王占勇，周凱，郭剛

(海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041)

燃油系統(tǒng)在飛機(jī)上是一個(gè)龐大且復(fù)雜的系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，為使飛機(jī)重心保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，飛機(jī)上的各組油箱的燃油均按設(shè)定的順序依次輸往主組油箱;主組油箱中燃油再通過(guò)供油泵統(tǒng)一供往發(fā)動(dòng)機(jī)使用?；谠龃箫w機(jī)航程和留空時(shí)間的考慮，飛機(jī)一般都帶有副油箱。當(dāng)執(zhí)行作戰(zhàn)飛行任務(wù)時(shí)，掛副油箱的飛機(jī)在進(jìn)入戰(zhàn)斗空域時(shí)可以投掉副油箱。為減少不必要的損失，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，要求須優(yōu)先使用副油箱的燃油。

飛機(jī)機(jī)身各組油箱的燃油主要是以離心泵為動(dòng)力輸往主組油箱，而副油箱的燃油都是靠增壓空氣為動(dòng)力輸往主組油箱的。某型飛機(jī)增壓空氣引自發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮空氣，經(jīng)副油箱安全活門(mén)調(diào)節(jié)后，以0.088～0.103 MPa的壓力向副油箱增壓。然而，該型飛機(jī)在裝掛副油箱進(jìn)行地面試車(chē)和空中飛行時(shí)，時(shí)常發(fā)生滿油和滿油告警燈亮的故障。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該故障發(fā)生的比較普遍且難以排除，是該型飛機(jī)的多發(fā)性和危險(xiǎn)性故障，故障后會(huì)給地面維護(hù)和飛行造成較大的安全隱患，已引起各部門(mén)高度關(guān)注。

1 故障現(xiàn)象

某型飛機(jī)在裝掛副油箱試車(chē)和飛行訓(xùn)練中，都出現(xiàn)過(guò)副油箱油盡時(shí)主油箱滿油和滿油告警燈亮的故障現(xiàn)象。具體情況是:飛機(jī)懸掛3個(gè)副油箱飛行或地面試車(chē)檢查過(guò)程中，當(dāng)飛機(jī)在機(jī)翼副油箱油盡信號(hào)燈亮?xí)r，出現(xiàn)主油箱滿油和滿油告警燈亮現(xiàn)象，燃油從機(jī)身油箱增壓安全活門(mén)和安裝在機(jī)身上部的機(jī)身油箱加油通氣活門(mén)部位向機(jī)外排出，且機(jī)翼副油箱油盡信號(hào)燈反復(fù)亮滅，當(dāng)機(jī)身副油箱接替輸油時(shí)恢復(fù)正常;待到機(jī)身副油箱油盡時(shí)，此時(shí)又出現(xiàn)主油箱滿油溢油和告警燈亮的相同現(xiàn)象，且機(jī)身副油箱油盡信號(hào)燈也同樣反復(fù)亮滅。

2 輸油控制原理

飛機(jī)燃油的消耗是按確定的順序進(jìn)行的，各組油箱輸送到主燃油的順序控制是自動(dòng)完成的，依次為機(jī)翼副油箱、機(jī)身副油箱、前后組油箱，最后是主組油箱。該型飛機(jī)輸油系統(tǒng)的部分組成與原理如圖1所示。

2.1 副油箱輸油控制

副油箱燃油的輸送動(dòng)力是借助于副油箱中比機(jī)身油箱增壓值高的增壓空氣壓力，將燃油壓出副油箱，增壓空氣引自發(fā)動(dòng)機(jī)第八級(jí)壓氣機(jī)。副油箱的輸油是由主組油箱內(nèi)最高位置的浮子活門(mén)10、主油箱下部的薄膜控制活門(mén)8經(jīng)導(dǎo)管連接后，聯(lián)合控制完成，機(jī)翼副油箱與機(jī)身副油箱的前后順序是通過(guò)電氣系統(tǒng)控制機(jī)身副油箱的氣動(dòng)增壓實(shí)現(xiàn)的。

