苏ICP备112451047180号-6
摘要：近几十年来,随着航空事业的发展,飞行器的安全性和可靠性越来越引起人们的重视,特别是民用客机,一旦发生故障,轻则影响飞机的性能,重则机毁人亡,后果不堪设想。发动机是飞机的心脏，发动机的正常运转保证了飞机的安全。对于飞机发动机分解过程，具有较高的精度要求和严格的技术指标，对于工作人员来说，必须具有严谨的工作作风，和稳定的工作态度，对于飞机发动机大修任务，其中包含了很多难点，有些难点在分解过程中，机械员不断摸索， 通过维修手册的指导，外加不断创新的技术，相互之间相辅相成，循序渐进，难点一一攻破，给航空公司带来实质性的经济利益，也保证了每天的航班，能够顺利起飞。飞机发动机分解的改良，是一个持续性的改进，并没有终点，需要从实际工作中吸取经验，不断摸索，给发动机分解改良带来实质性的改进。
本文主要介绍了国内最常用的飞机，空客A320上使用的CFM56-5B型飞机发动机的结构、主单元体分解程序以及核心机主单元体分解常见故障和分析。核心机单元体是飞机发动机最关键的部分之一，由于它的工作环境极其恶劣，长期处于高温高压的状态。因此，基于对发动机使用安全性和可靠性的考虑，更换核心机内部轴、盘、叶片等寿命件，以达到适航标准。由于其大部分零部件均可以得到更换,故整机总工作寿命是可以得到持续发展的，进而延长发动机的使用寿命，为航空公司增加飞机的经济性。在简要叙述了发动机的历史后，介绍了发动机的单元体结构以及单元体的特性。然后对发动机主单元体分解程序进行了深入介绍，最后对核心机主单元体分解常见故障进行了简要的分析。航空发动机是现代航空器的重要动力装置，它提供飞机飞行所需推力，提供使飞机减速停止的动力（发动机反推装置），向机上空调、增压系统和防冰系统提供引气，向电源和液压系统提供齿轮驱动。
关键词：飞机发动机，核心机单元体，齿轮驱动
1 研究背景
1.1航空发动机维修技术发展趋势
航空发动机是现代航空器的重要动力装置，它提供飞机飞行所需推力，提供使飞机减速停止的动力（发动机反推装置），向机上空调、增压系统和防冰系统提供引气，向电源和液压系统提供齿轮驱动。大部分商用飞机采用高涵道比的涡轮风扇发动机作为动力，不同机型采用不同类型的动力装置。在飞机发动机的使用和维护过程中，维修技术是随着时间的推移，稳固向前，新的技术取代老的技术，新的机型取代了老的机型。
随着航空维修行业竞争的不断加剧，大型航空维修企业间并购整合与资本运作日趋频繁，国内优秀的航空维修生产企业愈来愈重视对行业市场的研究，特别是对企业发展环境和客户需求趋势变化的深入研究。正因为如此，一大批国内优秀的航空维修品牌迅速崛起，逐渐成为航空维修行业中的翘楚!
目前，中国民航维修行业的航空器部件维修能力与国际先进水平比较尚有较大差距，一些重要系统的关键部附件的维修能力欠缺。在工程设计能力要求高、产品附加值较高的维修项目中，国内维修企业的市场占有率较低，我国国内维修单位仅具有29%的部附件维修能力，全行业承担的维修产值不足市场总产值的25%，中国民航70%以上的发动机需送国外维修厂家进行翻修工作，即使在国内完成的发动机翻修，其核心部件的深度维修仍需送修国外。此外，以维修方案、质量管理、技能培训、生产计划管理为标志的维修工程管理能力尚与国际水平存在较大差距。
由于维修能力的不足，国内维修单位存在一定程度的低层次维修能力重复建设的现象，国内维修单位在航空器机体维修方面的能力建设相对集中，但深度维修能力建设不足，往往处于低层次的成本竞争状态。国内维修机库的利用率与国际发达国家尚存在一定的差距。此外，国内民航维修企业规模普遍较小，技术研发与创新能力不强。国内维修企业在维修服务的市场意识、服务质量等方面还有待进一步提高。
据《中国航空维修业市场前瞻与投资战略规划分析报告》调查数据显示，截至2010年底，中国民航共拥有各类运输飞机1639架(各类运行及备份发动机3600余台)，通用航空器1010架。民航维修行业规模发展迅速，2010年中国民航维修市场总量达到23.2亿美元，占世界MRO市场的5%，成为全球增长最快的民航维修市场：其中发动机维修约占总量的40%，航线维护、飞机大修及改装、附件修理及翻修各占20%左右。[6]
1.2航空发动机维修技术的定义
航空维修是指对飞机及其上的技术装备例如发动机进行的维护和修理，确保飞机的安全，航空维修是飞机使用的前提和必要条件，也是航空业的重要组成部分。而航空发动机是飞机的心脏，航空发动机维修既是飞机维修的一部分，也是航空机务工作的重要组成部分。
1.3航空发动机维修技术在航空业的应用
