一起輔助動力裝置空中起動故障分析

■ 侯亞鵬 胡宜春 王清山/石家莊海山實業(yè)發(fā)展總公司

0 引言

某型飛機在空中發(fā)生一起輔助動力裝置（APU）起動的較大事故，著陸后地面檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機艙蒙皮和右機翼下表面有液壓油油跡。打開檢查口蓋后發(fā)現(xiàn)，右前緣襟翼液壓驅(qū)動裝置的電液伺服閥處有大量油跡，其他升降副翼及方向舵的伺服作動器均無漏油，同時檢查發(fā)現(xiàn)液壓泵出口聚四氟乙烯軟管處出現(xiàn)大量油跡。

為進一步確認故障信息，拆下液壓泵出口的聚四氟乙烯軟管，用孔探儀檢查發(fā)現(xiàn)軟管內(nèi)壁中沿鋼絲編織方向有兩處裂口（見圖1）。隨后重新進行機上加壓，發(fā)現(xiàn)右前緣襟翼驅(qū)動系統(tǒng)裝置上的電液伺服閥端蓋處出現(xiàn)大量漏油。因此，分析認為此次APU 空中起動的原因是飛行過程中右前緣襟翼驅(qū)動裝置上的電液伺服閥端蓋密封失效，導致系統(tǒng)2 液壓油大量泄漏，系統(tǒng)2 壓力逐漸下降，觸發(fā)系統(tǒng)2 低壓告警，引起APU空中起動，同時液壓泵因吸油不足，導致出口油溫逐漸升高，在高溫高壓油液作用下，液壓泵出口聚四氟乙烯軟管組件內(nèi)壁逐漸變薄，強度下降，最終造成內(nèi)壁破裂。本次發(fā)生的液壓油泄漏事故直接導致飛控系統(tǒng)操作失效，對飛行安全影響巨大。

圖1 聚四氟乙烯軟管兩處裂口

1 故障情況

1.1 故障復現(xiàn)

將故障電液伺服閥安裝在試驗臺上進行加壓，模擬機上使用環(huán)境，在供油壓 力0.5MPa、4.0MPa 及10.0MPa 時，伺服閥端蓋（漏油端）均出現(xiàn)漏油，并隨壓力升高漏油量增大，故障得以再現(xiàn)。

分解電液伺服閥端蓋，目視檢查密封圈有明顯損傷，使用影像測量儀放大檢查密封圈，發(fā)現(xiàn)三分之一周長上有周向撕裂、四分之三分模面出現(xiàn)扭曲（見圖2）。因此判定密封圈出現(xiàn)異常損壞的最大原因為密封圈制造不合格和由端蓋裝配位置引起。

圖2 密封圈扭曲和撕裂

1.2 故障確認

為了明確漏油故障與裝配關(guān)系、密封圈制造的因果關(guān)系，將故障件電液伺服閥端蓋更換不同批次密封圈后，按照原狀態(tài)進行裝配，進行連續(xù)試驗，模擬工作3.5h，電液伺服閥未出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，拆下端蓋后檢查密封圈外觀，發(fā)現(xiàn)密封圈出現(xiàn)異常周向擠壓痕跡（見圖3），由此確認電液伺服閥漏油故障與密封圈加工制造無關(guān)，與端蓋的裝配有關(guān)。

圖3 分解檢查新密封圈情況

2 原理分析

2.1 端蓋密封原理

該電液伺服閥屬于射流管式伺服閥，端蓋附件密封結(jié)構(gòu)如圖4 所示，端蓋通過螺紋固定在閥體上，端蓋上采用軸溝槽密封閥芯兩端的油液，閥套通過鎖緊圈固定在閥體上，閥套上也采用軸溝槽密封閥體內(nèi)油液，在閥套上還有堵頭通過過盈配合堵住接受器接受油路孔的油液。

圖4 射流管式電液伺服閥密封結(jié)構(gòu)

2.2 測量分析

該電液伺服閥為國外產(chǎn)品，無圖樣等技術(shù)資料，只能進行外觀測量對比。將故障件與新品端蓋處進行對比測量（見圖5），發(fā)現(xiàn)故障件的端蓋（漏油端）上表面距閥體端面距離L2 最小值為0.160mm，最大值為0.223mm，說明此處端蓋（漏油端）上表面低于閥體端面距離較?。涣硪粋?cè)端蓋（無漏油端）低于閥體端面0.033 ～0.059mm。隨后測量了新品電液伺服閥兩側(cè)端蓋與閥體的軸向相對位置L2，兩側(cè)端蓋上表面均低于閥體端面，下沉量分別為0.678mm和0.605mm。

圖5 端蓋處結(jié)構(gòu)

以上分析說明故障件端蓋安裝情況與新品伺服閥存在明顯差異。分解后測量端蓋軸向尺寸L1 為4.8mm，閥套端面到閥體端面距離L3 為4.737 ～4.746mm，計算端蓋密封凸臺與閥套內(nèi)孔的密封搭接量L=L1－L2－L3 為－0.097 ～－0.169mm，說明端蓋密封結(jié)構(gòu)處無搭接量，密封圈外徑未進入殼體閥套內(nèi)（見圖6）。

圖6 密封圈處無搭接

2.3 故障結(jié)論

結(jié)合分解檢查、加壓測試和模擬驗證等結(jié)果，分析認為該電液伺服閥端蓋漏油故障的原因是該產(chǎn)品在修理中端蓋未安裝到位，造成端蓋密封凸臺和閥套內(nèi)孔之間的密封結(jié)構(gòu)無有效搭接，出現(xiàn)0.097 ～0.169mm 的異常間隙，導致密封圈在油壓的反復沖擊下出現(xiàn)扭曲和撕裂，最終導致液壓油大量泄漏。

2.4 改進措施

1）為避免同類故障的發(fā)生，對端蓋部位進行反向測繪，經(jīng)過計算和試驗，確認該電液伺服閥端蓋安裝后使用深度千分尺測量端蓋應低于閥體端面0.500 ～0.800mm。該尺寸能夠保證端蓋密封圈完全進入閥套內(nèi)，并形成可靠有效搭接。

2）完善該電液伺服閥性能試驗，在修理過程將伺服閥高低溫試驗加入到驗收規(guī)程中。

3）完善液壓驅(qū)動裝置磨合試驗，結(jié)合機上使用條件，電液伺服閥裝配后增加液壓驅(qū)動裝置地面磨合試驗。

3 結(jié)束語

這起APU 空中起動故障的主要原因是電液伺服閥端蓋擰緊時未控制凹陷量，端蓋上的密封圈未完全進入閥套殼體內(nèi)，導致其在油壓的反復沖擊下出現(xiàn)扭曲和撕裂，最終出現(xiàn)液壓油大量泄漏。為防止同類問題發(fā)生，對端蓋部位進行反向測繪并與新品進行對比，經(jīng)過計算和試驗，最終確認該電液伺服閥端蓋安裝后應低于閥體端面0.500 ～0.800mm的技術(shù)要求，為修理國外電液伺服閥提供了有效的經(jīng)驗，同時為該電液伺服閥國產(chǎn)化提供了參考。