某飞机压力加油时燃油喷射故障分析

谢建峰

摘要：针对一架飞机满加油切断时燃油喷射故障，对压力加油分系统及通气分系统进行分析，查找故障产生的原因，给出修理维护建议。

关键词：燃油；满加油；喷射；故障分析

Keywords：fuel；fill up； injection； failure analysis

1 故障情况

某架飞机在外场维护首次执行“满加”压力加油方案，在加油切断时右尾梁排气活门处有燃油喷出。压力加油切断后，燃油喷射停止。放出机上燃油，再次进行压力加油，故障复现。

2 故障分析

2.1 原理分析

1）压力加油原理

某型飞机压力加油利用机上接头进行，通过地面设备向飞机提供一定压力和流量的燃油，同时利用电气系统的信息和装置进行控制。

压力加油有三种方案：满加油方案、基本加油方案和中间加油方案。满加油方案是1、2、3、4号油箱全加；基本加油方案是只加2、3、4号油箱；中间加油方案是根据需要自行决定加入的油量。

2）通气增压系统原理

为保证在压力加油时及时排除油箱内的空气，避免“气塞”现象导致故障，油箱前后舱及各油箱间均设置了通气管路。在加油过程中，各油箱之间气体相通，加油排出的气体汇集到1号油箱。在浮子活门未上浮时，空气从1号油箱重力加油口及浮子活门处进入通气管路，当空气压力高于右尾梁排气活门调压阀打开压力时，排气活门打开，将多余的空气排放到大气中；当燃油液面上升至浮子活门关闭后，空气仅从1号油箱重力加油口进入通气管路，直至加油结束。为避免管路多重布置，从1号油箱重力加油口、浮子活门至右尾梁的排气活门处的通气管路同时也是增压管路。

在发动机正常试车时，来自发动机压气机的压缩空气经排气活门调压后，以恒定的压力输送至各油箱，保证油箱中压力大于空气分离压，防止出现气穴现象。同时，为防止加油时燃油进入增压管路，除1号油箱外，其余油箱增压管路出口处均设置了单向活门。

由燃油系统压力加油及通气原理可知，在满加油切断时，有燃油经增压通气共用管路并从排气活门排出。管路不密封、浮子活门密封失效、压力加油切断失效或管路中有余油均可能导致燃油进入通气管路。将排气活门喷射燃油列为顶事件建立故障树，如图2所示，并对各種可能的结果事件和底事件进行逐项分析。

2.2 故障排除过程

为排除管路中余油导致排气时喷油的可能性，结合发动机外场试车将燃油消耗至3～4t，重新进行满加油方案，在压力加油切断前2s，右尾梁排气活门开始喷油，故障复现，排除管路中有余油的可能性。因压力加油切断时，加油封闭开关有电动机构工作声音，可确认飞机属正常切断，同时排除因压力加油切断失效导致燃油喷射的现象。

因排气管路喷油时正是满加油快结束时，且1号油箱内部增压通气共用管路位于油箱顶部。若管路不密封，油箱快满时，燃油会通过管路不密封处进入排气管路。打开1号油箱，对增压通气共用管路进行检查，未发现异常。更换连接处密封圈，恢复安装后，重新加油，故障复现。排除增压通气共用管路不密封的可能性。

重新检查故障设备，在加油结束后检查1号油箱燃油液面，发现液面低于重力加油口位置。若飞机有制造缺陷，1号油箱重力加油口位置低于满加油位置，则燃油经排气活门喷射后液面应位于重力加油口附近。现燃油液面距离重力加油口位置还有一定距离，排除飞机制造缺陷，同时说明燃油不是经过1号油箱重力加油口进入通气管路的。

从燃油系统增压、通气管路的布置来看，排除1号油箱重力加油口有燃油进入的可能，则1号油箱浮子活门未关闭或不密封导致故障的可能性较大。为减少工作量，在满加油的基础上断开浮子活门前管路，从1号油箱重力加油口对油箱进行加油，加油过程中避免燃油进入排气管路，观察浮子活门处的管路情况。检查发现，加油过程中浮子活门处有燃油涌出。初步断定浮子活门有故障，对其进行换新。浮子活门更换后，重新进行压力加油，故障复现，排除浮子活门失效的可能性，判定从排气活门喷射的燃油来自浮子活门后的增压管路。

结合图1分析增压管路走向，1号油箱浮子活门后的增压管路有两个分支，一支为2号、4号油箱增压管路，从成型架到达2号油箱2～3墙位置，进入2号油箱3号舱，一方面给2号油箱增压，另一方面给4号油箱增压；另一支为3号油箱增压管路，在成型架与1号油箱浮子活门连接导管之后进入油箱，在2号油箱2号舱向左右3号油箱进行增压。

因该飞机在厂房内进行油序试验时未反馈有故障，且外场飞机停放状态与油序试验时状态不一致，初步怀疑故障与飞机状态有关。模拟飞机油序试验状态，将飞机用千斤顶顶起，其中主起落架刚离地，前起落架离地约100mm（低于油序试验时高度），重新压力加油，排气活门处仍有燃油喷出，但油量较前几次有减少，说明飞机停放状态与故障现象有关。

