劉龍魁

(中國南方航空工業(yè)(集團)有限公司,湖南株洲 412002)

燃油系統(tǒng)氣塞導(dǎo)致發(fā)動機空中停車的一起典型故障分析

劉龍魁

(中國南方航空工業(yè)(集團)有限公司,湖南株洲 412002)

燃油系統(tǒng)氣塞現(xiàn)象發(fā)生在燃油系統(tǒng)管路和附件內(nèi)部,具有相當(dāng)?shù)碾[蔽性,很容易被人們忽視。本文通過對外場發(fā)生的一起因燃油系統(tǒng)排氣不良造成氣塞導(dǎo)致某渦軸發(fā)動機空中停車故障進(jìn)行分析,提出改進(jìn)措施,以期提高發(fā)動機工作穩(wěn)定性和直升機飛行安全性。

燃油系統(tǒng) 氣塞 渦軸發(fā)動機 空中停車

1 引言

某型直升機裝有兩臺渦軸發(fā)動機,由安裝在直升機同側(cè)的前后兩個燃油箱分別給兩臺發(fā)動機供給燃油。每臺發(fā)動機有一套獨立的供油系統(tǒng),前油箱給左發(fā)供油,后油箱給右發(fā)供油。左右發(fā)動機的輸油管路之間有導(dǎo)管連接,平時由供油選擇閥隔斷,當(dāng)任一套供油系統(tǒng)中的燃油增壓泵或單向閥故障時,可通過供油選擇閥的功能切換實現(xiàn)交輸供油,一個油箱同時向兩臺發(fā)動機連續(xù)供油, 當(dāng)任一臺發(fā)動機故障時,可通過供油選擇閥的功能切換實現(xiàn)轉(zhuǎn)輸供油,前后油箱同時向另一臺發(fā)動機供油。

燃油系統(tǒng)的組成如圖1所示,其流程如下：

當(dāng)燃油系統(tǒng)附件或供油管路中存在大量的空氣泡未及時排除時,會形成氣塞,造成供油管路堵塞,它將破壞發(fā)動機的正常供油,甚至可能造成燃油供油中斷,導(dǎo)致發(fā)動機停車。

2 故障現(xiàn)象

2013年5月,某架直升機剛完成燃油增壓泵定期檢查工作,便接到了試飛任務(wù)。15時12分,該機地面開車后工作正常,機組駕駛直升機原地懸停約2分鐘,工作正常。隨后到1號旗門進(jìn)行懸停檢查(懸停高度約5米)。15時16分,飛行員發(fā)現(xiàn)直升機“主警告”燈閃亮、“右電調(diào)故障”、“助力器卡滯”燈燃亮,立即報告指揮員。在報告過程中,機組聽到“旋翼轉(zhuǎn)速低”語音告警,同時發(fā)現(xiàn)“左發(fā)燃壓低”、“旋翼轉(zhuǎn)速低”燈燃亮,左發(fā)Ng、Q值迅速下降至0,T4.5溫度下降,機組判定左發(fā)動機停車,報告指揮員。按照單發(fā)處置操縱直升機于15時17分安全著陸。

右發(fā)動機關(guān)閉前,“右電調(diào)故障”、“左發(fā)燃壓低”、“助力器卡滯”燈燃亮,前艙“前泵”斷路器斷開,左發(fā)燃油壓力為0.11MPa。隨后,按正常程序關(guān)閉右發(fā)動機。

3 故障機理分析

3.1 空中停車時的發(fā)動機參數(shù)判讀

圖1 直升機燃油系統(tǒng)圖

圖2 左發(fā)停車數(shù)據(jù)

圖3 右發(fā)工作數(shù)據(jù)

對發(fā)動機數(shù)控系統(tǒng)通電檢查,并讀取數(shù)控系統(tǒng)停車數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)。對數(shù)控系統(tǒng)雙發(fā)停車數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,故障現(xiàn)象與飛行員描述基本吻合,以下分段對數(shù)據(jù)情況進(jìn)行詳細(xì)描述：

直升機油箱增壓泵關(guān)閉前,如圖2所示中的第1段,發(fā)動機ng轉(zhuǎn)速為94%,T45溫度為670℃,發(fā)動機燃油壓力Pt為0.52MPa,發(fā)動機和數(shù)控系統(tǒng)工作正常;

直升機油箱增壓泵關(guān)閉后,如圖2所示中的第2段,發(fā)動機ng轉(zhuǎn)速為維持在94%左右,T45溫度為670℃,發(fā)動機燃油壓力Pt為0.43MPa,此段時間為8.5秒;

