某型发动机燃油喷嘴渗漏导致飞机座舱引气污染故障研究

刘小强 王彪明

摘要：对某型发动机燃油喷嘴渗漏导致外场飞机空调系统引气污染的故障进行分析，查找故障发生的真正原因并制定改进措施，解决了因燃油喷嘴渗漏导致的飞机空调系统引气污染故障。

关键词：空调系统；引气污染；燃油喷嘴；渗漏

Keywords：air-conditioning system；air pollution；fuel nozzle；leakage

0 引言

某型飞机自上世纪90年代由国外引进，逐渐装备人民空军，极大地提高了我军的战略投送能力，不仅在军事活动中作用重大，在抢险救灾等民用领域中同样发挥着不可替代的作用。

因质量可靠、推力大、寿命长、油耗低，该型飞机配装的发动机及其衍生型号的装机数量不断增加。该型飞机的座舱空调主要从发动机进行引气，该气路的空气质量直接影响飞机座舱内的空气质量。在我厂对该型发动机大修和外场维护保障的过程中，发生过一起因发动机附件故障导致飞机空调引气系统污染的故障，且该故障为首次遇到。

1 发动机引气系统的组成结构和工作原理

1.1 发动机引气系统的功用和组成

该型飞机的座舱用气由所配装发动机的引气系统供应，主要作用是为飞机座舱提供清洁、温度适宜的新鲜空气，保证飞机座舱内的正常用气。引气系统通过座舱内空调面板的开关，控制发动机内涵道和外涵道引气管路上输气电门的打开和关闭，控制座舱内的空调用气。

1.2 发动机向飞机空调系统引气的工作原理

当接通空调面板上的内涵道输气电门时，位于通往空调引气系统的气冷式散热器导管上的两个节气门打开，发动机内涵道的高压空气流经安装燃油喷嘴的火焰筒外部，通过输气套筒进入空调引气管路（见图1）。

为防止进入空调系统内的空气温度过高，必须接通空调面板上外涵道输气电门，位于通往空调系统气冷式散热器冷却空气导管上的节气门打开，发动机外涵道的冷空气便可进入散热器，对引向空调系统的压缩热空气进行冷却。外涵道输气电门有关闭、打开和自动三个位置，电门位于自动位置时，节气门由空调系统中的温度调节器自动控制[1]。

2 燃油喷嘴的结构和工作原理

2.1 燃油喷嘴的结构

如图2所示，燃油喷嘴是由一级喷雾器、二级喷雾器、转接器、喷嘴螺帽、喷嘴壳体、密封圈和螺帽等组成的离心式双油路双喷口的喷嘴，主要作用是向燃烧室供给燃油，保证发动机正常起动和运行。

2.2 燃油喷嘴的工作原理

进入燃油喷嘴的燃油，经过油滤、壳体内的油路、转接器上的孔、一级喷雾器和二级喷雾器上的切向槽，进入涡流室，在离心力的作用下，最后在喷口成圆锥状旋转喷出[1]。

3 外场故障及故障查处情况

3.1 外场故障情况

用户反映工厂大修后的多台发动机在使用过程中出现飞机在接通空调系统引气后座舱内有类似燃油蒸气的异味，而装用俄大修后发动机的飞机却无此类问题，该故障使飞机座舱内空气质量受到污染，影响了空勤人员的身心健康，对部队的正常飞行训练造成了影响。

3.2 故障查處情况

通过对发动机引气系统的结构和外场反映的故障情况进行分析，结合试车台对故障发动机试车过程中采集到的引气成分进行化验（见表1），并对燃油喷嘴进行分解检查，确定故障原因是燃油喷嘴渗漏的燃油高温气化后随发动机引气管路进入飞机空调系统而导致。

