某型飛機空中輸油順序異常故障分析與預(yù)防

■ 王永勝 蒙曉艷 李繼軍/四達機械制造公司

1 故障描述

某型飛機在飛行中，前艙飛行員發(fā)現(xiàn)前組油箱耗油不正常。檢查前組油量表1800kg，后組油量表900kg。關(guān)閉后組油箱泵電門，后組剩油400kg，前組1800kg。再打開“機翼/副應(yīng)急輸油”，前組油量繼續(xù)下降。著陸后檢查前組剩油1500kg，后組油盡，左右機翼副油箱各消耗約100kg，機翼和機身副油箱滿油。

2 系統(tǒng)工作原理

2.1 輸油原理

控制飛機輸油的附件包括加輸油控制活門、機翼油箱輸油控制活門、增壓閥門電動機構(gòu)、輸油控制活門等，且燃油按給定的耗油順序輸入機身前組油箱，以保證飛機重心在要求的變化范圍。耗油順序為：機身前組油箱消耗60kg至第一控制液面2350kg→機翼副油箱→機身副油箱→機翼油箱→機身前組油箱再消耗500kg至第二控制液面1850kg→機身后組油箱→機身前組油箱。

2.2 增壓原理

機翼、機身副油箱的輸油均為增壓輸油，副油箱中燃油輸盡后，由加輸油控制活門斷電關(guān)閉，并發(fā)出油盡信號。

通氣增壓分系統(tǒng)用于確保飛機在各種飛行狀態(tài)下維持油箱內(nèi)有一定的剩余壓力，以保證輸油系統(tǒng)的正常工作，增壓氣體還作為機翼油箱和副油箱輸油的壓力源，以及輸油控制活門應(yīng)急打開和速壓調(diào)節(jié)器關(guān)閉的壓力源。

副油箱增壓氣體經(jīng)副油箱減壓器和單向活門沿增壓管路分別進入機身、機翼副油箱。當(dāng)副油箱余壓低于105kPa時，減壓器打開，增壓氣體進入副油箱增壓。當(dāng)副油箱余壓等于或大于115kPa時，減壓器關(guān)閉，副油箱QYF-41B安全活門打開，多余氣體被泄掉，保證副油箱余壓在105～115kPa之間。

3 故障定位

3.1 機上檢查情況

對飛機燃油系統(tǒng)進行增壓檢查，當(dāng)副油箱增壓至112kPa時，機身副油箱、機翼副油箱泄壓通氣口有明顯排氣現(xiàn)象，進一步分段檢查排氣管路，機身副油箱安全活門排氣管路有排氣現(xiàn)象（該活門在111kPa時，允許漏氣量不大于2L/min），機翼副油箱安全活門（2件）共用排氣管路有明顯氣流排出，其余附件及管路未見異常，因此可排除副油箱加油通氣活門不密封問題。進一步檢查副油箱增壓管路前端總管路，發(fā)現(xiàn)副油箱減壓器殼體存在明顯漏氣。檢查機翼油箱安全活門排氣管路未見異常，進一步檢查機翼油箱減壓器密封性良好。綜上所述，初步判斷副油箱減壓器工作異常。

氣密檢查后，以最大狀態(tài)抽油，地面設(shè)備指示副油箱增壓壓力迅速由正常供壓壓力112kPa降至80kPa，關(guān)閉地面燃油放油開關(guān)，副油箱增壓壓力回升緩慢（據(jù)地面試驗人員反映超過30s壓力才恢復(fù)），不能及時建立起正常的增壓壓力，無法保證副油箱正常向前組油箱輸油。整個抽油過程中前組油箱油面上升緩慢，表明機翼副油箱輸油慢，副油箱和機翼油箱共用的輸油控制活門能夠打開。打開手動輸油開關(guān)，打開機翼/副油箱應(yīng)急輸油開關(guān)，關(guān)閉地面燃油放油開關(guān)（即不耗油狀態(tài)），將前組油箱油面保持在2100kg（在第一油面與第二油面之間），此時機身前組油箱油面上升，此過程機翼副油箱增壓壓力波動較小，表明副油箱和機翼油箱共用的輸油控制活門能夠在應(yīng)急狀態(tài)下打開。按用油順序，地面減小抽油速度，緩慢抽取燃油，前組油箱油面基本不變，將副油箱燃油逐步抽完，此過程中副油箱增壓壓力波動較小，增壓壓力可以基本保證將副油箱燃油抽完。根據(jù)上述情況，初步判斷副油箱增壓系統(tǒng)存在異常。

