王立綱

(中國民用航空飛行學(xué)院 廣漢分院，四川 廣漢618307)

0 引言

飛機燃油調(diào)節(jié)裝置是保證飛機在不同的飛行高度、速度，不同的大氣溫度、壓力下，在發(fā)動機的不同轉(zhuǎn)速以及任意改變發(fā)動機工作狀態(tài)時，可靠地供燃油，以保證燃燒穩(wěn)定，不熄火的裝置，是發(fā)動機燃油系統(tǒng)的核心。Cessna 172R飛機自2006年被某飛行訓(xùn)練單位引進后，一直作為飛行訓(xùn)練的初級教練機使用，服役13年來，每架飛機每年平均完成4000多次起落，若燃油調(diào)節(jié)一旦出現(xiàn)故障，導(dǎo)致飛機在著陸滑行中停車，不僅會給后續(xù)飛機的安全落地造成威脅，而且根據(jù)現(xiàn)有航空安全信息報送要求，事發(fā)單位還需要花費大量的人力和時間來進行此類事件的報送和調(diào)查工作，影響正常的運行；隨著飛機機齡的增長，故障發(fā)生的概率也明顯增加，為此必須保持警惕并加以研究，制定相應(yīng)的維修對策，來降低該故障的發(fā)生率，提高燃調(diào)系統(tǒng)的可靠性和安全性，保障飛行教員和飛行學(xué)生的生命安全以及國家財產(chǎn)的安全。本文以實際運行過程中遇到的飛機在地面滑行階段慢車停車故障為研究對象，結(jié)合燃油調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理和歷史故障統(tǒng)計，確定故障發(fā)生的最終原因，再根據(jù)實際維護經(jīng)驗，提出維修對策。

1 故障描述

2018年7月某日，某飛行訓(xùn)練單位一架Cessna 172R飛機執(zhí)行本場夜間起落帶飛訓(xùn)練任務(wù)，飛機在機場落地著陸脫離跑道進入C滑行道后，發(fā)動機慢車轉(zhuǎn)速停車，后由機務(wù)人員牽引回機庫進行檢查。在對飛機和發(fā)動機外觀進行檢查后發(fā)現(xiàn)正常，對飛機的SD卡數(shù)據(jù)進行分析發(fā)現(xiàn)在發(fā)動機停車前的那一階段有明顯的富油現(xiàn)象，且根據(jù)機組人員陳述，在油門桿已經(jīng)收到慢車位后，飛行人員有繼續(xù)向后拉油門桿的動作。因此在故障分析時需要分兩部分，一是研究燃調(diào)系統(tǒng)本身，因為燃調(diào)系統(tǒng)是飛機慢車燃油的控制系統(tǒng)，重點研究慢車調(diào)節(jié)機構(gòu)；二是研究飛行員操縱控制。

2 燃調(diào)系統(tǒng)概述

2.1 燃調(diào)的主要結(jié)構(gòu)及工作原理

Cessna 172R飛機中IO-360-L2A發(fā)動機采用美國Precision公司生產(chǎn)的RSA-5ADl型直接噴射式燃油調(diào)節(jié)器(以下簡稱燃調(diào))，燃調(diào)組成圖如圖1所示，該燃調(diào)系統(tǒng)包括燃調(diào)殼體、文氏管、油門桿、油門、混合比操縱桿、慢車轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)螺釘、慢車混合比調(diào)節(jié)裝置、氣膜、油膜、球閥、慢車恒速彈簧等[1]，如圖1所示。

燃調(diào)主要是由一個空氣流量傳感部件、一個計量部件和一個燃油調(diào)節(jié)部件組成。空氣流量傳感部件(文氏管和空氣薄膜，即圖1中的AB室)通過感受節(jié)氣門處沖壓壓力和文氏管喉部壓力，計量發(fā)動機空氣流量的消耗量，這些壓力作用于一個空氣薄膜的兩側(cè)，空氣薄膜兩側(cè)的壓差為空氣計量力。燃油計量部件(包括球形活門和燃油薄膜，即圖1中的CD室)來計量燃油，其燃油薄膜的一邊作用于進口燃油壓力，另一邊作用于計量燃油壓力，燃油薄膜兩邊的壓差為燃油計量力。燃油調(diào)節(jié)部件：它裝在空氣流量部件上，包括進油濾、慢車混合比調(diào)節(jié)活門、慢車活門及定油嘴等，其功用是計量和調(diào)節(jié)流到流量分配器的燃油。