航空发动机维修的重要性，主要是由于航空发动机是由多种类型零、部件组成的复杂机器，在高温、高压、高转速及恶劣的环境不断变换的工作状态中工作，要求重量轻、推力大、耗油低、工作可靠、寿命长、成本低，而且发动机结构还要不断更新，导致航空发动机维修所占的比重也不断的加大。
近年来，航空设备不断的应用最新科技成果，性能更高级，技术更加综合，结构也更加复杂，给航空设备的定期维修、快速维修特别是大修带来很大挑战。因此，国内外航空发动机的维修装备和手段也在不断发展，推陈出新，使航空发动机的维修手段更加现代化、髙科技化。工业内窥镜检査成为航空发动机上最常用的维修检査装备。
航空发动机最易发生故障的区域为高压压气机、燃烧室及高压涡轮。传统对航空发动机的检测、维修，都是通过分解的方法进行检测，这样不仅耗费时间、人力、财力，而且对发动机拆解本身对航空发动机来说也是一种很大的损害，大大降低航空发动机的使用寿命。
2 文献综述
2.1 CFM56-5B发动机简介[4]
CFM56-5B型涡轮风扇发动机是一款高涵道比的喷气发动机，如图2-1所示，主要用于A320家族的航空器。CFM56型涡轮风扇发动机在1993年5月被首次认证。这款发动机由CFMI（法国的SNECMA与美国的GE合资企业）制造。CFM56型发动机作为一个模块化的发动机而制造，可以从同款发动机中选择或混合不同型号的发动机部件，进而缩短大修及修理的时间。CFM56型发动机由3个主单元体与17个子单元体组成。
发动机通用参考数据： 长：2.94米
宽：2.14米
净重：2381千克
图2-1 CFM56-5B发动机
2.2 单元体结构[8]
3个主单元体分别为：1、风扇主单元体；2、核心机主单元体；3、低压涡轮主单元体，如图1-2所示。
图2-2 CFM56-5B发动机三个单元体结构图
2.3 CFM56-5B发动机主单元体分解程序
2.3.1低压涡轮主单元体分解程序及要点：
1、如图2-3所示为低压涡轮单元体分解程序，转、静子固定工具一定要安装到位，否则极易导致转、静子叶片相互碰擦，导致叶片损坏。
2、在拆卸低压涡轮主单元体前，一定要用工装锁定高压压气机转子。
图3-1 CFM56-5B高压轴与内部齿轮箱位置示意图
3.3工程措施分析及解决办法
当出现核心机咬现象后，工程师会让机务人员继续加大3号轴承锁紧螺帽拆除工具的力矩直至400尺磅，若还是不能拆除核心机，则需要采取其它措施。
方案一：加热高压压气机前轴与3号轴承过盈配合面。用设计的特殊加热工具，对过盈配合面进行加热，时间为45分钟，使高压压气机前轴与3号轴承同时膨胀。之后立刻在前轴内加入干冰，是高压压气机前轴急剧冷却，时间约为3分钟。利用热胀冷缩的原理，使得过盈配合面发生些许改变。接着再安装3号轴承锁紧螺帽拆除工具尝试拆除核心机主单元体，若仍旧无法拆除，尝试其它方案。
图3-2为我所设计的加热导管。
图2-1 CFM56-5B发动机
2.2 单元体结构[8]
3个主单元体分别为：1、风扇主单元体；2、核心机主单元体；3、低压涡轮主单元体，如图1-2所示。
图2-2 CFM56-5B发动机三个单元体结构图
2.3 CFM56-5B发动机主单元体分解程序
2.3.1低压涡轮主单元体分解程序及要点：
1、如图2-3所示为低压涡轮单元体分解程序，转、静子固定工具一定要安装到位，否则极易导致转、静子叶片相互碰擦，导致叶片损坏。
2、在拆卸低压涡轮主单元体前，一定要用工装锁定高压压气机转子。
图2-3 CFM56-5B发动机低压涡轮分解示意图
2.3.2核心机主单元体分解程序及要点：
如图2-4所示为核心机单元体分解程序，安装3号轴承锁紧螺帽拆除工具。高压压气机的前轴是与3号轴承锁紧螺帽互相固定，在此所使用的工装是先将固定挡圈撑开，通过旋转3号轴承锁紧螺帽，将高压压气机转子向后顶出，由于转子与静子已经固定，所以整个核心机主单元体会从风扇主单元体拆除。此工具也已经做了修改，原厂家的工具是有2个凸台与3号轴承锁紧螺帽配合，但由于分解过程中力太大，经常使凸台断裂，所以我们又自行加装了2个凸台，4个凸台可以分散力的作用，减少工具的损坏频率，也降低损坏发动机件的概率。
图2-4 CFM56-5B发动机核心机分解示意图
2.3.3风扇主单元体分解程序及要点：
1、如图2-5所示为风扇单元体分解程序，安装低压压气机转、静子固定工具时，必须将转子的标记点旋转至12点位置；在拆除过程中需要留意风扇机匣内的固定螺母，在移出低压压气机时，可能会导致固定螺母及第五级静子边缘的损坏。
2、只有在拆除了传动齿轮箱后才可拆除内齿轮箱。
图2-5 CFM56-5B风扇单元体分解示意图
3 技术路线
第一步：查找国内外飞机发动机分解工艺缺陷与改良的相关文章，对有用的资料 进行整理。