更換殼體有明顯漏氣的副油箱減壓器和3件互相連通的副油箱安全活門后，檢查全機燃油系統(tǒng)、燃油增壓系統(tǒng)及相關(guān)附件密封性良好。將機身和機翼加滿油，三個副油箱不加油，地面增壓檢查副油箱和機翼油箱排氣口密封性良好；全機加滿油10050kg，進行燃油系統(tǒng)增壓試驗，副油箱泄壓通氣口和機翼油箱泄壓通氣口密封良好。將地面燃油放油開關(guān)置于全開位置（最大抽油狀態(tài)），當(dāng)前組油箱降至2100kg液面時（在第一油面與第二油面之間），副油箱增壓壓力迅速降至95kPa，關(guān)小地面燃油放油開關(guān)，副油箱增壓壓力快速恢復(fù)至正常壓力值112kPa（據(jù)地面試驗人員反映恢復(fù)時間約15s左右）。副油箱增壓壓力恢復(fù)時間明顯加快，說明用油順序良好。關(guān)閉地面燃油放油開關(guān)，將前組油面保持在2100kg（在第一油面與第二油面之間），檢查副油箱應(yīng)急輸油工作良好，手動輸油工作良好；檢查后組應(yīng)急輸油工作良好。按正常用油順序抽油，用油順序良好。

更換副油箱減壓器、副油箱安全活門，飛機加油后雙發(fā)地面試車。試車過程中用地面設(shè)備監(jiān)測副油箱增壓壓力為107kPa（工作壓力為105～115kPa），單發(fā)進至全加力狀態(tài)，副油箱增壓壓力值保持在107kPa，副油箱燃油耗盡后，機翼油箱開始輸油，機翼副油箱、機身副油箱用油順序良好，飛機燃油系統(tǒng)輸油工作正常。

3.2 附件檢查情況

復(fù)試故障副油箱減壓器性能。殼體結(jié)合面螺紋連接處存在明顯漏氣，出口壓力為122kPa。技術(shù)要求規(guī)定外部應(yīng)密封，不允許漏氣，出口壓力應(yīng)為108+7kPa，因此該減壓器密封性、出口壓力不合格。

對其他相關(guān)附件進行檢查。3件安全活門、1件機翼油箱減壓器、1件輸油控制活門性能復(fù)試正常，技術(shù)指標(biāo)合格。

圖1 減壓器蓋內(nèi)部膜片邊緣情況

圖2 減壓器蓋膜片圓周情況

圖3 減壓器彈簧、活門彈簧、氣濾、活門情況

圖4 減壓器蓋內(nèi)部膜片凸臺外圓情況

將故障副油箱減壓器串裝在修理合格的同型飛機上進行用油順序檢查，發(fā)現(xiàn)機身副油箱、機翼副油箱泄壓通氣口有明顯排氣，按照故障飛機相同方法進行檢查，副油箱增壓壓力迅速由正常供壓壓力112kPa降至85kPa，壓力回升緩慢，不能及時建立起正常的增壓壓力，與故障飛機輸油異?，F(xiàn)象基本一致。

