某型發(fā)動機(jī)增設(shè)滑油低壓開關(guān)可行性研究

王 鵬 顏 顏 / Wang Peng Yan Yan

(1.上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院,上海201210;2.上海交通大學(xué)，上海 200240)

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某型發(fā)動機(jī)增設(shè)滑油低壓開關(guān)可行性研究

王 鵬1,2顏 顏1/ Wang Peng1,2Yan Yan1

(1.上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院,上海201210;2.上海交通大學(xué)，上海 200240)

某型民用航空發(fā)動機(jī)服役后，在全球范圍內(nèi)，裝備該機(jī)型的民用客機(jī)在運(yùn)行過程中多次出現(xiàn)由于滑油壓力傳感器故障導(dǎo)致的滑油低壓誤告警，使得飛行員主動關(guān)停發(fā)動機(jī)，從而導(dǎo)致空停。通過安全性分析的方式，對該型發(fā)動機(jī)的滑油系統(tǒng)中增設(shè)滑油低壓開關(guān)來關(guān)閉誤告警問題的可行性進(jìn)行評估，同時對增設(shè)低壓開關(guān)的影響進(jìn)行權(quán)衡，確認(rèn)方法可行，增設(shè)低壓開關(guān)有利于保證該型民用航空發(fā)動機(jī)航線運(yùn)行中的安全性和派遣率。

民用發(fā)動機(jī)；滑油系統(tǒng)；低壓告警信息；空停；誤告警

0 引言

某型民用航空發(fā)動機(jī)使用滑油壓力傳感器對滑油系統(tǒng)壓力進(jìn)行測量，并作為飛機(jī)駕駛艙滑油低壓告警的信號輸入源。在該型發(fā)動機(jī)裝機(jī)服役后，其全球機(jī)隊(duì)多次出現(xiàn)由于滑油壓力傳感器故障而導(dǎo)致的滑油低壓誤告警，使得飛行員必須主動關(guān)停發(fā)動機(jī)，從而導(dǎo)致空停。為關(guān)閉此問題，計(jì)劃通過在發(fā)動機(jī)滑油系統(tǒng)中增設(shè)低壓開關(guān)的方式，與原有的壓力傳感器共同確認(rèn)滑油低壓以避免誤告警。本文采用分析的方法，對增設(shè)滑油低壓開關(guān)的有效性和不利影響進(jìn)行分析，確定該方法的可行性。

1 問題及處理方案

航空發(fā)動機(jī)滑油系統(tǒng)由供油路、回油路和通氣路三部分組成，對發(fā)動機(jī)前、后油池中的軸承以及附件傳動系統(tǒng)中的齒輪進(jìn)行潤滑和冷卻。系統(tǒng)中安裝有傳感器對滑油系統(tǒng)的壓力、溫度、油量、以及滑油濾和磁堵的狀態(tài)進(jìn)行探測，系統(tǒng)構(gòu)架和傳感器布置如圖1所示?；偷膲毫?、溫度和油量參數(shù)將在飛機(jī)駕駛艙實(shí)時顯示，用于飛行員掌控發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)滑油系統(tǒng)出現(xiàn)低壓、超溫、低油量或油濾堵塞等故障時，相關(guān)傳感器能夠迅速觸發(fā)駕駛艙的告警，向飛行員進(jìn)行指示告警。

該型發(fā)動機(jī)裝配的滑油壓力傳感器實(shí)時測量供油路的壓力，持續(xù)輸出壓力信號。其理論故障率為1.09E-5，但在2010年全球機(jī)隊(duì)服役過程中，該壓力傳感器產(chǎn)生的滑油低壓誤告警導(dǎo)致數(shù)次人工停車。為處理此問題，考慮在滑油壓力傳感器鄰近的下游位置增設(shè)滑油低壓開關(guān)，由低壓開關(guān)和壓力傳感器共同測量滑油壓力，當(dāng)兩者均探測到滑油壓力低時，才能夠觸發(fā)駕駛艙的“低滑油壓力”告警。

圖1 滑油系統(tǒng)及傳感器布置構(gòu)架

2 低壓開關(guān)原理

計(jì)劃增設(shè)的滑油低壓開關(guān)為壓敏電阻式，對滑油濾出口和附件齒輪箱中滑油壓力的差值進(jìn)行測量?；蜑V的出口油壓和附件齒輪箱內(nèi)部油壓均進(jìn)入一個與止動環(huán)隨動的膜盒內(nèi)，兩油壓分別位于膜盒中膜片的兩側(cè)，同時該止動環(huán)位于整個電流環(huán)路中，保證環(huán)路閉合。當(dāng)兩個壓力出現(xiàn)壓差時，壓力差作用于膜片上，膜片受壓變形彎曲使得與之相連的止動環(huán)位置變化輸出能夠轉(zhuǎn)化為壓力數(shù)據(jù)的電流信號。低壓開關(guān)增加了壓力門限值，當(dāng)其探測得到的滑油壓力低于門限值時，低壓開關(guān)將會輸出信號。