圖1 某型飛機(jī)輸油系統(tǒng)部分組成與原理

(1)機(jī)翼副油箱輸油控制

發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)工作后，增壓氣體經(jīng)節(jié)流器20、單向活門(mén)21、安全活門(mén)22，進(jìn)入機(jī)翼副油箱26、28，使其增壓形成輸油動(dòng)力。機(jī)翼副油箱內(nèi)的燃油經(jīng)粗油濾1、5至加輸油控制活門(mén)2、6，加輸油控制活門(mén)的輸油入口感受有燃油時(shí)，該活門(mén)打開(kāi)，燃油輸至薄膜控制活門(mén)8。當(dāng)主油箱內(nèi)油面低于浮子活門(mén)10時(shí)，浮子活門(mén)打開(kāi)，將控制管路內(nèi)油壓和主油箱底部的薄膜控制活門(mén)膜腔內(nèi)的油壓經(jīng)浮子活門(mén)泄掉，輸油管內(nèi)的油壓推動(dòng)薄膜控制活門(mén)打開(kāi)，機(jī)翼副油箱開(kāi)始向主組油箱輸油。同時(shí)，主油箱內(nèi)的燃油由兩個(gè)供油泵16、17一起向飛機(jī)左右發(fā)動(dòng)機(jī)供油。

當(dāng)該副油箱內(nèi)燃油輸盡時(shí)，造成副油箱輸油管的吸油口離開(kāi)了燃油，增壓空氣進(jìn)入加輸油控制活門(mén)2、6，加輸油控制活門(mén)入口電容傳感器感受空氣后，控制活門(mén)關(guān)閉，機(jī)翼副油箱停止輸油。

(2)機(jī)身副油箱輸油控制

在加輸油控制活門(mén)2、6關(guān)閉的同時(shí)，發(fā)出信號(hào)使氣壓電磁開(kāi)關(guān)24斷電通電關(guān)閉，氣路打開(kāi)。增壓空氣經(jīng)節(jié)流器23、氣壓電磁開(kāi)關(guān)24、安全活門(mén)25，進(jìn)入機(jī)身副油箱27，產(chǎn)生機(jī)身副油箱向主組油箱輸油的動(dòng)力。

機(jī)身副油箱內(nèi)的燃油經(jīng)粗油濾3至加輸油控制活門(mén)4，加輸油控制活門(mén)的輸油入口感受有燃油時(shí)，該活門(mén)打開(kāi)，機(jī)身副油箱27開(kāi)始向主組油箱輸油。同理，當(dāng)機(jī)身副油箱油盡時(shí)，加輸油控制活門(mén)感受增壓空氣后關(guān)閉活門(mén)，防止增壓空氣進(jìn)入主組油箱。

2.2 前組油箱輸油控制

前組油箱輸油控制是由主油箱內(nèi)的浮子活門(mén)15控制主組油箱內(nèi)的輸油控制活門(mén)13實(shí)現(xiàn)向主組油箱輸油，浮子活門(mén)的安裝位置略低于浮子活門(mén)10。機(jī)身副油箱停止輸油后，隨著燃油泵16、17不斷向發(fā)動(dòng)機(jī)供油，主油箱燃油面下降。當(dāng)主組油箱油面降至浮子活門(mén)15位置時(shí)，浮子活門(mén)開(kāi)始泄壓，主油箱內(nèi)的輸油控制活門(mén)13打開(kāi)，則前組油箱輸油。前組油箱中的燃油，由安裝在前組油箱下部的離心泵11為動(dòng)力，將燃油經(jīng)單向活門(mén)12、輸油控制活門(mén)13輸往主組油箱。

2.3 發(fā)出滿油信號(hào)

