某型飛機(jī)燃油油量系統(tǒng)異常告警故障分析與處理

解 寧，安 剛

(1.南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，江蘇 南京 210016)(2.國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠(chǎng)，安徽 蕪湖 340200)

飛機(jī)燃油系統(tǒng)的主要作用是保證在所有工作狀態(tài)下，以一定的用油順序從油箱向各臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)供給燃油。由于飛機(jī)燃油管路和附件布置空間狹小、復(fù)雜，因此燃油系統(tǒng)故障較難定位和排除[1-3]。翟浩宇等[4]對(duì)某型飛機(jī)油箱內(nèi)穿電纜的導(dǎo)管接嘴漏油現(xiàn)象進(jìn)行了分析，王占勇等[5]對(duì)某型飛機(jī)燃油系統(tǒng)滿(mǎn)油告警現(xiàn)象進(jìn)行了分析，其他學(xué)者也對(duì)典型燃油系統(tǒng)故障進(jìn)行了分析研究，但對(duì)大修后飛機(jī)的燃油油箱滲油串油現(xiàn)象尚無(wú)相關(guān)研究[6-12]。某型飛機(jī)在大修試飛階段，機(jī)組人員發(fā)現(xiàn)飛機(jī)燃油油量系統(tǒng)異常告警，剩油0.6 t告警燈提前燃亮，該型飛機(jī)燃油系統(tǒng)的供輸油工作由機(jī)載附件自動(dòng)控制，除應(yīng)急放油和防火開(kāi)關(guān)外，無(wú)需飛行員操作，僅通過(guò)儀表板上的油量-耗量表指示器進(jìn)行燃油油量監(jiān)控。油量作為基本飛行參數(shù)，是影響飛行安全的重要因素，對(duì)飛機(jī)航程和飛行員的飛行判斷有重要的意義，一旦飛行時(shí)油量系統(tǒng)出現(xiàn)故障，有可能出現(xiàn)嚴(yán)重后果。為研究該故障，本文對(duì)燃油系統(tǒng)進(jìn)行了原理分析，繪制了故障樹(shù)，并對(duì)基本事件進(jìn)行了檢查排除，最終解決了該故障。通過(guò)故障返查，發(fā)現(xiàn)此類(lèi)故障近年來(lái)在大修飛機(jī)中出現(xiàn)較多，且原因較典型，有必要增加針對(duì)性檢查，從而降低故障發(fā)生概率，提高修理效率。

1 故障現(xiàn)象

某型三次大修飛機(jī)試飛第一起落后，機(jī)組人員檢查飛機(jī)剩余油量時(shí)發(fā)現(xiàn)油量-耗量表指示器上剩油0.6 t告警燈燃亮，此時(shí)飛機(jī)實(shí)際剩油量為2 t，按壓“油泵”按鈕(驅(qū)動(dòng)電動(dòng)泵輸油)后剩油0.6 t告警燈滅，松開(kāi)按鈕約10 s后又重新燃亮，飛機(jī)加油至4 t時(shí)剩油0.6 t告警燈仍然常亮。

2 故障相關(guān)系統(tǒng)工作原理

該故障涉及的相關(guān)系統(tǒng)包括飛機(jī)油箱布置與結(jié)構(gòu)、飛機(jī)輸油系統(tǒng)、飛機(jī)油量監(jiān)控與告警系統(tǒng)，下面對(duì)相關(guān)系統(tǒng)涉及該故障的相關(guān)部分分別進(jìn)行介紹和分析。

2.1 飛機(jī)油箱布置及2號(hào)油箱結(jié)構(gòu)概述

某型飛機(jī)的燃油儲(chǔ)存在4個(gè)油箱內(nèi)，1號(hào)和2號(hào)為2個(gè)中翼油箱，3號(hào)油箱由機(jī)翼的左、右外機(jī)翼內(nèi)的2個(gè)隔艙組成，4號(hào)油箱在機(jī)身尾段左、右發(fā)動(dòng)機(jī)艙之間，所有油箱均為結(jié)構(gòu)密封油箱。