对故障发动机上分解下的燃油喷嘴外观进行检查，发现喷嘴壳体根部均有不同程度的燃油炭化痕迹。可以判定螺帽下方有燃油渗漏迹象。

对燃油喷嘴进行密封性检查，发现9件喷嘴有不同程度的渗漏（见图3）。可以确定燃油喷嘴上的密封圈失效导致燃油渗漏至喷嘴外部。

对燃油喷嘴进行分解检查，4件喷嘴壳体的螺纹部分有积炭，3件喷嘴螺帽内孔有大量积炭（见图4），部分密封圈两侧压痕不均匀。由此可以确定一二级喷雾器、转接器和喷嘴壳体端面四者之间的密封已经失效，而渗漏的燃油导致喷嘴壳体螺纹部分、喷嘴螺帽有积炭。密封圈压痕不均匀说明密封圈未充分压紧或本身加工质量存在问题。

4 原因分析及改进措施

本次外场飞机座舱空调引气污染故障的发生过程如下：燃油喷嘴在修理过程中，一二级喷雾器、转接器和喷嘴壳体的研磨修理质量不高，使四者之间的三个密封平面的密封失效，导致正常工作的燃油渗入由密封圈、喷嘴螺帽和喷嘴壳体形成的腔体之内（图2中蓝色区域），使燃油喷嘴的第一道密封防线失效；密封圈本身质量不高，未被充分压紧，无法起到密封作用，导致已渗漏至密封圈和喷嘴螺帽之间腔体的燃油继续渗漏到燃油喷嘴外部，使得燃油喷嘴的第二道密封防线失效；燃油喷嘴的头部安装在火焰筒内，密封圈处渗漏的燃油处于火焰筒外部，在高温高压环境下气化，污染了发动机内涵道高压压缩空气；飞行员打开空调系统引气电门后，被污染的空气随内涵道气流被引至飞机空调系统，进入飞机座舱，从而导致了外场故障的发生。

4.1 燃油喷嘴平面密封失效的原因分析及措施

燃油喷嘴分解后，喷嘴螺帽、密封圈和喷嘴壳体形成的腔体内积炭严重，表明一二级喷雾器、转接器和喷嘴壳体四者之间的三个密封平面中已有一个或多个失效，无法起到密封作用。清查修理现场发现，一二级喷雾器、转接器和喷嘴壳体的平面研磨修理缺少专用研磨工装、专用研磨平台和专用测具，实际研磨过程中的零件研磨修理质量无法保证。

为此，对一二级喷雾器和转接器增加专用研磨工装，对喷嘴壳体旧有研磨工装进行改进，对粗研和精研的研磨平台进行细化分类，配置专用测量器具，确保研磨修理后零件的平面度和平行度满足工艺要求。

在发动机附件的维修过程中，精密偶件的研磨质量往往决定了附件的最终性能，在修理过程中操作者个人技能固然重要，但个人技能的充分发挥也需要工装器具的保证和测量器具的检验。

4.2 燃油喷嘴密封圈失效的原因分析及措施

从燃油喷嘴分解下的密封圈的两个密封锥面压痕不均匀，复试性能时密封圈处有明显渗漏，说明密封圈未能充分压紧或者自身加工有缺陷，已经不能起到密封作用。

在工艺中明确密封圈在压紧前必须进行密封试验，以检查一二级喷雾器、转接器和喷嘴壳体的平面密封质量；在工艺中明确密封圈压紧的具体操作方法，防止密封圈未充分压紧情况发生；将密封圈图纸和原设计图进行对照检查，完善零件图纸，增加形位公差要求，提高表面粗糙度标准后重新制造密封圈。

在装备修理过程中，自制零备件一方面要溯源，另一方面要充分验证，尤其是涉及到产品性能的零备件。零备件性能的充分发挥有赖于工艺方法的科学性。

5 结束语

维修质量是保证航空装备正常可靠工作的重要环节，维修过程中一个小零件的修理和制造瑕疵或工艺方法的漏洞都可能造成严重的质量问题。针对此次外场故障，工厂制定了一系列的改进措施，杜绝了此类故障的再次发生，为该型发动机的排故积累了经验。

参考文献

[1]董彦斌.某型飞机发动机构造与维护[Z].中国人民解放军空军装备部，2007.

作者简介

刘小强，工程师，主要从事航空发动机燃油附件维修技术工作。

王彪明，工程师，主要从事航空发动机附件维修技术研究工作。