从成型架上断开2、4号油箱增压分支管路，同时进行压力加油，发现航向向后的管路有大量燃油流出，2、4号油箱增压分支管路无燃油流出。由此断定，从排气活门中喷射的燃油来自3号油箱增压管路。

为进一步判定燃油来自2号油箱内部的管路还是3号油箱，断开中外翼对接的增压管路，重新加油，发现左3号油箱增压管路有大量燃油流出。隔离左3号油箱增压管路，重新压力加油，右尾梁排气活门无燃油喷射。至此，故障定位至左3号油箱增压管路。

从燃油系统增压、通气系统在左3号油箱布置来看，增压管路由导管及出口处单向活门组成，单向活门向油箱内部打开，如图3所示。在飞机大修时，单向活门固定分解修理，增压管路需进行密封性试验，因此单向活门装反或卡滞无法关闭均有可能在压力加油时使燃油进入增压管路，从右尾梁排气活门喷出。用工业孔探仪从左外翼上部油箱口盖进入检查单向活门情况，发现泡沫塑料卡在单向活门片与壳体之间，造成单向活门无法关闭。

调整泡沫塑料与单向活门的间隙，保证单向活门可正常打开和关闭。恢复口盖安装，重新进行压力加油，故障现象消失。将飞机恢复外场停放状态，再次进行压力加油，故障未出现。至此，故障排除。

2.3 故障原因分析

1）油序试验时加油

在油序试验时，为保证各油箱油尽信号灯燃亮时油量、耗量指示准确，按制造技术条件要求，需将飞机放置水平。因此，在油序试验时，将飞机前起落架离地约200mm，为防止飞机侧翻，将左右主起落架也用千斤顶顶起，保证离地即可，油序试验时飞机油箱姿态如图4所示。

在基本加油时，因3号油箱左外翼增压管路不密封，在3号油箱快满时，燃油进入增压管路。由于各油箱之间彼此通气，3号油箱与增压管路无压力差，根据连通管原理，增压管路中的燃油液面与3号油箱内燃油液面齐平。当3号油箱加满后，2号油箱燃油液面高于3号油箱时，增压管路的燃油液面与2号油箱齐平。基本加油方案正常切断时，2、3号油箱加油管路由位于2号油箱1号舱满油信号器的上液面进行切断，此时燃油液面远低于油箱上部的通气增压管路，右尾梁排气活门无异常。

在满加油方案中，各油箱的加油管路由位于1号油箱满油信号器的上液面进行控制，当2号油箱加满后，加油管路仍不切断，加入的燃油通过油箱顶部的通气管进入1号油箱。当1号油箱加油时，油箱最高液面为2号油箱前舱燃油液面。由于飞机前起落架顶起，此时1号油箱浮子活门明显高于2号油箱液面，增压管路中的燃油不会从1号油箱浮子活门进入1号油箱，右尾梁的排气活门正常排气，无油气。随着燃油液面逐步上升，浮子活门先行关闭。此时1号油箱液面高于2号油箱，增压管路中的燃油与1号油箱液面保持一致。由于1号油箱内满油信号器接通位置仍低于通气管最高处，燃油无法通过通气管最高处进入增压通气共用管路而从排气活门喷出。因此，在油序试验时未能反映出故障。

2）外场停放时加油

飞机在外场维护时，前起落架正常落地，前机身下沉。飞机姿态及油箱状态如图5所示。

基本加油时与油序试验时加油相同，无异常。在满加油时，当2号油箱燃油液面超过基本加油满油信号器上液面时，由于此时1号油箱浮子活门与2号油箱1号舱最高位置持平，燃油通过1号油箱浮子活门进入1号油箱。意外加入的燃油与油箱内自身加油引射器引射的燃油混合，造成燃油波动剧烈，燃油蒸汽与空气混合通过重力加油口从右尾梁排气活门处排除。经与故障发现人员核实，在1号油箱加油过程中，右尾梁排气活门确有雾化的油气排出，现象吻合。当1号油箱液面上升至浮子活门关闭后，燃油液面沿增压通气共用管路继续上升。在1号油箱满油信号器未接通前，两个加油管路全部处于打开状态，燃油流量较大。而此时油箱无油空间较小，液面上升较快，而且1号油箱满油信号器接通位置与增压通气管路最高处高度相差不大，当满油信号器信号接通时，燃油瞬时通过通气增压管路最高处，从右尾梁排氣活门处排出。当加油封闭开关关闭后，加油管路被切断，排油停止。与故障现象一致。

3 结束语

根据试验验证情况，结合压力加油分系统及通气分系统工作原理及机上状态检查，对压力加油时燃油喷射故障进行了分析，形成了故障结论：该机在压力加油切断时出现燃油喷射的原因是左外翼油箱内增压管路出口单向活门被用于阻燃的泡沫塑料卡滞在打开位置。

燃油系统大量部附件安装于油箱内部，且用大量的泡沫塑料进行阻燃。安装时，由于维护口盖尺寸限制，泡沫塑料需挤压缩小尺寸后放入油箱对应位置再展开。泡沫塑料在展开时应注意对周围构件的影响，尤其是运动部件，必要时安装完成后采用孔探仪进行检查，以确保运动部件的工作可靠性。