解 寧，安 剛

(1.南京航空航天大學(xué)機電學(xué)院，江蘇 南京 210016)(2.國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖 340200)

飛機燃油系統(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發(fā)動機供給燃油。由于飛機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]對某型飛機油箱內(nèi)穿電纜的導(dǎo)管接嘴漏油現(xiàn)象進行了分析，王占勇等[5]對某型飛機燃油系統(tǒng)滿油告警現(xiàn)象進行了分析，其他學(xué)者也對典型燃油系統(tǒng)故障進行了分析研究，但對大修后飛機的燃油油箱滲油串油現(xiàn)象尚無相關(guān)研究[6-12]。某型飛機在大修試飛階段，機組人員發(fā)現(xiàn)飛機燃油油量系統(tǒng)異常告警，剩油0.6 t告警燈提前燃亮，該型飛機燃油系統(tǒng)的供輸油工作由機載附件自動控制，除應(yīng)急放油和防火開關(guān)外，無需飛行員操作，僅通過儀表板上的油量-耗量表指示器進行燃油油量監(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，對飛機航程和飛行員的飛行判斷有重要的意義，一旦飛行時油量系統(tǒng)出現(xiàn)故障，有可能出現(xiàn)嚴(yán)重后果。為研究該故障，本文對燃油系統(tǒng)進行了原理分析，繪制了故障樹，并對基本事件進行了檢查排除，最終解決了該故障。通過故障返查，發(fā)現(xiàn)此類故障近年來在大修飛機中出現(xiàn)較多，且原因較典型，有必要增加針對性檢查，從而降低故障發(fā)生概率，提高修理效率。

1 故障現(xiàn)象

某型三次大修飛機試飛第一起落后，機組人員檢查飛機剩余油量時發(fā)現(xiàn)油量-耗量表指示器上剩油0.6 t告警燈燃亮，此時飛機實際剩油量為2 t，按壓“油泵”按鈕(驅(qū)動電動泵輸油)后剩油0.6 t告警燈滅，松開按鈕約10 s后又重新燃亮，飛機加油至4 t時剩油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)包括飛機油箱布置與結(jié)構(gòu)、飛機輸油系統(tǒng)、飛機油量監(jiān)控與告警系統(tǒng)，下面對相關(guān)系統(tǒng)涉及該故障的相關(guān)部分分別進行介紹和分析。

2.1 飛機油箱布置及2號油箱結(jié)構(gòu)概述

某型飛機的燃油儲存在4個油箱內(nèi)，1號和2號為2個中翼油箱，3號油箱由機翼的左、右外機翼內(nèi)的2個隔艙組成，4號油箱在機身尾段左、右發(fā)動機艙之間，所有油箱均為結(jié)構(gòu)密封油箱。

在4個油箱中，2號油箱同時負(fù)責(zé)燃油的存儲、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)動機燃油的油艙，各油箱燃油均輸往該油艙)，前艙在中央翼25框、1號腹板與飛機主起落架艙的側(cè)腹板之間，左、右側(cè)艙在中央翼1、3號腹板和左、右4、8號翼肋之間，后艙在中央翼2、3號腹板和左右4號翼肋之間。各艙之間有便于燃油流動的單向活門(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)簡圖

2.2 飛機輸油系統(tǒng)工作過程概述

2.2.1用油順序

飛機滿加油狀態(tài)時，4個油箱均為滿油狀態(tài)，此時飛機的用油順序為：1號油箱耗完—消耗4號油箱部分燃油—3號油箱耗完—2號油箱后艙余油500 kg，4號油箱向2號油箱輸油至耗完—2號油箱前艙、后艙、側(cè)艙耗完—消耗艙耗完。

飛機基本加油狀態(tài)時，2、3、4油箱在滿油狀態(tài)， 1號油箱無燃油，此時的用油順序為：消耗4號油箱部分燃油—3號油箱耗完—2號油箱后艙余油500 kg，4號油箱向2號油箱輸油至耗完—2號油箱前艙、后艙、側(cè)艙耗完—消耗艙耗完。

2.2.2輸油控制過程

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

3號油箱油盡后，繼續(xù)消耗2號油箱的燃油，當(dāng)2號油箱液面低于射流傳感器的設(shè)置液面時，動力燃油(用于控制燃油輸油系統(tǒng)，由發(fā)動機通過飛機附件機匣單獨帶動)被輸送到安裝在4號油箱的運行活門，控制運行活門打開，輸送控制運行活門的動力燃油到2號油箱后艙的輸油活門和4號油箱的輸油射流泵，打開輸油活門，開始從4號油箱輸油。同時，動力燃油還從散熱電動泵經(jīng)液面射流傳感器被輸送到備用輸油活門。

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

當(dāng)4號油箱油盡時，從信號傳感器發(fā)出信號。使“Б4”箱油燈亮并使備份電動泵ЭЦНГ-10斷電，同時接通左起落架艙的電磁閥，電磁閥打開，接通液面射流傳感器的截斷噴嘴，關(guān)閉運行活門，也就關(guān)閉了輸油活門和輸油燃油泵。電磁閥打開的同時，也就接通了4號油箱剩余燃油抽吸射流泵。

