU，VBV系统通过ECU控制〕。

按飞机各系统的需要，采用与飞机及动力装置实时状态相适应的方式从发动机不同的压气级引用空气。

在正常情况下，引气系统由发动机高压压气机第7级〔IP〕经单向阀引用空气。

当发动机处于慢车状态时，或者第7级高压空气压力缺乏以满足需要，引气系统自动转换为第10级（HP）经高压阀〔HPV〕供气。

图2.2压气机控制图

2.2.4四号轴承冷却

四号轴承是通过第十二级引气冷却的。

一个外部线路携带这些空气通过一个风冷空气冷却器进入四号轴承隔间。

四号轴承冷却图如图2.3所示。

风冷空气冷却器〔ACAC〕在冷却气流进入四号轴承隔间前，通过风扇空气冷却压气机的十二级引气。

然后风扇气流就排出到大气中。

图2.3四号轴承冷却图

2.2.5风扇及核心机冷却

这个系统是在发动机运行过程中，为风扇和发动机核心机提供气流。

所以它有两个区域，风扇和核心机。

风扇及核心机通气区域图如图2.4所示。

风扇和附件的冷却空气是从进气整流罩上方的进气口引入的，然后通过风扇和附件，由风扇机匣舱门的两个通气格栅排出。

核心机的气流是由风扇引气从核心机壁的孔进入，然后气流流过核心机，从反推喷口排出。

图2.4风扇及核心机通气区域图

第三章高压引气活门关闭控制电磁阀故障分析

3.1发动机高压压气机放气系统

V2500发动机高压压气机引气系统的作用是提高发动机启动性能，增加发动机工作的稳定性，防止发动机在非设计状态时出现喘振。

它包括三个7级和一个10级引气活门，由EEC通过电磁阀控制起动以及减速，反推等瞬态变化时将活门翻开使局部高压空气释放到外涵道，高压压气前后之间互相匹配，以到达防喘目的。

电磁活门根据信号翻开或者关闭，使进入电磁活门的空气流量产生变化，由于空气的变化，第7级和第10级引气活门的状态也发生变化。

引气活门翻开，增压后的空气进入到燃烧室的量减少，使EGT增高。

电磁活门原理图如图3.1所示。

图3.1电磁活门原理图

7级和10级引气活门的作用主要是防止喘振。

当压气机喘振是后喘前涡，即后几级的正攻角过大，前几级的负攻角过大，当7级和10级引气活门翻开，由于多了排气通道，使进气量增大，从而使后几级的空气流量增大，轴向速度增大，改变了相对速度的方向，使前几级的正攻角减小，到达放喘的目的；对于前几级，由于中间级放气活门翻开，使前几级的空气流量减小，轴向速度减小，也就改变了相对速度的方向，使前几级的负攻角减小，即攻角的数值增大，到达放喘的目的。

但是，由于前几级空气流量减小，使进入燃烧室的空气流量减小，造成富油的状态，于是EGT升高。

第7级和第10级引气活门构造如图3.2所示。

图3.2第7级和第10级放气活门构造图

3.2高压引气活门关闭控制电磁阀故障分析

因为7级和10级放气活门由EEC通过电磁阀控制，所以当高压引气活门关闭控制电磁阀故障时就说明7级和10级引气活门只能开不能关闭。

也就是说7级和10级放气活门可能开在开位，使一局部的高压空气排到外涵道，让进入燃烧室的空气流量减少从而使发动机的性能降低。

高压引气活门关闭控制电磁阀故障的原因可能是高压电磁引气阀关闭控制故障;从高压引气活门关闭控制电磁阀〔4029KS〕到EEC〔4000KS〕的接线故障；EEC故障。