故障件分解檢查。副油箱減壓器外觀良好，未見異常損傷。分解減壓器蓋，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部膜片邊緣與殼體圓周90%周長存在擠壓變形，如圖1所示，膜片圓周有10%周長與殼體分離，間隙約為1.0～2.0mm，如圖2所示。分解檢查減壓器彈簧、活門彈簧、氣濾、活門等其他零組件，未見異常，如圖3所示。進一步分解檢查，發(fā)現(xiàn)該膜片凸臺外圓存在不規(guī)則“飛邊”，如圖4所示，“飛邊”寬度約為0.5～1.0mm（圖紙規(guī)定應(yīng)無飛邊）。

更換該故障件膜片，以飛邊去除干凈的舊品膜片按工藝要求裝配進行試驗，檢查該件密封性良好，檢查出口壓力為112kPa，減壓性能符合技術(shù)要求。

對新舊品膜片實物進行質(zhì)量檢查?，F(xiàn)場在留的1件舊品減壓器膜片凸臺外圓有對飛邊修剪的痕跡，測量凸臺內(nèi)外徑尺寸符合要求。庫存的4件新品膜片凸臺外圓有飛邊修剪的痕跡，測量凸臺內(nèi)外徑尺寸符合要求。分析認為，飛邊修剪工序為操作者手工去除，存在部分膜片飛邊去除不干凈的情況。

以上分析和試驗表明，副油箱減壓器內(nèi)部膜片密封凸臺飛邊未去除干凈導(dǎo)致其外徑尺寸超差，致使膜片外圓處飛邊與殼體內(nèi)側(cè)抵靠，密封凸臺不能與殼體密封凹槽有效貼合，在工作壓力氣流沖擊作用下，膜片凸臺徑向移位致使密封失效，減壓器減壓工作異常，導(dǎo)致副油箱增壓系統(tǒng)工作壓力不能有效保持在最低工作壓力以上。

4 故障原因分析

4.1 系統(tǒng)原因分析

副油箱減壓器殼體連接處存在明顯漏氣，減壓器工作異常；地面正常輸油過程中，減壓器出口實際壓力的最大值和最小值均超出技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)范圍，并且在超出技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)脈動；飛行過程中，當(dāng)增壓壓力掉壓超出增壓壓力下限時，需較長時間才能緩慢回升，然后短時再掉壓至低于技術(shù)要求下限，仍需較長時間才能緩慢回升，由于增壓壓力往復(fù)出現(xiàn)掉壓并持續(xù)時間較長，導(dǎo)致副油箱液面不能建立規(guī)定的最低壓力，輸油異常。

副油箱增壓壓力不能有效保持的直接原因是減壓器不密封，引起增壓壓力超出規(guī)定技術(shù)要求的上下限范圍，且增壓壓力脈動。

4.2 產(chǎn)品原因分析

減壓器不密封是因為減壓器膜片壓膠成型后，密封凸臺外側(cè)多余飛邊去除時未達到圖樣尺寸，膜片凸臺外徑超差最大處約為1.0mm。膜片裝配時，多余飛邊抵靠在殼體內(nèi)側(cè)，使膜片密封凸臺不能與殼體密封凹槽有效貼合。隨著減壓器工作，在氣流壓力沖擊作用下，膜片凸臺徑向移位，密封凸臺與殼體凹槽密封失效。

膜片外購于產(chǎn)品承制廠，該批次膜片尺寸超差是造成此次故障的直接原因。工廠自查也發(fā)現(xiàn)修理中存在工藝不完善、工裝設(shè)備資源配置不足等問題隱患。

5 故障預(yù)防措施

1）補充完善修理工藝，在“準(zhǔn)備裝配”工序中增加檢查膜片應(yīng)無飛邊、膜片凸臺外徑尺寸應(yīng)符合圖紙規(guī)定、當(dāng)存在飛邊時應(yīng)予以修剪的要求。在“裝配”工序中增加膜片組裝入殼體后，應(yīng)檢查膜片外圓與殼體內(nèi)圓配合不能抵靠并無明顯間隙的要求。

2）增置組裝專用工裝，消除裝配中減壓器膜片外圓與殼體相互運動，造成膜片表面出現(xiàn)褶皺、損傷的現(xiàn)象。