燃調(diào)的工作原理簡述為：通過計量空氣流量，將空氣流量信號作為一個伺服活門，伺服活門精確地調(diào)節(jié)所需燃油壓力，然后通過燃油控制系統(tǒng)，使得燃油流量與空氣流量成正比[2]，滿足發(fā)動機在各種工作情況下的需要。

2.2 慢車調(diào)節(jié)機構(gòu)組成及功能

RSA-5AD1型燃調(diào)的慢車調(diào)節(jié)機構(gòu)確保發(fā)動機在慢車狀態(tài)能夠穩(wěn)定的工作。主要由風(fēng)門機構(gòu)、風(fēng)門搖臂、慢車轉(zhuǎn)速螺釘、互聯(lián)桿機構(gòu)和慢車供油活門組件等及其他零部件組成，慢車調(diào)節(jié)機構(gòu)圖如圖2所示。各部件主要功能為[3-4]：

(1)風(fēng)門機構(gòu)(風(fēng)門、風(fēng)門軸)：主要控制發(fā)動機進氣量；

(2)風(fēng)門搖臂：通過油門桿鋼索操縱風(fēng)門搖臂打開風(fēng)門；

(3)慢車轉(zhuǎn)速螺釘：控制風(fēng)門搖臂止擋位置，調(diào)節(jié)慢車轉(zhuǎn)速；

(4)互連桿機構(gòu)：主要調(diào)節(jié)慢車供油活門位置，調(diào)節(jié)發(fā)動機慢車混合比；

(5)慢車供油活門組件：控制慢車位燃調(diào)供油量。

圖2慢車調(diào)節(jié)機構(gòu)圖

3 故障分析

3.1 故障統(tǒng)計

Cessna 172R飛機每年在地面滑跑過程中或者在定檢后試車過程中都會發(fā)生多起油門慢車停車故障，共有的現(xiàn)象是地面慢車過富油。根據(jù)換件情況，慢車過富油主要集中在更換互聯(lián)桿機構(gòu)或因燃調(diào)風(fēng)門控制機構(gòu)的綜合間隙過大(風(fēng)門軸、限位釘?shù)炔扛郊L期磨損造成)而換燃調(diào)等。某飛行訓(xùn)練單位該機型2015年至2018年期間地面慢車停車故障次數(shù)統(tǒng)計如圖3 所示，地面慢車停車故障換件情況統(tǒng)計如圖4所示。

圖3地面慢車停車故障次數(shù)統(tǒng)計

圖4地面慢車停車故障換件情況統(tǒng)計

3.2 故障原因分析

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計及初步原理分析認為該故障可能存在兩個方面的原因：一是機械原因，主要是根據(jù)燃調(diào)慢車調(diào)節(jié)機構(gòu)部附件更換狀況得出；二是人的原因，主要是針對飛行人員的操作。

3.2.1 機械原因

(1)風(fēng)門機構(gòu)間隙

當(dāng)油門桿處于慢車位時，風(fēng)門開度已經(jīng)很小，因風(fēng)門軸長期磨損造成的間隙逐漸變大，加上定位彈簧的拉力，油門桿慢車時風(fēng)門控制搖臂實際并未完全靠于止擋位，實際拉桿時克服了綜合間隙后，風(fēng)門開度進一步減小，進氣量在原來的基礎(chǔ)上繼續(xù)減少，但燃油量未減少，從而導(dǎo)致發(fā)動機慢車富油停車。