當(dāng)主組油箱油面由于輸油失控造成主組油箱出現(xiàn)滿油故障時(shí)，裝在主組油箱內(nèi)的前油量及信號(hào)傳感器31和后油量及信號(hào)傳感器32同時(shí)發(fā)出滿油故障信號(hào)，使裝在飛機(jī)座艙內(nèi)右儀表上的紅色“滿油”告警燈亮。

當(dāng)該燈亮?xí)r，表示主組油箱內(nèi)油面已超出正常位置，此時(shí)飛機(jī)燃油系統(tǒng)為輸油故障狀態(tài)，飛機(jī)燃油電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行工作如下:①將自動(dòng)切斷前組輸油泵11、后組油箱輸油泵，并使3個(gè)副油箱的加輸油控制活門(mén)斷電關(guān)閉，停止向主組油箱輸油;②同時(shí)，燃油電氣控制系統(tǒng)的滿油繼電器工作，機(jī)翼、機(jī)身副油箱油盡信號(hào)燈電路被斷開(kāi)，信號(hào)燈熄滅。

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)不斷供油，主組油箱燃油面下降，滿油告警燈又熄滅。飛機(jī)燃油電氣控制系統(tǒng)恢復(fù)滿油前狀態(tài)，自動(dòng)接通斷開(kāi)的部附件。

當(dāng)燃油系統(tǒng)的故障不排除，燃油電氣控制系統(tǒng)繼續(xù)工作，附件通斷頻率太高，將損壞控制繼電器、油泵電機(jī)的壽命。

3 故障原因分析

根據(jù)故障現(xiàn)象判斷造成飛機(jī)副油箱輸油油盡時(shí)，主組油箱滿油告警燈亮和向機(jī)身外部溢油的直接原因是主油箱確實(shí)出現(xiàn)滿油情況并且燃油涌進(jìn)了增壓通氣管路;從工作原理方面看，造成主油箱滿油和告警燈亮故障的主要因素有以下幾點(diǎn)。

3.1 加輸油控制活門(mén)不能及時(shí)關(guān)閉油路

加輸油控制活門(mén)全機(jī)共3臺(tái)，控制機(jī)翼副油箱輸油2臺(tái)，控制機(jī)身副油箱輸油1臺(tái)。圖2為其結(jié)構(gòu)原理圖，圖中下部為機(jī)械控制部分，上部為電氣控制部分，輸油入口3處有一個(gè)比較靈敏的電容信號(hào)感應(yīng)器1，遇燃油就接通電氣控制電路打開(kāi)大活門(mén)5，遇壓縮空氣就斷開(kāi)電路關(guān)閉大活門(mén)5。其功用是通過(guò)控制大活門(mén)5的打開(kāi)和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)對(duì)以增壓空氣為動(dòng)力的機(jī)翼副油箱和機(jī)身副油箱的輸油與壓力加油控制，輸完油后關(guān)閉活門(mén)并且發(fā)出油盡信號(hào)。

圖2 加輸油控制活門(mén)結(jié)構(gòu)原理圖

增壓輸油時(shí)，存留在輸油入口管路的氣體在增壓壓力作用下，由排氣單向活門(mén)4排出，燃油從進(jìn)入活門(mén)輸油口3，電容信號(hào)器1感受到燃油后，向輸油電磁鐵11發(fā)出電信號(hào)，電磁活門(mén)9打開(kāi)，從輸油引壓?jiǎn)蜗蚧铋T(mén)2進(jìn)入大活門(mén)5腔內(nèi)的燃油，經(jīng)過(guò)電磁活門(mén)9，推開(kāi)輸油泄壓?jiǎn)蜗蚧铋T(mén)8流入出口 (低壓區(qū))，活門(mén)腔泄壓，大活門(mén)5在增壓的燃油壓力作用下克服大活門(mén)彈簧13的預(yù)壓力打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)輸油功能。當(dāng)輸油完畢后，增壓空氣進(jìn)入輸油口，電容信號(hào)器1感受到氣體后，向輸油電磁鐵11發(fā)出油盡信號(hào)，切斷電磁鐵的電源，電磁活門(mén)9關(guān)閉，大活門(mén)5在大活門(mén)彈簧13的作用下關(guān)閉，停止輸油，同時(shí)副油箱油盡信號(hào)燈亮。

