■ 劉森 郝杰沛 趙延河/中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院

1 概述

1.1 故障現(xiàn)象

某型飛機(jī)飛行后例行查看飛參數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)雙油面控制曲線異常，但飛機(jī)故障清單里并未報(bào)告任何故障，燃油輸油順序也正常。

1.2 雙油面控制系統(tǒng)原理

圖1 雙油面控制系統(tǒng)原理圖

該型飛機(jī)共設(shè)置6 個(gè)油箱，分別為1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)、4 號(hào)、左機(jī)翼油箱及右機(jī)翼油箱，其中1 號(hào)和4 號(hào)為供油箱，2 號(hào)、3 號(hào)、左機(jī)翼和右機(jī)翼油箱則通過(guò)引射泵將燃油輸入4 號(hào)油箱。雙油面控制系統(tǒng)設(shè)置在4 號(hào)油箱內(nèi)部，屬于純機(jī)械方式控制，由管路、單向閥、油濾、射流傳感器和油泵控制活門等組成。

雙油面控制系統(tǒng)的原理如圖1 所示。

1）當(dāng)4 號(hào)油箱燃油消耗低于B液面時(shí)，射流傳感器1 ～4 號(hào)感受到壓力信號(hào)，將壓力信號(hào)匯集后傳遞至油泵控制活門1 ～6 號(hào)；當(dāng)壓力值達(dá)到油泵控制活門的開(kāi)啟門限值時(shí)，油泵控制活門1 ～6 號(hào)開(kāi)啟，主動(dòng)油源通過(guò)油泵控制活門到達(dá)引射泵，將2 號(hào)、3 號(hào)、左機(jī)翼和右機(jī)翼油箱的燃油輸送至4號(hào)供油箱。

2）當(dāng)4 號(hào)油箱燃油液面高于B 液面但低于A 液面時(shí)，射流傳感器1 ～4 號(hào)停止工作；5 號(hào)、6 號(hào)射流來(lái)源為油泵控制活門后的主動(dòng)油，因此5 號(hào)、6 號(hào)射流傳感器繼續(xù)工作，且壓力值仍能達(dá)到6 個(gè)油泵控制活門時(shí)的開(kāi)啟壓力值，保持引射泵繼續(xù)工作，將2 號(hào)、3 號(hào)以及左右機(jī)翼油箱的燃油輸送至4 號(hào)油箱。

3）當(dāng)4 號(hào)油箱燃油液面高于A 液面時(shí)，6 個(gè)射流傳感器均不能正常傳遞壓力，因而6 個(gè)油泵控制活門也停止工作；隨著4 號(hào)油箱燃油的不斷消耗，上述過(guò)程循環(huán)往復(fù)，直至2 號(hào)、3 號(hào)和左右機(jī)翼油箱的燃油輸盡。

飛行過(guò)程中，雙油面控制系統(tǒng)正常工作時(shí)，4 號(hào)油箱液面與時(shí)間的關(guān)系如圖2 所示。

油泵控制活門的原理如圖3 所示。油泵控制活門由殼體、彈簧和活塞等組成，在內(nèi)部彈簧力作用下處于常關(guān)狀態(tài)。當(dāng)射流控制器來(lái)油注入壓力腔，達(dá)到活門開(kāi)啟壓力1MPa 時(shí)，活塞桿向下移動(dòng)，活門正常開(kāi)啟，主動(dòng)油源通過(guò)油泵控制活門進(jìn)入引射泵，使引射泵開(kāi)始工作。

2 故障分析

圖2 雙油面控制系統(tǒng)正常工作時(shí)4號(hào)油箱耗油示意圖

圖3 油泵控制活門原理圖

圖4 雙油面控制異常中4號(hào)油箱耗油示意圖

飛行后查看飛參發(fā)現(xiàn)，飛行過(guò)程中雖然整體輸油順序正常，但是4 號(hào)油箱的燃油液面高度如圖4 所示，并未像正常的雙油面控制系統(tǒng)作用下的高于B 液面時(shí)繼續(xù)增加至A 液面，而是持續(xù)在B液面附近振蕩，直至2 號(hào)、3 號(hào)和左右機(jī)翼油箱的燃油輸盡，由此推斷雙油面控制系統(tǒng)工作異常。

當(dāng)液面到達(dá)B 液面時(shí)，射流傳感器5 號(hào)、6 號(hào)應(yīng)當(dāng)傳遞壓力，使油泵控制活門正常開(kāi)啟，4 號(hào)油箱燃油液面繼續(xù)增加。由于雙油面控制系統(tǒng)是純機(jī)械控制系統(tǒng)，且輸油順序正常，即使5 號(hào)、6 號(hào)射流傳感器中的一個(gè)出現(xiàn)故障，另一個(gè)也足夠打開(kāi)油泵控制活門，使雙油面控制系統(tǒng)正常工作。因此，推斷只有兩種可能：