風(fēng)門軸使用兩個風(fēng)門軸軸套與燃調(diào)殼體相連，工作中風(fēng)門軸在軸套中進行旋轉(zhuǎn)運動，以實現(xiàn)風(fēng)門的開閉，風(fēng)門軸可能出現(xiàn)的運動間隙分為徑向和軸向間隙，風(fēng)門軸裝配示意圖如圖5所示。根據(jù)RSA-5AD1型燃調(diào)翻修手冊，軸向間隙標(biāo)準(zhǔn)值為0.002～0.008 in，該間隙標(biāo)準(zhǔn)在廠家燃調(diào)翻修工藝中已明確，翻修過程嚴格執(zhí)行，可以確保軸向間隙符合要求。徑向間隙(即風(fēng)門軸-軸套之間間隙)分為兩種情況，一是風(fēng)門軸與軸套之間的配合容差，二是兩個軸套之間的同軸度。風(fēng)門軸與軸套之間的配合容差較大時，風(fēng)門軸兩端均出現(xiàn)較大間隙，風(fēng)門軸將在軸套中晃動，造成風(fēng)門位置不在設(shè)定位置。風(fēng)門軸與軸套之間的一端容差大一端容差小，由于容差小的軸套限制了軸的位移量，此時在正常使用時，風(fēng)門能實現(xiàn)正常功能。但若出現(xiàn)用力拉油門桿的情況，風(fēng)門軸由于另一端軸套間隙大，風(fēng)門軸出現(xiàn)彈性變形，風(fēng)門將不再正常功能位。風(fēng)門軸與軸套不同軸有兩種情況，一種情況為風(fēng)門軸軸套研磨不標(biāo)準(zhǔn)；另一種情況為風(fēng)門軸彎曲。這兩種情況在使用中均會出現(xiàn)軸套快速磨損，風(fēng)門軸與軸套之間出現(xiàn)間隙超標(biāo)情況。

(2)限位釘

限位釘由上半部分的膠木環(huán)和下半部分的金屬環(huán)組成，下半部分用膠粘結(jié)于安裝座中，限位釘安裝位置及實物圖如圖6所示。限位釘與慢車轉(zhuǎn)速調(diào)整螺釘配合使用，作為慢車轉(zhuǎn)速調(diào)整螺釘?shù)闹箵?，限制風(fēng)門慢車時的位置。限位釘?shù)乃蓜踊蚱茡p將直接導(dǎo)致風(fēng)門關(guān)小，造成燃調(diào)無法提供足夠的空氣，致使發(fā)動機富油停車。

(3)互連桿機構(gòu)

互連桿機構(gòu)圖如圖7所示，主要由上、下U型夾和中間調(diào)節(jié)螺栓構(gòu)成，并用定位銷釘固定在兩端，上端連接風(fēng)門控制組件，下端連接慢車活門控制組件；2個定位銷中間掛接一根定位彈簧，作用是防止調(diào)節(jié)螺釘由于發(fā)動機的振動導(dǎo)致螺釘自由轉(zhuǎn)動，造成貧富油混亂；調(diào)節(jié)螺栓上端為細螺紋，下端為粗螺紋。

圖7 互連桿機構(gòu)圖

互連桿調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)一個齒變化量約為20 rpm，混合比轉(zhuǎn)速變化量最合適的范圍是增加10～50 rpm。慢車供油控制活門開度大小受互連桿長度影響，順時針轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺栓，互連桿長度增加，活門旋轉(zhuǎn)使出油孔開度增大，供油量增加，混合氣變富油，反之，則變貧油。在操作過程中，互連桿機構(gòu)上下U型夾、定位銷釘、調(diào)節(jié)螺釘會持續(xù)的磨損，過大的間隙也將導(dǎo)致發(fā)動機油氣混合比例不符合要求，使發(fā)動機富油停車。并且該處的磨損間隙使用彈簧是無法消除的。

(4)燃調(diào)進氣道處污染

進氣道不屬于定期維護的位置，而空氣中微小的雜質(zhì)進入進氣道積累附著會形成污垢。污垢直接影響發(fā)動機進氣量，在慢車位風(fēng)門開度不變的情況下，污垢越厚，進氣量越小，發(fā)動機越富油[5]。