加輸油控制活門(mén)有一個(gè)配套的電容信號(hào)器組件。該組件對(duì)活門(mén)入口電容信號(hào)器的信號(hào)及壓力加油控制信號(hào)處理后，控制電磁鐵11通電或斷電及發(fā)出油盡信號(hào)等。

造成主組油箱滿油的主要原因是加輸油控制活門(mén)關(guān)閉功能失效，達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)。加輸油控制活門(mén)在輸油油盡時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)大活門(mén)5不能按設(shè)計(jì)要求，完成及時(shí)關(guān)閉油路的功能。其傳感與控制機(jī)構(gòu)，即電容傳感器1遇到油氣混合液后，不能及時(shí)有效斷開(kāi)控制電路或出現(xiàn)反復(fù)通斷震蕩，使加輸油控制活門(mén)不能有效關(guān)閉，導(dǎo)致大量增壓空氣從主組油箱底部快速鼓進(jìn)，主油箱出現(xiàn)翻騰、激蕩和泡沫等劇烈擾動(dòng)現(xiàn)象，使主組油箱的前后滿油傳感器31和32同時(shí)接通。同時(shí)，過(guò)多的燃油會(huì)涌入增壓通氣管路，導(dǎo)致燃油從機(jī)身油箱增壓安全活門(mén)、機(jī)身增壓通氣活門(mén)排氣口等部位排出燃油。

3.2 副油箱輸油控制浮子活門(mén)安裝位置較高

在主組油箱頂部左側(cè)裝有一浮子活門(mén)組，其布局如圖3所示，實(shí)際安裝效果如圖4所示。其功用是根據(jù)安裝在主組油箱上部的不同高度的4個(gè)浮子活門(mén)感受油面位置的變化，控制相應(yīng)的附件打開(kāi)或關(guān)閉。自上至下依次是1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)和4號(hào)浮子活門(mén)，1號(hào)浮子活門(mén)是控制機(jī)翼、機(jī)身副油箱輸油，2號(hào)浮子活門(mén)控制前組油箱輸油 (3號(hào)、4號(hào)浮子活門(mén)分別控制其他組油箱輸油)。

圖3 浮子活門(mén)組布局圖

圖4 浮子活門(mén)組實(shí)際安裝效果圖

按設(shè)計(jì)的地面常溫試車(chē)飛機(jī)的消耗順序，副油箱輸油時(shí)機(jī)是在主組油箱油量指示1 105 kg左右。實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)滿油故障現(xiàn)象的飛機(jī)副油箱輸油時(shí)機(jī)一般在主組油箱油量指示1 180 kg左右，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值75 kg左右。顯而易見(jiàn)，造成該問(wèn)題的原因是主油箱內(nèi)的輸油控制浮子活門(mén)組安裝位置比較高。按照飛機(jī)正常載油帶3個(gè)副油箱方案，其耗油順序是，先消耗主組油箱135 kg，燃油后再由副油箱向主組油箱輸油，這個(gè)時(shí)機(jī)主要由1號(hào)浮子活門(mén)的安裝高度決定，安裝位置高則造成副油箱輸油時(shí)機(jī)偏早、主油箱油面相對(duì)較高 (主油箱剩油指示值大)。同理，安裝位置低則造成副油箱輸油時(shí)機(jī)偏晚、主油箱油面相對(duì)較低(主油箱剩油指示值小)。

3.3 浮子活門(mén)組缺乏抗干擾防護(hù)