3 增設(shè)低壓開關(guān)有效性分析

發(fā)動機(jī)滑油系統(tǒng)增設(shè)低壓開關(guān)前，駕駛艙的低滑油壓力告警的觸發(fā)僅由壓力傳感器的測量結(jié)果確定。當(dāng)壓力傳感器出現(xiàn)掉電或自身故障時，傳感器輸出滑油壓力為0，發(fā)動機(jī)控制器(FADEC)解析滑油系統(tǒng)已處于低壓狀態(tài)，駕駛艙中“Warning”級別的“低滑油壓力”告警將被直接觸發(fā)。按照飛機(jī)機(jī)組操作手冊的要求，此狀態(tài)下為避免轉(zhuǎn)子爆破等更嚴(yán)重的事故，飛行員必須主動關(guān)停發(fā)動機(jī)，從而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)空停，具體邏輯如圖2所示。

圖2 僅有滑油壓力傳感器時告警執(zhí)行邏輯

增設(shè)滑油低壓開關(guān)后，壓力傳感器和低壓開關(guān)的信號均傳遞至FADEC進(jìn)行解析，F(xiàn)ADEC執(zhí)行“與”邏輯判斷。當(dāng)?shù)蛪洪_關(guān)“低壓”信號和壓力傳感器測量得到滑油壓力低于限制值的信號同時出現(xiàn)，駕駛艙的低滑油壓力告警才會被觸發(fā)，如圖3所示。低壓開關(guān)的故障率為1.40E-6，增設(shè)該開關(guān)后，能夠?qū)⒒偷蛪赫`告警導(dǎo)致發(fā)動機(jī)空停的概率由1.09E-5降低至1.53E-11，使滑油低壓誤告警成為極不可能發(fā)生的事件。

圖3 增設(shè)低壓開關(guān)后高警執(zhí)行邏輯

4 增設(shè)低壓開關(guān)的不利影響分析

增設(shè)低壓開關(guān)可能導(dǎo)致“發(fā)動機(jī)滑油已低壓但未告警”的事件，采用分析的方法對故障概率進(jìn)行確認(rèn)。

(1)壓力傳感器正常，低壓開關(guān)故障，導(dǎo)致滑油已低壓但未告警的故障。

滑油已低壓但未告警故障的概率=

1/[1/(低壓開關(guān)自身故障率×滑油低壓概率)+ 1/(低壓開關(guān)供電故障率×滑油低壓概率)+1/(低壓開關(guān)電纜故障率×滑油低壓概率)]=

= 7.51E-14。

(2)低壓開關(guān)正常，壓力傳感器故障，可能導(dǎo)致滑油已低壓但未告警的故障。

滑油已低壓但未告警的概率=

1/[1/(壓力傳感器自身故障率×滑油低壓概率)+1/(壓力供電故障率×滑油低壓概率)+1/(壓力電纜故障率×滑油低壓概率)]=

=6.84E-14。

由壓力傳感器或低壓開關(guān)故障導(dǎo)致的“滑油已低壓但未告警”的最大概率僅為6.84E-14，屬于極不可能發(fā)生事件。因此，增設(shè)滑油低壓開關(guān)不會導(dǎo)致其他故障的產(chǎn)生。

5 結(jié)論

經(jīng)過分析，通過增設(shè)滑油低壓開關(guān)，能夠有效避免由于滑油壓力傳感器故障引發(fā)低滑油壓力誤告警，以及進(jìn)一步導(dǎo)致的發(fā)動機(jī)空停，從而確保裝備該型發(fā)動機(jī)的民用客機(jī)在航線運(yùn)行中的安全性和派遣率。增設(shè)低壓開關(guān)后，不會帶來其他的故障隱患。考慮長期的航線運(yùn)營需求，應(yīng)重新安裝低壓開關(guān)。

[1] SAE. AS5780A (R) Specification for Aero and Aero-Derived Gas Turbine Engine Lubricants [S]. U.S.A. 2000.

[2] SAE AIR 1828AV001 Guide for Oil System Monitoring.

[3] 涂杰，蘇有生，張雷. 2007年度國內(nèi)運(yùn)輸航空器發(fā)動機(jī)使用和空中停車統(tǒng)計(jì)分析[J]中國民用航空，2008，04.

[4]郭杰. CFM56-3C發(fā)動機(jī)滑油壓力低故障分析[J]. 航空維修與工程，2007，02.

Feasibility Analysis of Add Oil Low Pressure Switch on Serviced Civil Engine

(1. Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201210，China ；2. Shangahi Jiao Tong University，Shanghai 200240，China)

After a type civil engine entering into service, the civil aircraft equipped with this type engine occurs oil low pressure alert caused by the failure of oil pressure transducer during operation, and this alert leads pilot to shutoff engine actively and leads to engine shutdown. A safety analysis method is used to evaluate the feasibility of adding an oil low pressure switch in engine oil system, at the same time, the impact of adding switch is traded study. As a result, the method of adding the oil low pressure switch is available and it is advantage to ensure the safety and dispatch for this aircraft service.

civil engine；oil system； low pressure message；in flight shutdown；fault alert

V228.2

A