發(fā)動機燃油壓力Pt從0.43MPa下降到0.09MPa,如圖2所示中的第3段,此段時間內(nèi)前半段發(fā)動機工作穩(wěn)定,后半段發(fā)動機狀態(tài)開始有所下降,此段時間為5.1秒;

之后,發(fā)動機熄火停車,如圖2所示中的第4段,從此時的數(shù)據(jù)可以看出,發(fā)動機是由于斷油導(dǎo)致停車。

從右發(fā)的停車數(shù)據(jù)可以看出,在整個停車過程中,數(shù)控系統(tǒng)未出現(xiàn)“右發(fā)電調(diào)故障”,與飛行員所描述的“右電調(diào)故障”不吻合,直升機上指示燈可能存在誤指示情況(如圖3)。

3.2 外觀及通電檢查

圖7

圖8

圖9

在保持直升機的狀態(tài)不變的情況下,對兩臺發(fā)動機的外觀進(jìn)行了檢查,外部管路未發(fā)現(xiàn)燃油滲漏;數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行通電檢查及離位檢測,確認(rèn)電子控制器及泵調(diào)節(jié)器無異常;燃油附件檢查,未見燃油滲漏。對直升機進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)前油箱燃油增壓泵短路故障,由于增壓泵自身未設(shè)置短路保護,導(dǎo)致直升機電氣系統(tǒng)斷路器斷開,從而引起“右電調(diào)故障”、“助力器卡滯”警告燈亮。

3.3 建立故障樹

根據(jù)發(fā)動機停車的機理,建立如下的故障樹(如圖4)。

3.4 故障定位

對飛參數(shù)據(jù)進(jìn)行判讀,左發(fā)停車時,直升機操縱信號正常,排除了數(shù)控系統(tǒng)操縱停車的可能性。對停車前數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行判讀,未發(fā)現(xiàn)報故信號;對數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行離位檢查,各傳感器及電液伺服閥工作正常;檢查泵調(diào)節(jié)器,傳動軸轉(zhuǎn)動靈活,無異常,排除數(shù)控系統(tǒng)故障停車的可能性。從發(fā)動機停車前數(shù)據(jù)分析,泵調(diào)節(jié)器進(jìn)口燃油壓力Pt驟降至常壓,供油中斷,因此,故障原因應(yīng)定位于泵調(diào)節(jié)器燃油進(jìn)口前的直升機燃油系統(tǒng)故障。

3.5 驗證試驗

3.5.1 數(shù)控系統(tǒng)工作穩(wěn)定性驗證

更換直升機前油箱燃油增壓泵,并對左發(fā)燃油系統(tǒng)進(jìn)行排氣,左、右發(fā)數(shù)控系統(tǒng)均加裝歷史記錄儀,對開車全過程進(jìn)行記錄。完成準(zhǔn)備工作之后,進(jìn)行地面開車,前、后燃油箱的增壓泵全程處于打開狀態(tài),空中慢車狀態(tài)穩(wěn)態(tài)運行4分鐘后,執(zhí)行正常停車。整個過程發(fā)動機和數(shù)控系統(tǒng)狀態(tài)正常。

3.5.2 故障復(fù)現(xiàn)

在對前期故障現(xiàn)象進(jìn)行故障樹分析的基礎(chǔ)上,為理清故障現(xiàn)象,進(jìn)行兩次故障復(fù)現(xiàn)開車。左發(fā)動機在空慢狀態(tài)對燃油增壓泵進(jìn)行了兩次關(guān)閉開車,均出現(xiàn)停車現(xiàn)象,復(fù)現(xiàn)了故障。

3.5.3 發(fā)動機自吸油能力試驗

3.5.3.1 左右發(fā)離心式增壓泵互換

針對試驗現(xiàn)象,決定交換直升機兩臺發(fā)動機的離心增壓泵,進(jìn)行開車試驗,以驗證左發(fā)離心增壓泵是否工作正常。直升機進(jìn)行了地面試驗,兩臺發(fā)動機起動到空慢,關(guān)閉前后油箱增壓泵,兩臺發(fā)動機均工作正常,故障未復(fù)現(xiàn)。

圖10

圖11 故障的直升機前供油箱(無排氣孔)

a)右發(fā)共進(jìn)行了3次關(guān)增壓泵的操作,空慢兩次,地慢一次,右發(fā)工作正常?？章P(guān)增壓泵各維持110秒和92秒(Ng=88%,T1=35.7℃),燃油壓力由0.487MPa掉到0.389MPa;地慢關(guān)增壓泵各維持26秒(Ng=81%,T1=37℃),燃油壓力由0.446MPa掉到0.345MPa,見圖5。

b)左發(fā)共進(jìn)行了3次關(guān)增壓泵的操作,空慢兩次,地慢一次,左發(fā)工作正常。空慢關(guān)增壓泵各維持150秒、89秒(Ng=86.7%,T1=32℃),燃油壓力由0.473MPa掉到0.38MPa;地慢關(guān)增壓泵維持26秒(Ng=78.8%,T1=32.7℃),燃油壓力由0.423MPa掉到0.326MPa,見圖6。

