某型發動機增設滑油低壓開關可行性研究

王 鵬 顏 顏 / Wang Peng Yan Yan

(1.上海飛機設計研究院,上海201210;2.上海交通大學，上海 200240)

?

某型發動機增設滑油低壓開關可行性研究

王 鵬1,2顏 顏1/ Wang Peng1,2Yan Yan1

(1.上海飛機設計研究院,上海201210;2.上海交通大學，上海 200240)

某型民用航空發動機服役后，在全球范圍內，裝備該機型的民用客機在運行過程中多次出現由于滑油壓力傳感器故障導致的滑油低壓誤告警，使得飛行員主動關停發動機，從而導致空停。通過安全性分析的方式，對該型發動機的滑油系統中增設滑油低壓開關來關閉誤告警問題的可行性進行評估，同時對增設低壓開關的影響進行權衡，確認方法可行，增設低壓開關有利于保證該型民用航空發動機航線運行中的安全性和派遣率。

民用發動機；滑油系統；低壓告警信息；空停；誤告警

0 引言

某型民用航空發動機使用滑油壓力傳感器對滑油系統壓力進行測量，并作為飛機駕駛艙滑油低壓告警的信號輸入源。在該型發動機裝機服役后，其全球機隊多次出現由于滑油壓力傳感器故障而導致的滑油低壓誤告警，使得飛行員必須主動關停發動機，從而導致空停。為關閉此問題，計劃通過在發動機滑油系統中增設低壓開關的方式，與原有的壓力傳感器共同確認滑油低壓以避免誤告警。本文采用分析的方法，對增設滑油低壓開關的有效性和不利影響進行分析，確定該方法的可行性。

1 問題及處理方案

航空發動機滑油系統由供油路、回油路和通氣路三部分組成，對發動機前、后油池中的軸承以及附件傳動系統中的齒輪進行潤滑和冷卻。系統中安裝有傳感器對滑油系統的壓力、溫度、油量、以及滑油濾和磁堵的狀態進行探測，系統構架和傳感器布置如圖1所示。滑油的壓力、溫度和油量參數將在飛機駕駛艙實時顯示，用于飛行員掌控發動機運行狀態。當滑油系統出現低壓、超溫、低油量或油濾堵塞等故障時，相關傳感器能夠迅速觸發駕駛艙的告警，向飛行員進行指示告警。

該型發動機裝配的滑油壓力傳感器實時測量供油路的壓力，持續輸出壓力信號。其理論故障率為1.09E-5，但在2010年全球機隊服役過程中，該壓力傳感器產生的滑油低壓誤告警導致數次人工停車。為處理此問題，考慮在滑油壓力傳感器鄰近的下游位置增設滑油低壓開關，由低壓開關和壓力傳感器共同測量滑油壓力，當兩者均探測到滑油壓力低時，才能夠觸發駕駛艙的“低滑油壓力”告警。

圖1 滑油系統及傳感器布置構架

2 低壓開關原理

計劃增設的滑油低壓開關為壓敏電阻式，對滑油濾出口和附件齒輪箱中滑油壓力的差值進行測量。滑油濾的出口油壓和附件齒輪箱內部油壓均進入一個與止動環隨動的膜盒內，兩油壓分別位于膜盒中膜片的兩側，同時該止動環位于整個電流環路中，保證環路閉合。當兩個壓力出現壓差時，壓力差作用于膜片上，膜片受壓變形彎曲使得與之相連的止動環位置變化輸出能夠轉化為壓力數據的電流信號。低壓開關增加了壓力門限值，當其探測得到的滑油壓力低于門限值時，低壓開關將會輸出信號。

3 增設低壓開關有效性分析

發動機滑油系統增設低壓開關前，駕駛艙的低滑油壓力告警的觸發僅由壓力傳感器的測量結果確定。當壓力傳感器出現掉電或自身故障時，傳感器輸出滑油壓力為0，發動機控制器(FADEC)解析滑油系統已處于低壓狀態，駕駛艙中“Warning”級別的“低滑油壓力”告警將被直接觸發。按照飛機機組操作手冊的要求，此狀態下為避免轉子爆破等更嚴重的事故，飛行員必須主動關停發動機，從而導致發動機空停，具體邏輯如圖2所示。

圖2 僅有滑油壓力傳感器時告警執行邏輯

增設滑油低壓開關后，壓力傳感器和低壓開關的信號均傳遞至FADEC進行解析，FADEC執行“與”邏輯判斷。當低壓開關“低壓”信號和壓力傳感器測量得到滑油壓力低于限制值的信號同時出現，駕駛艙的低滑油壓力告警才會被觸發，如圖3所示。低壓開關的故障率為1.40E-6，增設該開關后，能夠將滑油低壓誤告警導致發動機空停的概率由1.09E-5降低至1.53E-11，使滑油低壓誤告警成為極不可能發生的事件。

圖3 增設低壓開關后高警執行邏輯

4 增設低壓開關的不利影響分析

增設低壓開關可能導致“發動機滑油已低壓但未告警”的事件，采用分析的方法對故障概率進行確認。

(1)壓力傳感器正常，低壓開關故障，導致滑油已低壓但未告警的故障。

滑油已低壓但未告警故障的概率=

1/[1/(低壓開關自身故障率×滑油低壓概率)+ 1/(低壓開關供電故障率×滑油低壓概率)+1/(低壓開關電纜故障率×滑油低壓概率)]=

= 7.51E-14。

(2)低壓開關正常，壓力傳感器故障，可能導致滑油已低壓但未告警的故障。

滑油已低壓但未告警的概率=

1/[1/(壓力傳感器自身故障率×滑油低壓概率)+1/(壓力供電故障率×滑油低壓概率)+1/(壓力電纜故障率×滑油低壓概率)]=

=6.84E-14。

由壓力傳感器或低壓開關故障導致的“滑油已低壓但未告警”的最大概率僅為6.84E-14，屬于極不可能發生事件。因此，增設滑油低壓開關不會導致其他故障的產生。

5 結論

經過分析，通過增設滑油低壓開關，能夠有效避免由于滑油壓力傳感器故障引發低滑油壓力誤告警，以及進一步導致的發動機空停，從而確保裝備該型發動機的民用客機在航線運行中的安全性和派遣率。增設低壓開關后，不會帶來其他的故障隱患。考慮長期的航線運營需求，應重新安裝低壓開關。

[1] SAE. AS5780A (R) Specification for Aero and Aero-Derived Gas Turbine Engine Lubricants [S]. U.S.A. 2000.

[2] SAE AIR 1828AV001 Guide for Oil System Monitoring.

[3] 涂杰，蘇有生，張雷. 2007年度國內運輸航空器發動機使用和空中停車統計分析[J]中國民用航空，2008，04.

[4]郭杰. CFM56-3C發動機滑油壓力低故障分析[J]. 航空維修與工程，2007，02.

Feasibility Analysis of Add Oil Low Pressure Switch on Serviced Civil Engine

(1. Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201210，China ；2. Shangahi Jiao Tong University，Shanghai 200240，China)

After a type civil engine entering into service, the civil aircraft equipped with this type engine occurs oil low pressure alert caused by the failure of oil pressure transducer during operation, and this alert leads pilot to shutoff engine actively and leads to engine shutdown. A safety analysis method is used to evaluate the feasibility of adding an oil low pressure switch in engine oil system, at the same time, the impact of adding switch is traded study. As a result, the method of adding the oil low pressure switch is available and it is advantage to ensure the safety and dispatch for this aircraft service.

civil engine；oil system； low pressure message；in flight shutdown；fault alert

V228.2

A