某飛機(jī)壓力加油時燃油噴射故障分析

謝建峰

摘要：針對一架飛機(jī)滿加油切斷時燃油噴射故障，對壓力加油分系統(tǒng)及通氣分系統(tǒng)進(jìn)行分析，查找故障產(chǎn)生的原因，給出修理維護(hù)建議。

關(guān)鍵詞：燃油；滿加油；噴射；故障分析

Keywords：fuel；fill up； injection； failure analysis

1 故障情況

某架飛機(jī)在外場維護(hù)首次執(zhí)行“滿加”壓力加油方案，在加油切斷時右尾梁排氣活門處有燃油噴出。壓力加油切斷后，燃油噴射停止。放出機(jī)上燃油，再次進(jìn)行壓力加油，故障復(fù)現(xiàn)。

2 故障分析

2.1 原理分析

1）壓力加油原理

某型飛機(jī)壓力加油利用機(jī)上接頭進(jìn)行，通過地面設(shè)備向飛機(jī)提供一定壓力和流量的燃油，同時利用電氣系統(tǒng)的信息和裝置進(jìn)行控制。

壓力加油有三種方案：滿加油方案、基本加油方案和中間加油方案。滿加油方案是1、2、3、4號油箱全加；基本加油方案是只加2、3、4號油箱；中間加油方案是根據(jù)需要自行決定加入的油量。

2）通氣增壓系統(tǒng)原理

為保證在壓力加油時及時排除油箱內(nèi)的空氣，避免“氣塞”現(xiàn)象導(dǎo)致故障，油箱前后艙及各油箱間均設(shè)置了通氣管路。在加油過程中，各油箱之間氣體相通，加油排出的氣體匯集到1號油箱。在浮子活門未上浮時，空氣從1號油箱重力加油口及浮子活門處進(jìn)入通氣管路，當(dāng)空氣壓力高于右尾梁排氣活門調(diào)壓閥打開壓力時，排氣活門打開，將多余的空氣排放到大氣中；當(dāng)燃油液面上升至浮子活門關(guān)閉后，空氣僅從1號油箱重力加油口進(jìn)入通氣管路，直至加油結(jié)束。為避免管路多重布置，從1號油箱重力加油口、浮子活門至右尾梁的排氣活門處的通氣管路同時也是增壓管路。

在發(fā)動機(jī)正常試車時，來自發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)的壓縮空氣經(jīng)排氣活門調(diào)壓后，以恒定的壓力輸送至各油箱，保證油箱中壓力大于空氣分離壓，防止出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象。同時，為防止加油時燃油進(jìn)入增壓管路，除1號油箱外，其余油箱增壓管路出口處均設(shè)置了單向活門。

由燃油系統(tǒng)壓力加油及通氣原理可知，在滿加油切斷時，有燃油經(jīng)增壓通氣共用管路并從排氣活門排出。管路不密封、浮子活門密封失效、壓力加油切斷失效或管路中有余油均可能導(dǎo)致燃油進(jìn)入通氣管路。將排氣活門噴射燃油列為頂事件建立故障樹，如圖2所示，并對各種可能的結(jié)果事件和底事件進(jìn)行逐項(xiàng)分析。

2.2 故障排除過程

為排除管路中余油導(dǎo)致排氣時噴油的可能性，結(jié)合發(fā)動機(jī)外場試車將燃油消耗至3～4t，重新進(jìn)行滿加油方案，在壓力加油切斷前2s，右尾梁排氣活門開始噴油，故障復(fù)現(xiàn)，排除管路中有余油的可能性。因壓力加油切斷時，加油封閉開關(guān)有電動機(jī)構(gòu)工作聲音，可確認(rèn)飛機(jī)屬正常切斷，同時排除因壓力加油切斷失效導(dǎo)致燃油噴射的現(xiàn)象。

因排氣管路噴油時正是滿加油快結(jié)束時，且1號油箱內(nèi)部增壓通氣共用管路位于油箱頂部。若管路不密封，油箱快滿時，燃油會通過管路不密封處進(jìn)入排氣管路。打開1號油箱，對增壓通氣共用管路進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。更換連接處密封圈，恢復(fù)安裝后，重新加油，故障復(fù)現(xiàn)。排除增壓通氣共用管路不密封的可能性。

重新檢查故障設(shè)備，在加油結(jié)束后檢查1號油箱燃油液面，發(fā)現(xiàn)液面低于重力加油口位置。若飛機(jī)有制造缺陷，1號油箱重力加油口位置低于滿加油位置，則燃油經(jīng)排氣活門噴射后液面應(yīng)位于重力加油口附近?，F(xiàn)燃油液面距離重力加油口位置還有一定距離，排除飛機(jī)制造缺陷，同時說明燃油不是經(jīng)過1號油箱重力加油口進(jìn)入通氣管路的。