在4個(gè)油箱中，2號(hào)油箱同時(shí)負(fù)責(zé)燃油的存儲(chǔ)、輸送與供應(yīng)，該油箱位于中央翼內(nèi)25～34框，存油量4 200 kg。2號(hào)油箱被承力構(gòu)件分成前艙、左右側(cè)艙、后艙和消耗艙(直接供應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油的油艙，各油箱燃油均輸往該油艙)，前艙在中央翼25框、1號(hào)腹板與飛機(jī)主起落架艙的側(cè)腹板之間，左、右側(cè)艙在中央翼1、3號(hào)腹板和左、右4、8號(hào)翼肋之間，后艙在中央翼2、3號(hào)腹板和左右4號(hào)翼肋之間。各艙之間有便于燃油流動(dòng)的單向活門(mén)(圖1中3.10)和連接前艙與側(cè)艙的溢流套管(圖1中3.17)。

圖1 消耗艙結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.2 飛機(jī)輸油系統(tǒng)工作過(guò)程概述

2.2.1用油順序

飛機(jī)滿(mǎn)加油狀態(tài)時(shí)，4個(gè)油箱均為滿(mǎn)油狀態(tài)，此時(shí)飛機(jī)的用油順序?yàn)椋?號(hào)油箱耗完—消耗4號(hào)油箱部分燃油—3號(hào)油箱耗完—2號(hào)油箱后艙余油500 kg，4號(hào)油箱向2號(hào)油箱輸油至耗完—2號(hào)油箱前艙、后艙、側(cè)艙耗完—消耗艙耗完。

飛機(jī)基本加油狀態(tài)時(shí)，2、3、4油箱在滿(mǎn)油狀態(tài)， 1號(hào)油箱無(wú)燃油，此時(shí)的用油順序?yàn)椋合?號(hào)油箱部分燃油—3號(hào)油箱耗完—2號(hào)油箱后艙余油500 kg，4號(hào)油箱向2號(hào)油箱輸油至耗完—2號(hào)油箱前艙、后艙、側(cè)艙耗完—消耗艙耗完。

2.2.2輸油控制過(guò)程

為了按規(guī)定的順序從1、3、4油箱向2號(hào)油箱輸油，各油箱的輸油量及順序由輸油系統(tǒng)控制?，F(xiàn)僅分析3號(hào)油箱油盡后的輸油過(guò)程。

3號(hào)油箱油盡后，繼續(xù)消耗2號(hào)油箱的燃油，當(dāng)2號(hào)油箱液面低于射流傳感器的設(shè)置液面時(shí)，動(dòng)力燃油(用于控制燃油輸油系統(tǒng)，由發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)飛機(jī)附件機(jī)匣單獨(dú)帶動(dòng))被輸送到安裝在4號(hào)油箱的運(yùn)行活門(mén)，控制運(yùn)行活門(mén)打開(kāi)，輸送控制運(yùn)行活門(mén)的動(dòng)力燃油到2號(hào)油箱后艙的輸油活門(mén)和4號(hào)油箱的輸油射流泵，打開(kāi)輸油活門(mén)，開(kāi)始從4號(hào)油箱輸油。同時(shí)，動(dòng)力燃油還從散熱電動(dòng)泵經(jīng)液面射流傳感器被輸送到備用輸油活門(mén)。

在4號(hào)油箱向外輸油過(guò)程中，如果2號(hào)油箱后艙液面低于電動(dòng)信號(hào)器的接通液面，電動(dòng)信號(hào)器接通4號(hào)油箱備份輸油泵，加速向2號(hào)油箱輸油。當(dāng)2號(hào)油箱和4號(hào)油箱剩油1 500 kg時(shí)，在油量-耗量表上的剩油1.5 t告警燈燃亮，并發(fā)出語(yǔ)音信號(hào)“余油1 500 kg”。

當(dāng)4號(hào)油箱油盡時(shí)，從信號(hào)傳感器發(fā)出信號(hào)。使“Б4”箱油燈亮并使備份電動(dòng)泵ЭЦНГ-10斷電，同時(shí)接通左起落架艙的電磁閥，電磁閥打開(kāi)，接通液面射流傳感器的截?cái)鄧娮?，關(guān)閉運(yùn)行活門(mén)，也就關(guān)閉了輸油活門(mén)和輸油燃油泵。電磁閥打開(kāi)的同時(shí)，也就接通了4號(hào)油箱剩余燃油抽吸射流泵。

繼續(xù)消耗2號(hào)油箱后艙、前艙和側(cè)艙的燃油，最后消耗消耗艙和蓄壓油箱的燃油。當(dāng)消耗艙剩油600 kg時(shí)，信號(hào)傳感器發(fā)出信號(hào)，使剩油0.6 t告警燈亮，并發(fā)出語(yǔ)音信號(hào)“余油600 kg”。前艙中的動(dòng)力燃油經(jīng)過(guò)防虹吸單向活門(mén)和2個(gè)油濾進(jìn)入液面射流傳感器的供油噴嘴和截?cái)鄧娮旒半姶砰y。防虹吸單向活門(mén)的作用是防止發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)時(shí)燃油從2號(hào)油箱串流到其他油箱。

