馬安權(quán) 黃小衛(wèi)

摘要：基于某型航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)及表面完整性要求，通過對本次燃油泄漏故障的機理進行研究，提出了同類結(jié)構(gòu)及表面完整性維修改進設(shè)計要點。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機；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)動機在役使用過程中發(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)動機高壓燃油泵至高壓燃油過濾器間燃油導(dǎo)管卡箍固定處管壁磨穿，導(dǎo)致燃油泄漏。為進一步明晰故障機理，杜絕同類故障再次發(fā)生，對故障部位導(dǎo)管、卡箍及銅襯套的安裝狀態(tài)、磨損情況進行了宏觀檢查，對故障機理進行了系統(tǒng)研究，并對維修技術(shù)進行了設(shè)計改進。

1 故障模式

某飛機進行跨晝夜飛行，再次出動前檢查發(fā)現(xiàn)右發(fā)動機艙下部燃油滲漏。進一步檢查發(fā)現(xiàn)，右發(fā)動機高壓燃油泵出口導(dǎo)管卡箍松動（見圖1），導(dǎo)管與卡箍存在異常磨損，銅襯套與機匣相鄰弧面嚴(yán)重磨損（缺失近1/3），導(dǎo)管與機匣相鄰弧面磨穿（見圖2），導(dǎo)致高壓燃油嚴(yán)重泄漏，危及飛行安全。

2 故障機理分析

根據(jù)故障發(fā)動機返廠檢查情況，從結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計、制造、維修、使用和維護等方面進行了系統(tǒng)梳理，結(jié)合其工作特點進行分析，具體如下。

2.1 導(dǎo)管裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計要求

1）利用“卡箍、銅襯套、導(dǎo)管同軸度控制點1”處的卡箍定位點間距離等結(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，卡箍上下兩部分對接部位基本平齊、無明顯錯位。

2）以“導(dǎo)管固定支點與導(dǎo)管軸線相對位置關(guān)系控制點2”作為剛性固定支點，利用附件機匣阻尼作用降低發(fā)動機工作過程中的導(dǎo)管振動應(yīng)力。

3）利用厚度1mm的M3（軟態(tài)）（俄方選材，對應(yīng)國產(chǎn)T3（軟態(tài)）紫銅，國內(nèi)同類件設(shè)計選材提升為紫銅T2（軟態(tài)））銅襯套良好的延展性和較低的抗拉強度特性，在預(yù)期的裝配應(yīng)力下易變形，以達(dá)到對卡箍和導(dǎo)管配合間隙局部不均勻的補償效能，使三者間形成理想的約束狀態(tài)（充分接觸、小緊度配合），工作時不產(chǎn)生相對運動。

4）導(dǎo)管選材對應(yīng)國產(chǎn)1Gr18Ni9Ti的Φ12×0.8無縫鋼管，其具有較好的彈性和延展性，可進行冷彎校形。根據(jù)發(fā)動機通用設(shè)計準(zhǔn)則，該導(dǎo)管為無圖樣設(shè)計，制造時根據(jù)發(fā)動機裝配實樣進行彎管制作標(biāo)準(zhǔn)樣件，因此其外形空間幾何尺寸設(shè)計時無準(zhǔn)確定義，允許裝配時進行局部冷彎校形或更換以滿足裝配要求。

5）卡箍選材對應(yīng)國產(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

參照發(fā)動機結(jié)構(gòu)、表面完整性要求，核查該型發(fā)動機維修設(shè)計輸出的大修指南及使用維護說明書等文獻，發(fā)現(xiàn)存在以下不足：

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

2）卡箍修理技術(shù)要求僅定義為無明顯變形及外觀損傷，對其外觀尺寸無明確檢查要求，也無標(biāo)準(zhǔn)樣件對比進行校形及驗收要求。

3）對導(dǎo)管僅有外觀明顯機械損傷、焊縫無損檢查及壓力密封檢查要求，無外形空間尺寸標(biāo)準(zhǔn)樣件比對檢查要求。

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

5）導(dǎo)管、銅襯套、卡箍間磨損應(yīng)力閾值和實際工作中產(chǎn)生的磨損應(yīng)力未經(jīng)詳細(xì)分析計算、驗證。

2.3 故障機理分析

通過對故障關(guān)聯(lián)件的裝配狀態(tài)、失效模式、失效形貌等宏觀查驗和外形尺寸測量，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)計要求，對故障原因進行分析。

1）裝配狀態(tài)未達(dá)到設(shè)計預(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)動機工作時因必然存在的振動激勵而產(chǎn)生相對運動，造成接觸面發(fā)生微動磨損。隨著工作時間的增加，接觸面間隙逐漸變大，逐步演變?yōu)楫惓Ｅ瞿ィ敝翆⒔佑|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)管磨損進程，最終磨穿失效。

2）導(dǎo)管外形問題

發(fā)動機外形尺寸多采用自由公差，對導(dǎo)管的空間幾何尺寸（即外形尺寸）精度等級要求較低，裝配時允許對導(dǎo)管的空間尺寸校形或更換導(dǎo)管進行匹配調(diào)整。該臺發(fā)動機存在裝配時導(dǎo)管空間尺寸不合理，未按要求進行校形或選配，導(dǎo)致卡箍與導(dǎo)管的同軸度大于2mm，裝配應(yīng)力過大；同時造成導(dǎo)管、卡箍和銅襯套的裝配狀態(tài)未能達(dá)到設(shè)計預(yù)期的約束要求，裝配后狀態(tài)檢查驗收也未發(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)動機工作時因振動造成導(dǎo)管、卡箍和銅襯套間產(chǎn)生微動磨損。

3）卡箍維修設(shè)計不足

該發(fā)動機裝配時，卡箍變形超出預(yù)期，使之對導(dǎo)管、銅襯套定位約束性能下降。

4）銅襯套維修設(shè)計不足

該發(fā)動機裝配時，銅襯套在上次工作中已發(fā)生了冷作硬化，未進行退火軟化、光亮處理，硬度及抗拉強度大幅增加，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)動機工作時因振動激勵產(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）裝配過程控制要求設(shè)計不足

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

3 維修設(shè)計改進

基于上述分析，為確保同類安裝部位的預(yù)期約束效果，應(yīng)從以下幾方面對維修性設(shè)計進行改進。

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）對使用過的銅襯套進行退火軟化、光亮處理。

4）細(xì)化裝配過程控制要點及驗收標(biāo)準(zhǔn)。

作者簡介

馬安權(quán)，工程師，研究方向為航空發(fā)動機維修設(shè)計與管理。

黃小衛(wèi)，工程師，研究方向為航空發(fā)動機維修設(shè)計。