從燃油系統(tǒng)增壓、通氣管路的布置來看，排除1號油箱重力加油口有燃油進(jìn)入的可能，則1號油箱浮子活門未關(guān)閉或不密封導(dǎo)致故障的可能性較大。為減少工作量，在滿加油的基礎(chǔ)上斷開浮子活門前管路，從1號油箱重力加油口對油箱進(jìn)行加油，加油過程中避免燃油進(jìn)入排氣管路，觀察浮子活門處的管路情況。檢查發(fā)現(xiàn)，加油過程中浮子活門處有燃油涌出。初步斷定浮子活門有故障，對其進(jìn)行換新。浮子活門更換后，重新進(jìn)行壓力加油，故障復(fù)現(xiàn)，排除浮子活門失效的可能性，判定從排氣活門噴射的燃油來自浮子活門后的增壓管路。

結(jié)合圖1分析增壓管路走向，1號油箱浮子活門后的增壓管路有兩個分支，一支為2號、4號油箱增壓管路，從成型架到達(dá)2號油箱2～3墻位置，進(jìn)入2號油箱3號艙，一方面給2號油箱增壓，另一方面給4號油箱增壓；另一支為3號油箱增壓管路，在成型架與1號油箱浮子活門連接導(dǎo)管之后進(jìn)入油箱，在2號油箱2號艙向左右3號油箱進(jìn)行增壓。

因該飛機(jī)在廠房內(nèi)進(jìn)行油序試驗(yàn)時未反饋有故障，且外場飛機(jī)停放狀態(tài)與油序試驗(yàn)時狀態(tài)不一致，初步懷疑故障與飛機(jī)狀態(tài)有關(guān)。模擬飛機(jī)油序試驗(yàn)狀態(tài)，將飛機(jī)用千斤頂頂起，其中主起落架剛離地，前起落架離地約100mm（低于油序試驗(yàn)時高度），重新壓力加油，排氣活門處仍有燃油噴出，但油量較前幾次有減少，說明飛機(jī)停放狀態(tài)與故障現(xiàn)象有關(guān)。

從成型架上斷開2、4號油箱增壓分支管路，同時進(jìn)行壓力加油，發(fā)現(xiàn)航向向后的管路有大量燃油流出，2、4號油箱增壓分支管路無燃油流出。由此斷定，從排氣活門中噴射的燃油來自3號油箱增壓管路。

為進(jìn)一步判定燃油來自2號油箱內(nèi)部的管路還是3號油箱，斷開中外翼對接的增壓管路，重新加油，發(fā)現(xiàn)左3號油箱增壓管路有大量燃油流出。隔離左3號油箱增壓管路，重新壓力加油，右尾梁排氣活門無燃油噴射。至此，故障定位至左3號油箱增壓管路。

從燃油系統(tǒng)增壓、通氣系統(tǒng)在左3號油箱布置來看，增壓管路由導(dǎo)管及出口處單向活門組成，單向活門向油箱內(nèi)部打開，如圖3所示。在飛機(jī)大修時，單向活門固定分解修理，增壓管路需進(jìn)行密封性試驗(yàn)，因此單向活門裝反或卡滯無法關(guān)閉均有可能在壓力加油時使燃油進(jìn)入增壓管路，從右尾梁排氣活門噴出。用工業(yè)孔探儀從左外翼上部油箱口蓋進(jìn)入檢查單向活門情況，發(fā)現(xiàn)泡沫塑料卡在單向活門片與殼體之間，造成單向活門無法關(guān)閉。

調(diào)整泡沫塑料與單向活門的間隙，保證單向活門可正常打開和關(guān)閉?；謴?fù)口蓋安裝，重新進(jìn)行壓力加油，故障現(xiàn)象消失。將飛機(jī)恢復(fù)外場停放狀態(tài)，再次進(jìn)行壓力加油，故障未出現(xiàn)。至此，故障排除。

2.3 故障原因分析

1）油序試驗(yàn)時加油

在油序試驗(yàn)時，為保證各油箱油盡信號燈燃亮?xí)r油量、耗量指示準(zhǔn)確，按制造技術(shù)條件要求，需將飛機(jī)放置水平。因此，在油序試驗(yàn)時，將飛機(jī)前起落架離地約200mm，為防止飛機(jī)側(cè)翻，將左右主起落架也用千斤頂頂起，保證離地即可，油序試驗(yàn)時飛機(jī)油箱姿態(tài)如圖4所示。

