某發(fā)動(dòng)機(jī)燃油泄漏故障研究

馬安權(quán) 黃小衛(wèi)

摘要：基于某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及表面完整性要求，通過(guò)對(duì)本次燃油泄漏故障的機(jī)理進(jìn)行研究，提出了同類(lèi)結(jié)構(gòu)及表面完整性維修改進(jìn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；燃油導(dǎo)管；泄漏；卡箍；襯套

Keywords：engine；fuel pipe；leakage；clamp；bush

0 引言

某型發(fā)動(dòng)機(jī)在役使用過(guò)程中發(fā)生一起燃油泄漏故障，危及飛行安全。經(jīng)在翼檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)高壓燃油泵至高壓燃油過(guò)濾器間燃油導(dǎo)管卡箍固定處管壁磨穿，導(dǎo)致燃油泄漏。為進(jìn)一步明晰故障機(jī)理，杜絕同類(lèi)故障再次發(fā)生，對(duì)故障部位導(dǎo)管、卡箍及銅襯套的安裝狀態(tài)、磨損情況進(jìn)行了宏觀檢查，對(duì)故障機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并對(duì)維修技術(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)改進(jìn)。

1 故障模式

某飛機(jī)進(jìn)行跨晝夜飛行，再次出動(dòng)前檢查發(fā)現(xiàn)右發(fā)動(dòng)機(jī)艙下部燃油滲漏。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，右發(fā)動(dòng)機(jī)高壓燃油泵出口導(dǎo)管卡箍松動(dòng)（見(jiàn)圖1），導(dǎo)管與卡箍存在異常磨損，銅襯套與機(jī)匣相鄰弧面嚴(yán)重磨損（缺失近1/3），導(dǎo)管與機(jī)匣相鄰弧面磨穿（見(jiàn)圖2），導(dǎo)致高壓燃油嚴(yán)重泄漏，危及飛行安全。

2 故障機(jī)理分析

根據(jù)故障發(fā)動(dòng)機(jī)返廠檢查情況，從結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計(jì)、制造、維修、使用和維護(hù)等方面進(jìn)行了系統(tǒng)梳理，結(jié)合其工作特點(diǎn)進(jìn)行分析，具體如下。

2.1 導(dǎo)管裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

1）利用“卡箍、銅襯套、導(dǎo)管同軸度控制點(diǎn)1”處的卡箍定位點(diǎn)間距離等結(jié)構(gòu)尺寸及其與導(dǎo)管軸線安裝角度，控制三者間的同軸度，以降低安裝應(yīng)力，其中導(dǎo)管與卡箍同軸度要求不大于2.0mm，安裝到位后，卡箍上下兩部分對(duì)接部位基本平齊、無(wú)明顯錯(cuò)位。

2）以“導(dǎo)管固定支點(diǎn)與導(dǎo)管軸線相對(duì)位置關(guān)系控制點(diǎn)2”作為剛性固定支點(diǎn)，利用附件機(jī)匣阻尼作用降低發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中的導(dǎo)管振動(dòng)應(yīng)力。

3）利用厚度1mm的M3（軟態(tài)）（俄方選材，對(duì)應(yīng)國(guó)產(chǎn)T3（軟態(tài)）紫銅，國(guó)內(nèi)同類(lèi)件設(shè)計(jì)選材提升為紫銅T2（軟態(tài)））銅襯套良好的延展性和較低的抗拉強(qiáng)度特性，在預(yù)期的裝配應(yīng)力下易變形，以達(dá)到對(duì)卡箍和導(dǎo)管配合間隙局部不均勻的補(bǔ)償效能，使三者間形成理想的約束狀態(tài)（充分接觸、小緊度配合），工作時(shí)不產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

4）導(dǎo)管選材對(duì)應(yīng)國(guó)產(chǎn)1Gr18Ni9Ti的Φ12×0.8無(wú)縫鋼管，其具有較好的彈性和延展性，可進(jìn)行冷彎校形。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)通用設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，該導(dǎo)管為無(wú)圖樣設(shè)計(jì)，制造時(shí)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配實(shí)樣進(jìn)行彎管制作標(biāo)準(zhǔn)樣件，因此其外形空間幾何尺寸設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)準(zhǔn)確定義，允許裝配時(shí)進(jìn)行局部冷彎校形或更換以滿足裝配要求。

5）卡箍選材對(duì)應(yīng)國(guó)產(chǎn)1Gr11NiW-2MoV鋼板，成型厚度為2mm。

2.2 導(dǎo)管、卡箍、銅襯套維修、裝配設(shè)計(jì)

參照發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、表面完整性要求，核查該型發(fā)動(dòng)機(jī)維修設(shè)計(jì)輸出的大修指南及使用維護(hù)說(shuō)明書(shū)等文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)存在以下不足：

1）未針對(duì)銅襯套材質(zhì)及該部位工作易產(chǎn)生冷作硬化的特點(diǎn)將其規(guī)定為必?fù)Q件，也未明確要求對(duì)銅襯套進(jìn)行退火軟化、光亮處理。