3.2.2 飛行操縱原因

正常情況下飛機在著陸滑跑過程中，機組人員應(yīng)該單手握住油門桿，油門置于慢車位，根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)油門開度，使用剎車來實現(xiàn)減速[6]。但根據(jù)實際的調(diào)研得知，大部分飛行教員和飛行學(xué)生認為油門也是著陸滑行中可用的減速裝置，可以通過一直拉住油門實現(xiàn)有效減速。

因此，在僅使用剎車達不到預(yù)期的減速效果想時，尤其是在學(xué)生機組訓(xùn)練情況下，學(xué)生機組會出現(xiàn)在快速脫離跑道情況下的緊張情緒，此時機組人員可能一直拉住油門不放來實現(xiàn)減速，從而導(dǎo)致發(fā)動機過富油或富油停車。

3.3 排故思路

出現(xiàn)故障后，需進行地面試車，在發(fā)動機慢車穩(wěn)定后使用5千克拉力向后拉油門桿，并保持15秒，檢查發(fā)動機是否停車，若出現(xiàn)停車現(xiàn)象或掉轉(zhuǎn)過多時，主要采取以下排故措施：

(1)檢查互聯(lián)桿上貧富油調(diào)節(jié)螺釘齒輪位置

若齒輪太靠近互連桿上部或下部U型夾，應(yīng)將互連桿機構(gòu)取下重新進行調(diào)節(jié)，使齒輪位于中間互連桿位置，并調(diào)節(jié)互連桿長度與之前一致，然后再進行地面試車檢查。

(2)檢查互連桿綜合間隙

若綜合間隙大則更換貧富油調(diào)節(jié)螺桿和上、下部U型夾，視情更換表面磨損嚴重的定位銷和彈性不良的彈簧，然后再進行試車檢查。

(3)檢查進氣道的污染狀況

對燃調(diào)進氣道的污染狀況進行檢查，若污垢較多，則需要進行在位清潔。使用清潔汽油在位清潔燃調(diào)進氣道，重點清潔風(fēng)門最小開度位置內(nèi)壁的污垢。在位清潔時應(yīng)先用膠帶封住靜壓孔，防止掉落的污垢進入靜壓孔。

(4)大部分排故措施是以上3種措施綜合實施，如果上述措施均無法解決問題，則需要直接更換燃調(diào)。

4 使用和維護建議

4.1 針對維修人員的建議

(1)做好發(fā)動機定檢后的試車檢查工作

要使用5千克力拉油門桿，在發(fā)動機保持15秒無明顯抖動、不停車的情況下檢查慢車位拉桿掉轉(zhuǎn)情況[7]，如果存在拉桿后掉轉(zhuǎn)超過300 rpm，則需檢查互連桿間隙或清潔進氣道；或調(diào)節(jié)換車轉(zhuǎn)速或混合比，將慢車轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到700～750 rpm。

(2)注意貧富油調(diào)節(jié)的季節(jié)性特點

不考慮燃調(diào)本身機械故障的原因，空氣密度也是一個主要影響因素，空氣密度主要以溫度作為標(biāo)準(zhǔn)。春、秋兩季早中晚溫差較大，定檢試車時應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)時溫度進行判斷，例如場溫相對當(dāng)日氣溫較高，貧富油可往上限調(diào)節(jié)。夏、冬兩季早中晚溫度較接近，一天內(nèi)場溫場壓一般不會大幅度變化，建議貧富油調(diào)至中間值，即30 rpm。在陰雨天調(diào)節(jié)，可調(diào)上限。

4.2 針對飛行人員的建議

(1)每次飛行前，機組應(yīng)嚴格按照手冊要求檢查慢車轉(zhuǎn)速和混合比，使之符合規(guī)定，并正確進行暖機[8]；

(2)飛機在著陸滑跑過程中，機組人員在收油門至慢車位時不要過度向后拉油門桿，并注意關(guān)注發(fā)動機轉(zhuǎn)速，不能過低。