第二步：分析飞机发动机分解过程中存在的缺点及故障解决方法。
3.1故障描述
由于CFM-5B型发动机核心机主单元体在分解过程中时常会出现核心机咬死的现象，当旋转3号轴承锁紧螺帽拆除工具时，力矩值超过280尺磅（这是转换过后的力矩，转换前约为3700尺磅，靠人力很难驱动），我们需要停止分解并通知工程师，表示此核心机可能会出现咬死的现象，主单元体无法按照正常流程拆除，影响生产效率。这一比例将近有20%左右。出现该情况后，不得不从发动机前端拆除3号轴承锁紧螺帽，因而必须拆除低压压气机以及1&2号轴承支撑组件（有些发动机的工作指令不需要拆除风扇机匣内的单元体），严重时，甚至需要切除螺帽，造成航空公司不必要的损失，同时也会影响到发动机的按时交付。
3.2原因分析
CFM56-5B发动机在起飞过程中，高压转子转速在14000转/分左右，巡航状态在13000转/分左右，同时核心机主单元体高压压气机轴与3号轴承锁紧螺帽是自锁螺纹配合关系，与内齿轮箱水平斜齿轮是过盈配合关系，如图3-1所示，这是出现咬死现象的主要原因。在装配过程中，需要加热内齿轮箱水平斜齿轮，当腔体温度达到243摄氏度并且齿轮温度达到163摄氏度才可以安装核心机主单元体。通常出现咬死的现象，主要是过盈配合面相互配合得太紧，单靠旋转螺帽时产生的力无法将高压压气机轴向后顶出。其次可能是3号轴承锁紧螺帽与高压压气机轴的螺纹损坏，使得核心机不能正常分解。
图3-1 CFM56-5B高压轴与内部齿轮箱位置示意图
3.3工程措施分析及解决办法
当出现核心机咬现象后，工程师会让机务人员继续加大3号轴承锁紧螺帽拆除工具的力矩直至400尺磅，若还是不能拆除核心机，则需要采取其它措施。
方案一：加热高压压气机前轴与3号轴承过盈配合面。用设计的特殊加热工具，对过盈配合面进行加热，时间为45分钟，使高压压气机前轴与3号轴承同时膨胀。之后立刻在前轴内加入干冰，是高压压气机前轴急剧冷却，时间约为3分钟。利用热胀冷缩的原理，使得过盈配合面发生些许改变。接着再安装3号轴承锁紧螺帽拆除工具尝试拆除核心机主单元体，若仍旧无法拆除，尝试其它方案。
图3-2为我所设计的加热导管。
图3-2 CFM56-5B核心机分解加热导管
方案二：拆除风扇机匣内的低压压气机、1&2号轴承支撑组件、3号轴承前封严，然后安装从发动机前端拆除内齿轮箱的特殊工具组。必须要注意的是：按照此方法拆除内齿轮箱。必须先拆除传动齿轮箱，同时在核心机机匣与风扇机匣连接法兰边上必须均匀安装至少12颗螺钉。接着按照方案一的方式加热与冷却高压压气机前轴与3号轴承。待冷却过后，从前端旋转3号轴承锁紧螺帽拆除内齿轮箱。当前端力矩超过500尺磅后，只能采用方案三。
方案三：切除3号轴承锁紧螺帽。
四、进度安排
（6月 1日---7月5日） 第一步：查找国内外有关CFM56-5B发动机的简介和发动机系统原理特征；
（7月6日---7月30日） 第二步：查找国内外有关CFM56-5B发动机在分解过程中存在的问题，并且整理归类；
（7月31日---8月16日） 第三步：对于特定的拆解工艺过程进行分析；
（8月17日---8月31日） 第四步：对拆解过程进行改进；
（9月1日---9月15日） 第五步：设计拆解工具；
（9月16日---10月15日） 第六步：制作改进后的工具图；
（10月6日---11月1日） 第七步：整理文件和各种工程图完成论文，准备答辩。
五、参考文献
1、《CFM56 Full Work scope》 PRATTY WHITNEY Customer Training 2009.1
2、《CFM56 Family》 PRATTY WHITNEY Customer Training 2009.1
3、《Engine Shop Manual》 CFMI Task72-00-03-020-001 LPT Removal
Task72-00-02-020-001 CORE Removal
Task72-00-63-020-001 AGB removal
Task72-00-01-030-001Fan MM Disassembly
4、《CFM56-5B航空发动机》 百度百科
5、《浅析CFM56系列发动机使用中的经济性》百度文库
6、《中国航空维修业市场前瞻与投资战略规划分析报告》赵廷渝 中国民航飞行学院
7、《浅谈CFM56发动机大修中的时寿件控制》 中国民用航空维修协会
8、《航空发动机构造》 刘长福 国防工业出版社 1980年
9、《航空燃气涡轮发动机原理》 王琴芳 南京航空航天大学
10、《CFM56-5B发动机71-80章》 百度文库
11、《燃气涡轮发动机》 许春生 兵器工业出版社