繼續(xù)消耗2號油箱后艙、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，信號傳感器發(fā)出信號，使剩油0.6 t告警燈亮，并發(fā)出語音信號“余油600 kg”。前艙中的動力燃油經(jīng)過防虹吸單向活門和2個油濾進入液面射流傳感器的供油噴嘴和截斷噴嘴及電磁閥。防虹吸單向活門的作用是防止發(fā)動機停車時燃油從2號油箱串流到其他油箱。

2.3 飛機油量監(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進行的，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。油量-耗量表指示器有兩個刻度盤：一個油量表刻度盤，一個耗量表刻度盤。飛機上燃油總儲存量顯示在耗量表的刻度盤上，2號油箱燃油儲存量和4號油箱部分燃油儲存量顯示在油量刻度盤上。按照用油順序，油箱中各油箱的油盡信號和1 500 kg、600 kg余油信號由油量-耗量表指示器上的燈光信號“Б1”信號、“Б3”信號、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，磁控密封觸點接通。傳感器設(shè)置3對磁控觸點，每對磁控觸點各有兩個觸點，形成三組信號支路，分別向電子變換器發(fā)送信號。當(dāng)傳感器ДСМК發(fā)送任意2對磁控觸點正常工作信號時，電子變換器組合形成的剩油0.6 t信號經(jīng)半導(dǎo)體繼電器組合處理后輸出+27 V驅(qū)動信號，分別送到前、后座艙操縱臺ПКУ，油泵檢查儀，飛參，ЭКРАН和語音告警系統(tǒng)。前、后座艙操縱臺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 故障樹分析

通過故障現(xiàn)象及原理分析，將“發(fā)動機停車后，油量顯示2 t，剩油0.6 t告警燈燃亮作為頂事件”，進行故障樹分析，如圖4所示。

圖4 故障樹

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)動機停車后，剩油0.6 t告警燈燃亮，可能因為2號油箱內(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的觸點接通導(dǎo)致。按壓“油泵”按鈕，起動電動泵開始工作，將2號油箱內(nèi)燃油抽到消耗艙，消耗艙燃油液位上升，傳感器ДСМК觸點斷開，導(dǎo)致剩油0.6 t告警燈不再燃亮。當(dāng)再次松開“油泵”按鈕，起動電動泵停止工作，消耗艙液位再次下降，約10 s后傳感器ДСМК的觸點再次接通，剩油0.6 t告警燈再次燃亮。以上分析說明傳感器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為消耗艙不密封，燃油平面低于傳感器ДСМК觸點接通液面所致。

通過圖4所示的故障樹可以看出，如果消耗艙與2號油箱之間的板式單向活門不密封、平面度不好，以及消耗艙與2號油箱之間的壁板連接處密封膠不密封均會導(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2號油箱上蓋板，目視檢查，發(fā)現(xiàn)消耗艙與2號油箱之間的板式單向活門密封良好，產(chǎn)品返回修理單位進行模擬試驗，試驗結(jié)果表明漏油量符合工藝要求，排除單向活門不密封故障。

為了進一步確定故障，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，通過試驗觀察，發(fā)現(xiàn)消耗艙與2號油箱之間的壁板連接處在4個拐角處有燃油泄漏，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

為了進一步判斷該故障現(xiàn)象是否為偶發(fā)類故障，對五年內(nèi)該系列機型故障檢查階段及出廠階段查出的燃油系統(tǒng)故障進行了返查。發(fā)現(xiàn)該故障的故障樹下“電氣部分”導(dǎo)致的故障近年來僅出現(xiàn)1起，而因“機械部分”原因，即“消耗艙密封性差、燃油泄漏”導(dǎo)致的燃油系統(tǒng)故障近年來發(fā)生6起，詳細(xì)故障情況見表1。

由表1可以看出，這類由于燃油油箱密封問題或類似問題導(dǎo)致的燃油系統(tǒng)故障近年來出現(xiàn)較多，分析表明該類故障往往由于結(jié)構(gòu)或活門等密封問題導(dǎo)致，此類問題的出現(xiàn)與材料老化、部件工作時長有關(guān)，檢查時可能尚未出現(xiàn)問題。此外，該類故障往往不明顯，需長期觀察才能發(fā)現(xiàn)，日常試車與油序?qū)嶒灂r檢查時間不夠長，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

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，在外場維護過程中，2號油箱基本處于滿油狀態(tài)，故障現(xiàn)象不易出現(xiàn)，在試飛后，飛機剩油較少，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。飛機燃油系統(tǒng)內(nèi)部隔板不密封故障，會導(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)飛機處于長航時飛行或轉(zhuǎn)場飛行時，飛行員需要精確地控制余油量，如余油顯示異常，飛行員將得到錯誤信息，很有可能造成發(fā)動機空中停車，危及飛行安全，必須高度重視。在某型飛機大修過程中，針對油箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)腐蝕、密封膠老化失效等現(xiàn)象，重點加強油箱結(jié)構(gòu)密封性檢查很有必要，對易出現(xiàn)密封失效的油箱壁板連接拐角處建議重新涂膠密封。