2.3 飛機(jī)油量監(jiān)控與告警系統(tǒng)燃油油量系統(tǒng)剩油0.6 t告警燈工作原理

燃油系統(tǒng)的供輸油工作是自動(dòng)進(jìn)行的，在飛行中除了操縱應(yīng)急放油外，不需要飛行員做任何操作。為了監(jiān)控燃油系統(tǒng)工作，在前、后座艙儀表板上各裝有一件油量-耗量表指示器ИСТР2-8用于顯示耗量、油量和余油信號(hào)。油量-耗量表指示器有兩個(gè)刻度盤(pán)：一個(gè)油量表刻度盤(pán)，一個(gè)耗量表刻度盤(pán)。飛機(jī)上燃油總儲(chǔ)存量顯示在耗量表的刻度盤(pán)上，2號(hào)油箱燃油儲(chǔ)存量和4號(hào)油箱部分燃油儲(chǔ)存量顯示在油量刻度盤(pán)上。按照用油順序，油箱中各油箱的油盡信號(hào)和1 500 kg、600 kg余油信號(hào)由油量-耗量表指示器上的燈光信號(hào)“Б1”信號(hào)、“Б3”信號(hào)、剩油1.5 t告警燈、剩油0.6 t告警燈顯示。原理框圖如圖2所示。

圖2 剩油0.6 t告警燈原理框圖

圖2中ДСМК9-3傳感器電氣原理圖如圖3所示，隨著2號(hào)油箱消耗艙液面下降，傳感器內(nèi)部的磁浮子下降，當(dāng)磁浮子下降一定高度時(shí)，磁控密封觸點(diǎn)接通。傳感器設(shè)置3對(duì)磁控觸點(diǎn)，每對(duì)磁控觸點(diǎn)各有兩個(gè)觸點(diǎn)，形成三組信號(hào)支路，分別向電子變換器發(fā)送信號(hào)。當(dāng)傳感器ДСМК發(fā)送任意2對(duì)磁控觸點(diǎn)正常工作信號(hào)時(shí)，電子變換器組合形成的剩油0.6 t信號(hào)經(jīng)半導(dǎo)體繼電器組合處理后輸出+27 V驅(qū)動(dòng)信號(hào)，分別送到前、后座艙操縱臺(tái)ПКУ，油泵檢查儀，飛參，ЭКРАН和語(yǔ)音告警系統(tǒng)。前、后座艙操縱臺(tái)ПКУ檢查儀分別控制前、后座艙的油量-耗量顯示器上剩油0.6 t告警燈。

圖3 傳感器ДСМК9-3電氣原理圖

3 故障分析

3.1 故障樹(shù)分析

通過(guò)故障現(xiàn)象及原理分析，將“發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)后，油量顯示2 t，剩油0.6 t告警燈燃亮作為頂事件”，進(jìn)行故障樹(shù)分析，如圖4所示。

圖4 故障樹(shù)

3.2 故障原因分析

根據(jù)故障現(xiàn)象和原理分析可知，發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)后，剩油0.6 t告警燈燃亮，可能因?yàn)?號(hào)油箱內(nèi)各油泵停止工作后，消耗艙不密封導(dǎo)致燃油液位下降，使得傳感器ДСМК的觸點(diǎn)接通導(dǎo)致。按壓“油泵”按鈕，起動(dòng)電動(dòng)泵開(kāi)始工作，將2號(hào)油箱內(nèi)燃油抽到消耗艙，消耗艙燃油液位上升，傳感器ДСМК觸點(diǎn)斷開(kāi)，導(dǎo)致剩油0.6 t告警燈不再燃亮。當(dāng)再次松開(kāi)“油泵”按鈕，起動(dòng)電動(dòng)泵停止工作，消耗艙液位再次下降，約10 s后傳感器ДСМК的觸點(diǎn)再次接通，剩油0.6 t告警燈再次燃亮。以上分析說(shuō)明傳感器ДСМК燃亮及相關(guān)的電氣附件工作正常，剩油0.6 t告警燈燃亮異常是因?yàn)橄呐摬幻芊?，燃油平面低于傳感器ДСМК觸點(diǎn)接通液面所致。