1）射流傳感器5 號(hào)、6 號(hào)同時(shí)損壞。

2）油泵控制活門出口端管路和主動(dòng)油匯集管路至射流傳感器5 號(hào)、6 號(hào)之間的管路故障。

打開(kāi)4 號(hào)油箱上部口蓋，目視檢查射流傳感器及管路，未發(fā)現(xiàn)異常。此時(shí)4 號(hào)油箱燃油液面已遠(yuǎn)低于B 液面，外接地面油源車打壓發(fā)現(xiàn)，5 號(hào)、6 號(hào)射流傳感器出口端壓力偏低，兩個(gè)射流傳感器同時(shí)損壞的可能性不大。在右側(cè)口蓋下部有明顯燃油噴射聲，檢查發(fā)現(xiàn)5 號(hào)油泵控制活門出口端管路已完全斷裂，造成主動(dòng)燃油匯集管路壓力降 低。

由于主動(dòng)燃油流量較大，5 號(hào)油泵控制活門出口管路斷裂造成的流量及壓力損失并未影響引射泵的正常工作，所以輸油正常。但是5 號(hào)、6 號(hào)射流傳感器的壓力來(lái)源正是主動(dòng)油匯集管路，壓力的降低導(dǎo)致5 號(hào)、6 號(hào)射流傳感器無(wú)法正常工作，從而造成雙油面控制系統(tǒng)工作異常。

3 結(jié)論及建議

本次雙油面控制異常故障是由于主動(dòng)油匯集管路至5 號(hào)、6 號(hào)射流控制器的管路斷裂，導(dǎo)致射流燃油無(wú)法正常到達(dá)5 號(hào)、6 號(hào)射流傳感器，從而使5 號(hào)、6 號(hào)射流傳感器失效。當(dāng)4 號(hào)油箱燃油液面高于B 液面時(shí)，1 ～4 號(hào)射流傳感器停止工作，5 號(hào)、6 號(hào)射流傳感器卻未能按控制邏輯繼續(xù)打開(kāi)油泵控制活門，將其他油箱的燃油引射至4 號(hào)油箱，從而使4 號(hào)油箱燃油在B 液面上下振蕩，射流傳感器1 ～4 號(hào)反復(fù)工作，油泵控制活門也頻繁開(kāi)關(guān)。由于油泵控制活門內(nèi)部有彈簧，屬于純機(jī)械控制系統(tǒng)，頻繁開(kāi)關(guān)造成油泵控制活門工作強(qiáng)度顯著增加，壽命急劇減少，導(dǎo)致有壽件控制系統(tǒng)失去對(duì)其真正壽命的控制；油泵控制活門損壞使其他油箱燃油無(wú)法正常到達(dá)供油箱，且故障比較隱蔽，機(jī)上未報(bào)任何故障，最終可能導(dǎo)致輸油異常，飛機(jī)超載著陸或燃油不足導(dǎo)致無(wú)法正常返航。

雙油面控制系統(tǒng)是純機(jī)械控制系統(tǒng)，自身沒(méi)有任何檢測(cè)措施，且在正常飛行中不易發(fā)現(xiàn)其故障。對(duì)此，提出以下建議：

1）在射流匯集管路、主動(dòng)油匯集管路、主動(dòng)油匯集管路至5 號(hào)和6 號(hào)射流傳感器上設(shè)置壓力傳感器，監(jiān)測(cè)各管路壓力以保障雙油面控制系統(tǒng)能夠正常工作。

2）將對(duì)雙油面控制系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)納入系統(tǒng)控制，利用機(jī)上計(jì)算機(jī)對(duì)采集到的4 號(hào)油箱油量變化進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。當(dāng)4 號(hào)油箱油量變化異常時(shí)，計(jì)算機(jī)能夠判讀故障，在座艙故障清單中予以提示，并將可能出現(xiàn)的后果告知飛行員，以規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

飛機(jī)上存在很多機(jī)械控制系統(tǒng)，健康管理系統(tǒng)無(wú)法對(duì)這些系統(tǒng)進(jìn)行直觀監(jiān)控，客觀上存在系統(tǒng)失效的風(fēng)險(xiǎn)。因此，建議將此類無(wú)法直觀監(jiān)控的系統(tǒng)部件納入系統(tǒng)控制范疇，通過(guò)對(duì)其控制及作用部位的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，綜合識(shí)別故障，并對(duì)故障后果加以分析，最終將故障等級(jí)及具體信息在故障清單中進(jìn)行顯示，以排除安全盲區(qū)。