引气活门和电磁活门部件位置如图3.3所示，功能构造图见图3.4。

图3.3引气活门和电磁活门部件位置

图3.4功能构造图

3.2.1高压电磁引气阀关断控制故障

高压电磁阀安装在风扇机匣上，通过EEC发出的信号控制它的开关。

它的关闭故障会使第7和第10级电磁活门不能正常使用，让第7和第10级引气活门不能正常的关闭。

它的故障原因可能是：

电磁活门故障；磁活门控制电路开路或者短路；电磁活门连接线路故障。

高压电磁阀关闭控制电磁线圈构造图如图3.5所示。

图3.5高压电磁阀关闭控制电磁线圈构造图

3.3.2从高压引气活门关闭控制电磁阀〔4029KS〕到EEC〔4000KS〕的接线故障

从高压引气活门关闭控制电磁阀到EEC的接线的作用是把EEC上的电信号传递给高压排气阀关闭控制电磁线圈来控制它的开关。

当接线短路或短路时，不能正常传递电信号，使放气阀关闭控制线圈故障。

3.3.3EEC故障

FADEC是全权限〔全功能〕数字电子控制，FADEC系统是管理发动机控制的所有控制装置的总裁。

在FADEC中，发动机电子控制器EEC是它的核心，所有控制计算由计算机进展，然后通过电液伺服机构输出控制液压机械装置及各个活门，作动筒等。

它承受各种传感器给它的转速，温度等信号，通过计算，对电磁活门发出电信号，来控制放气活门。

当EEC出现故障，比方电磁插头松动，管路故障等等，EEC就不能正确控制电磁活门，使引气活门也不能正常工作。

3.4故障树

造成高压引气活门关闭控制电磁阀故障的原因可能有：

第7级或者第10级电磁活门故障；电磁活门控制电路开路或短路；电磁活门连接线路故障；高压排气阀关闭控制电磁线圈到EEC的接线短路或断路；接线错误；EEC故障；电磁插头连接异常；EEC控制管路故障。

故障树如图3.6所示。

X1：

接线断路或短路X2：

接线错误

X3：

第7级电磁活门故障X4：

第7级电磁活门控制电路开路或者短路

X5：

第7级电磁活门连接线路故障X6：

第10级电磁活门故障

X7：

第10级电磁活门控制电路开路或者短路X8：

第10级电磁活门连接线路故障

X9：

EEC故障X10：

电磁插头连接异常

X11：

EEC控制管路故障

图3.6故障树

3.5排故步骤

如果测试不给10THSVBLDSOL/HC/EEC1的维护信息就没有进一步维护行动的必要，或如果测试提供了另一种维护信息与故障排除相关的维护信息。

如果测试提供维护信息10SVBLDSOL/HC/EEC1：

-检查从EEC〔4000KS〕到高压引气阀控制电磁阀〔4029KS〕的线束。

1.如果故障继续说：

-断开高压引气阀控制电磁阀的接头〔4029KS〕

-检查相邻的接头和插座

-连接高压引气阀关闭控制电磁阀〔4029KS〕的接头。

2.如果故障继续说：

-更换高压引气阀关闭控制电磁阀〔4029KS〕

3.〔在测试过程中〕如果发现故障在FADEC的1A通道中和故障继续：

-在电气连接器〔4000KS-J3〕上做一个S和H〔41至77欧姆〕插孔之间的电阻检查。

〔1〕如果引脚S和H之间的电阻不在41和77欧姆之间：

-做一个从高压泄放阀关闭控制电磁〔4029KS〕到EEC〔4000KS〕的接线检查和修复：

引脚A/和J3/S，H，

〔2〕连接接线盒到EEC。

4.〔在测试过程中〕如果发现故障在FADEC1B通道上和故障继续：

-从断开EEC〔4000KS〕的电气线束连接器〔4000KS-J9〕

-在电气连接器〔4000KS-J9〕，做一个针S和H〔41至77欧姆〕之间的电阻检查。

〔1〕如果引脚S和H之间的阻力不在41和77欧姆之间：

-做一个从高压泄放阀关闭控制电磁〔4029KS〕到EEC〔4000KS〕的接线的检查和修复：

引脚A/67J9到引脚/S，H。

〔2〕连接电气连接器〔4000KS-J9〕到EEC〔4000KS〕

5．如果故障继续：

-更换EEC〔4000KS〕

6.排故流程图如图3.7所示。

图3.7排故流程图

参考文献请特别注意格式！

[1]A320AIRCRAFTMAINTENANCEMANNUAL.AIRBUSS.A.S.

[2]A320TROUBLESHOOTINGMANNUAL.AIRBUSS.A.S.

[3]航空燃气涡轮发动机系统，中国民航飞行学院。

[4]唐庆如，敖良中.AERO-ENGINELINEMAINTENANCE发动机航线维护，中国民航飞行学院。

[5]发动机状态监控与故障诊断，中国民航飞行学院。

[6]黄晓艳,波.战机用先进树脂基复合材料的应用现状[J].材料研究与应用,2021,5（4）:

243-248.

[7]曲兆明,雷忆三,王庆国，等.高效电磁屏蔽复合材料设计及其屏蔽效能测试[J].高电压技术,2021,38（9）:

2343-2346.

[8]CirrusDesignCorporation.AirplaneMaintenanceManual[M].Duluth:

ModelSR20,2021,RevisionB5:

1653.

[9]周玉.材料分析方法[M].:

机械工业,2021,262-263.

参考文献必须在正文中标出〔见本文第1页的标法〕！

手册或校教材同蓝色字体标定的格式；期刊论文〔Journalpaper简称为[J]〕用黑色字标定的格式；书籍〔Magazine简称[M]〕用红色字体标定的格式；如果参考文献涉及学位论文[D]、专利[P]等请自行查阅国家规。

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