通過(guò)圖4所示的故障樹(shù)可以看出，如果消耗艙與2號(hào)油箱之間的板式單向活門(mén)不密封、平面度不好，以及消耗艙與2號(hào)油箱之間的壁板連接處密封膠不密封均會(huì)導(dǎo)致消耗艙燃油快速泄漏，使消耗艙燃油液面低于傳感器導(dǎo)致剩油0.6 t告警燈燃亮。打開(kāi)2號(hào)油箱上蓋板，目視檢查，發(fā)現(xiàn)消耗艙與2號(hào)油箱之間的板式單向活門(mén)密封良好，產(chǎn)品返回修理單位進(jìn)行模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明漏油量符合工藝要求，排除單向活門(mén)不密封故障。

為了進(jìn)一步確定故障，采用重力加油的方式將消耗艙內(nèi)的燃油加至剩油0.6 t告警燈滅，通過(guò)試驗(yàn)觀察，發(fā)現(xiàn)消耗艙與2號(hào)油箱之間的壁板連接處在4個(gè)拐角處有燃油泄漏，可以初步確定故障為連接處密封膠不密封導(dǎo)致。在油箱班的配合下于拐角處重新涂膠，放置24 h后重新加油，故障消失。

3.3 故障返查

為了進(jìn)一步判斷該故障現(xiàn)象是否為偶發(fā)類(lèi)故障，對(duì)五年內(nèi)該系列機(jī)型故障檢查階段及出廠(chǎng)階段查出的燃油系統(tǒng)故障進(jìn)行了返查。發(fā)現(xiàn)該故障的故障樹(shù)下“電氣部分”導(dǎo)致的故障近年來(lái)僅出現(xiàn)1起，而因“機(jī)械部分”原因，即“消耗艙密封性差、燃油泄漏”導(dǎo)致的燃油系統(tǒng)故障近年來(lái)發(fā)生6起，詳細(xì)故障情況見(jiàn)表1。

由表1可以看出，這類(lèi)由于燃油油箱密封問(wèn)題或類(lèi)似問(wèn)題導(dǎo)致的燃油系統(tǒng)故障近年來(lái)出現(xiàn)較多，分析表明該類(lèi)故障往往由于結(jié)構(gòu)或活門(mén)等密封問(wèn)題導(dǎo)致，此類(lèi)問(wèn)題的出現(xiàn)與材料老化、部件工作時(shí)長(zhǎng)有關(guān)，檢查時(shí)可能尚未出現(xiàn)問(wèn)題。此外，該類(lèi)故障往往不明顯，需長(zhǎng)期觀察才能發(fā)現(xiàn)，日常試車(chē)與油序?qū)嶒?yàn)時(shí)檢查時(shí)間不夠長(zhǎng)，泄漏或串油現(xiàn)象較難發(fā)現(xiàn)。

表1 燃油系統(tǒng)故障返查情況表

4 結(jié)束語(yǔ)

該燃油系統(tǒng)故障是由消耗艙壁板不密封導(dǎo)致剩油0.6 t告警燈提前燃亮的故障，在外場(chǎng)維護(hù)過(guò)程中，2號(hào)油箱基本處于滿(mǎn)油狀態(tài)，故障現(xiàn)象不易出現(xiàn)，在試飛后，飛機(jī)剩油較少，使得消耗艙油量多于其他艙的油量，在液面壓差作用下消耗艙壁板不密封，消耗艙燃油泄漏至2號(hào)油箱其他艙，使得液面低于剩油0.6 t告警燈傳感器，導(dǎo)致座艙剩油0.6 t告警燈燃亮。飛機(jī)燃油系統(tǒng)內(nèi)部隔板不密封故障，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)相鄰油箱串油現(xiàn)象，擾亂燃油油量指示監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)飛機(jī)處于長(zhǎng)航時(shí)飛行或轉(zhuǎn)場(chǎng)飛行時(shí)，飛行員需要精確地控制余油量，如余油顯示異常，飛行員將得到錯(cuò)誤信息，很有可能造成發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車(chē)，危及飛行安全，必須高度重視。在某型飛機(jī)大修過(guò)程中，針對(duì)油箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)腐蝕、密封膠老化失效等現(xiàn)象，重點(diǎn)加強(qiáng)油箱結(jié)構(gòu)密封性檢查很有必要，對(duì)易出現(xiàn)密封失效的油箱壁板連接拐角處建議重新涂膠密封。