在基本加油時，因3號油箱左外翼增壓管路不密封，在3號油箱快滿時，燃油進(jìn)入增壓管路。由于各油箱之間彼此通氣，3號油箱與增壓管路無壓力差，根據(jù)連通管原理，增壓管路中的燃油液面與3號油箱內(nèi)燃油液面齊平。當(dāng)3號油箱加滿后，2號油箱燃油液面高于3號油箱時，增壓管路的燃油液面與2號油箱齊平?；炯佑头桨刚Ｇ袛鄷r，2、3號油箱加油管路由位于2號油箱1號艙滿油信號器的上液面進(jìn)行切斷，此時燃油液面遠(yuǎn)低于油箱上部的通氣增壓管路，右尾梁排氣活門無異常。

在滿加油方案中，各油箱的加油管路由位于1號油箱滿油信號器的上液面進(jìn)行控制，當(dāng)2號油箱加滿后，加油管路仍不切斷，加入的燃油通過油箱頂部的通氣管進(jìn)入1號油箱。當(dāng)1號油箱加油時，油箱最高液面為2號油箱前艙燃油液面。由于飛機(jī)前起落架頂起，此時1號油箱浮子活門明顯高于2號油箱液面，增壓管路中的燃油不會從1號油箱浮子活門進(jìn)入1號油箱，右尾梁的排氣活門正常排氣，無油氣。隨著燃油液面逐步上升，浮子活門先行關(guān)閉。此時1號油箱液面高于2號油箱，增壓管路中的燃油與1號油箱液面保持一致。由于1號油箱內(nèi)滿油信號器接通位置仍低于通氣管最高處，燃油無法通過通氣管最高處進(jìn)入增壓通氣共用管路而從排氣活門噴出。因此，在油序試驗(yàn)時未能反映出故障。

2）外場停放時加油

飛機(jī)在外場維護(hù)時，前起落架正常落地，前機(jī)身下沉。飛機(jī)姿態(tài)及油箱狀態(tài)如圖5所示。

基本加油時與油序試驗(yàn)時加油相同，無異常。在滿加油時，當(dāng)2號油箱燃油液面超過基本加油滿油信號器上液面時，由于此時1號油箱浮子活門與2號油箱1號艙最高位置持平，燃油通過1號油箱浮子活門進(jìn)入1號油箱。意外加入的燃油與油箱內(nèi)自身加油引射器引射的燃油混合，造成燃油波動劇烈，燃油蒸汽與空氣混合通過重力加油口從右尾梁排氣活門處排除。經(jīng)與故障發(fā)現(xiàn)人員核實(shí)，在1號油箱加油過程中，右尾梁排氣活門確有霧化的油氣排出，現(xiàn)象吻合。當(dāng)1號油箱液面上升至浮子活門關(guān)閉后，燃油液面沿增壓通氣共用管路繼續(xù)上升。在1號油箱滿油信號器未接通前，兩個加油管路全部處于打開狀態(tài)，燃油流量較大。而此時油箱無油空間較小，液面上升較快，而且1號油箱滿油信號器接通位置與增壓通氣管路最高處高度相差不大，當(dāng)滿油信號器信號接通時，燃油瞬時通過通氣增壓管路最高處，從右尾梁排氣活門處排出。當(dāng)加油封閉開關(guān)關(guān)閉后，加油管路被切斷，排油停止。與故障現(xiàn)象一致。

3 結(jié)束語

根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)證情況，結(jié)合壓力加油分系統(tǒng)及通氣分系統(tǒng)工作原理及機(jī)上狀態(tài)檢查，對壓力加油時燃油噴射故障進(jìn)行了分析，形成了故障結(jié)論：該機(jī)在壓力加油切斷時出現(xiàn)燃油噴射的原因是左外翼油箱內(nèi)增壓管路出口單向活門被用于阻燃的泡沫塑料卡滯在打開位置。

燃油系統(tǒng)大量部附件安裝于油箱內(nèi)部，且用大量的泡沫塑料進(jìn)行阻燃。安裝時，由于維護(hù)口蓋尺寸限制，泡沫塑料需擠壓縮小尺寸后放入油箱對應(yīng)位置再展開。泡沫塑料在展開時應(yīng)注意對周圍構(gòu)件的影響，尤其是運(yùn)動部件，必要時安裝完成后采用孔探儀進(jìn)行檢查，以確保運(yùn)動部件的工作可靠性。