3.5.3.2 關(guān)泵后發(fā)動機自吸油能力試驗

經(jīng)現(xiàn)場討論,決定在其它直升機上進(jìn)行試驗驗證。在發(fā)動機空慢狀態(tài)下,分別關(guān)閉前后油箱增壓泵。抽取了五架直升機進(jìn)行試驗,試驗結(jié)果均正常,未出現(xiàn)關(guān)泵停車現(xiàn)象。

3.5.3.3 供油系統(tǒng)“氣塞”驗證試驗及檢查

針對開車驗證結(jié)果從故障機理上進(jìn)行了深入的分析,初步認(rèn)為是供油系統(tǒng)內(nèi)有殘留空氣,可能導(dǎo)致斷油停車。按照分析結(jié)果,進(jìn)一步完善了方案并進(jìn)行開車驗證,結(jié)果如下：

將故障直升機左、右發(fā)離心增壓泵恢復(fù)原位后,進(jìn)行開車驗證,未出現(xiàn)停車現(xiàn)象;

模擬故障當(dāng)天對前油箱進(jìn)行的維護工作,將前油箱附件安裝板拆裝后,進(jìn)行開車試驗。

a)左發(fā)空慢(Ng=87.2%,T1=36.2℃)進(jìn)行了關(guān)增壓泵的操作,故障現(xiàn)象復(fù)現(xiàn)。燃油壓力由0.483MPa掉到0.387MPa,維持13秒后,燃油壓力掉到0.091MPa,維持8秒后斷油停車,見圖7、圖8。

b)1小時后,對直升機進(jìn)行再次開車驗證?？章?Ng=87.3%,T1=37℃)進(jìn)行了關(guān)增壓泵的操作。燃油壓力由0.483MPa掉到0.396MPa,維持13.3秒后,燃油壓力掉到0.086MPa,維持8秒后,然后出現(xiàn)Pt的波動,維持約27秒后,燃油壓力恢復(fù)到0.393MPa,穩(wěn)定約39秒,恢復(fù)增壓泵,燃油壓力恢復(fù)正常0.483MPa。第二次關(guān)閉增壓泵,燃油壓力由0.486MPa掉到0.39MPa,工作正常,維持約47秒,恢復(fù)增壓泵,見圖9。

c)第三次開車,左發(fā)空慢(Ng=87.1%,T1=39.3℃)進(jìn)行了3次關(guān)增壓泵的操作,燃油壓力由0.478MPa掉到0.388MPa,分別維持72.7秒、67.8秒和46秒后恢復(fù)增壓泵,發(fā)動機未出現(xiàn)停車現(xiàn)象。

根據(jù)驗證結(jié)果,將該架直升機和另一架直升機的前油箱附件板組件進(jìn)行互換驗證。拆下兩架機的前供油箱進(jìn)行對比檢查時,發(fā)現(xiàn)故障直升機的前供油箱沒有排氣孔,而另一架機的前供油箱有排氣孔,見圖10。

將兩架直升機的前供油箱互換后開車驗證,故障現(xiàn)象轉(zhuǎn)移,原來正常的直升機出現(xiàn)非正常停車。

4 結(jié)論

左發(fā)空中停車的原因：此次飛行前,前油箱增壓泵進(jìn)行了拆裝工作,由于供油箱無排氣孔(漏加工),在完成前增壓泵拆裝后,加油過程中供油箱內(nèi)部分殘留空氣無法排出。飛行中,前燃油增壓泵出現(xiàn)短路故障后,左發(fā)動機進(jìn)入自吸供油狀態(tài),由于氣塞造成供油中斷,導(dǎo)致發(fā)動機空中停車。而當(dāng)直升機停放一定時間后,殘留空氣會通過油箱附件板組件與油箱的安裝邊處釋放出,此時發(fā)動機開車,進(jìn)行關(guān)閉油箱增壓泵操作并不會導(dǎo)致發(fā)動機停車。

[1]發(fā)動機培訓(xùn)手冊,中航工業(yè)航空動力機械研究所,2010-6.

[2]發(fā)動機維護手冊,中航工業(yè)航空動力機械研究所,2010-6.

[3]直升機飛行手冊,中國直升機設(shè)計研究所,2010-7.

劉龍魁,男,出生年月：1982年1月26日,學(xué)歷：大學(xué)本科,職稱：工程師,從事工作：航空發(fā)動機外場維護。