浮子活門(mén)無(wú)防干擾措施。由于主油箱內(nèi)的4個(gè)浮子活門(mén)的安裝位置及活門(mén)本身結(jié)構(gòu)的原因，在增壓空氣進(jìn)入主油箱形成油液劇烈擾動(dòng)現(xiàn)象，油液平面起伏不定，且由于1號(hào)、2號(hào)浮子缺口正對(duì)氣體震蕩的方向，受到強(qiáng)烈干擾，1號(hào)、2號(hào)浮子安裝位置圖3、圖4所示。2號(hào)浮子活門(mén)受到干擾后，浮子活門(mén)會(huì)迅速泄壓，使主油箱內(nèi)的輸油控制活門(mén)打開(kāi)，則前組油箱提前輸油。前組油箱中的燃油，由安裝在前組油箱下部的離心泵為動(dòng)力輸往主組油箱，輸油流量為35 000 L/h，遠(yuǎn)高于機(jī)翼副油箱、機(jī)身副油箱分別為23 000 L/h、18 000 L/h的輸油流量，容易使主組油箱過(guò)早形成滿油情況。

4 結(jié)論與建議

綜上所述，造成飛機(jī)輸油時(shí)滿油警告燈亮的原因是多方面的。減少和消除該隱患，應(yīng)從優(yōu)化加輸油控制活門(mén)設(shè)計(jì)、降低浮子活門(mén)組的安裝位置和改進(jìn)浮子活門(mén)組的干擾防護(hù)等方面入手。建議采取以下措施:

(1)改善加輸油控制活門(mén)的特性

建議廠家進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化加輸油控制活門(mén)的設(shè)計(jì)，提高活門(mén)的穩(wěn)定性和可靠性。優(yōu)化設(shè)計(jì)為:①在確保加輸油控制活門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)大活門(mén)5能可靠打開(kāi)的前提下，增大大活門(mén)彈簧13的預(yù)壓力，提高加輸油控制活門(mén)的關(guān)門(mén)力，使副油箱油盡后迅速并可靠關(guān)閉，減少增壓空氣進(jìn)入主油箱的量;②當(dāng)加輸油控制活門(mén)在輸油油盡時(shí)，由于電容傳感器組件設(shè)計(jì)有一延時(shí)電路，不能立即關(guān)閉活門(mén)，所以在這個(gè)延時(shí)時(shí)間內(nèi)有大量的增壓空氣進(jìn)入主組油箱，干擾了輸油控制。因此，應(yīng)適當(dāng)縮短輸油油盡時(shí)電容傳感器組件內(nèi)延時(shí)電路控制的關(guān)閉時(shí)間。

(2)降低1號(hào)浮子活門(mén)打開(kāi)泄壓時(shí)的高度，延緩機(jī)翼副油箱和機(jī)身副油箱的輸油時(shí)機(jī)，適當(dāng)減少主組油箱的實(shí)際油量。因主油箱內(nèi)的浮子組安裝位置較高，使副油箱輸油時(shí)機(jī)過(guò)早，副油箱輸油時(shí)主組油箱燃油面偏高，容易造成主組油箱滿油故障。因此，應(yīng)適當(dāng)降低浮子組的安裝高度，下降約15 mm為宜。

(3)在輸油控制系統(tǒng)浮子活門(mén)組的上部1號(hào)、2號(hào)浮子活門(mén)開(kāi)口處的周?chē)?，加裝防震蕩片，消弱或消除增壓空氣進(jìn)入主組油箱時(shí)對(duì)副油箱和主組油箱的輸油順序的干擾。

(4)在維護(hù)方面，建議把副油箱增壓值調(diào)整至該范圍的下限，即0.088～0.09 MPa為宜，減少單位時(shí)間內(nèi)的增壓空氣的涌入量。

【1】楊風(fēng)田．某型飛機(jī)培訓(xùn)手冊(cè)［M］．沈陽(yáng):中航工業(yè)第601研究所，2004．

【2】雷天覺(jué)．新編液壓工程手冊(cè)［M］．北京:北京理工大學(xué)出版社，1998．

【3】張貴林．某型飛機(jī)輸油故障分析［J］．青島:海軍航空工程技術(shù)，2011．