2）卡箍修理技術(shù)要求僅定義為無(wú)明顯變形及外觀損傷，對(duì)其外觀尺寸無(wú)明確檢查要求，也無(wú)標(biāo)準(zhǔn)樣件對(duì)比進(jìn)行校形及驗(yàn)收要求。

3）對(duì)導(dǎo)管僅有外觀明顯機(jī)械損傷、焊縫無(wú)損檢查及壓力密封檢查要求，無(wú)外形空間尺寸標(biāo)準(zhǔn)樣件比對(duì)檢查要求。

4）對(duì)裝配狀態(tài)下銅襯套與卡箍、導(dǎo)管的約束配合無(wú)明確規(guī)定。

5）導(dǎo)管、銅襯套、卡箍間磨損應(yīng)力閾值和實(shí)際工作中產(chǎn)生的磨損應(yīng)力未經(jīng)詳細(xì)分析計(jì)算、驗(yàn)證。

2.3 故障機(jī)理分析

通過(guò)對(duì)故障關(guān)聯(lián)件的裝配狀態(tài)、失效模式、失效形貌等宏觀查驗(yàn)和外形尺寸測(cè)量，參照故障導(dǎo)管、卡箍和銅襯套及最終組合狀態(tài)的結(jié)構(gòu)和表面完整性設(shè)計(jì)要求，對(duì)故障原因進(jìn)行分析。

1）裝配狀態(tài)未達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期

最終裝配狀態(tài)下，導(dǎo)管外壁與銅襯套之間或銅襯套與卡箍之間存在不合理的間隙，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)因必然存在的振動(dòng)激勵(lì)而產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，造成接觸面發(fā)生微動(dòng)磨損。隨著工作時(shí)間的增加，接觸面間隙逐漸變大，逐步演變?yōu)楫惓Ｅ瞿?，直至將接觸部位銅襯套磨穿，隨后使卡箍與導(dǎo)管直接碰磨，加速了導(dǎo)管磨損進(jìn)程，最終磨穿失效。

2）導(dǎo)管外形問(wèn)題

發(fā)動(dòng)機(jī)外形尺寸多采用自由公差，對(duì)導(dǎo)管的空間幾何尺寸（即外形尺寸）精度等級(jí)要求較低，裝配時(shí)允許對(duì)導(dǎo)管的空間尺寸校形或更換導(dǎo)管進(jìn)行匹配調(diào)整。該臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)存在裝配時(shí)導(dǎo)管空間尺寸不合理，未按要求進(jìn)行校形或選配，導(dǎo)致卡箍與導(dǎo)管的同軸度大于2mm，裝配應(yīng)力過(guò)大；同時(shí)造成導(dǎo)管、卡箍和銅襯套的裝配狀態(tài)未能達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期的約束要求，裝配后狀態(tài)檢查驗(yàn)收也未發(fā)現(xiàn)卡箍、銅襯套、導(dǎo)管間局部存在的不合理間隙，致使發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)因振動(dòng)造成導(dǎo)管、卡箍和銅襯套間產(chǎn)生微動(dòng)磨損。

3）卡箍維修設(shè)計(jì)不足

該發(fā)動(dòng)機(jī)裝配時(shí)，卡箍變形超出預(yù)期，使之對(duì)導(dǎo)管、銅襯套定位約束性能下降。

4）銅襯套維修設(shè)計(jì)不足

該發(fā)動(dòng)機(jī)裝配時(shí)，銅襯套在上次工作中已發(fā)生了冷作硬化，未進(jìn)行退火軟化、光亮處理，硬度及抗拉強(qiáng)度大幅增加，在相同的裝配約束應(yīng)力下大大降低了其變形填充補(bǔ)償功效，降低了導(dǎo)管、卡箍和銅襯套的預(yù)期約束效果，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)因振動(dòng)激勵(lì)產(chǎn)生的磨損應(yīng)力超出了導(dǎo)管及銅襯套的磨損應(yīng)力閾值，產(chǎn)生異常磨損。

5）裝配過(guò)程控制要求設(shè)計(jì)不足

最終裝配技術(shù)狀態(tài)控制點(diǎn)的選擇及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)不足，不能有效確保裝配質(zhì)量。

3 維修設(shè)計(jì)改進(jìn)

基于上述分析，為確保同類(lèi)安裝部位的預(yù)期約束效果，應(yīng)從以下幾方面對(duì)維修性設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。

1）建立導(dǎo)管外形標(biāo)準(zhǔn)樣件，完善檢查要求。

2）制定卡箍外形標(biāo)準(zhǔn)樣件或變形修復(fù)檢查樣板。

3）對(duì)使用過(guò)的銅襯套進(jìn)行退火軟化、光亮處理。

4）細(xì)化裝配過(guò)程控制要點(diǎn)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

作者簡(jiǎn)介

馬安權(quán)，工程師，研究方向?yàn)楹娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)維修設(shè)計(jì)與管理。

黃小衛(wèi)，工程師，研究方向?yàn)楹娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)維修設(shè)計(jì)。