某型發動機燃油噴嘴滲漏導致飛機座艙引氣污染故障研究

劉小強 王彪明

摘要：對某型發動機燃油噴嘴滲漏導致外場飛機空調系統引氣污染的故障進行分析，查找故障發生的真正原因并制定改進措施，解決了因燃油噴嘴滲漏導致的飛機空調系統引氣污染故障。

關鍵詞：空調系統；引氣污染；燃油噴嘴；滲漏

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

0 引言

某型飛機自上世紀90年代由國外引進，逐漸裝備人民空軍，極大地提高了我軍的戰略投送能力，不僅在軍事活動中作用重大，在搶險救災等民用領域中同樣發揮著不可替代的作用。

因質量可靠、推力大、壽命長、油耗低，該型飛機配裝的發動機及其衍生型號的裝機數量不斷增加。該型飛機的座艙空調主要從發動機進行引氣，該氣路的空氣質量直接影響飛機座艙內的空氣質量。在我廠對該型發動機大修和外場維護保障的過程中，發生過一起因發動機附件故障導致飛機空調引氣系統污染的故障，且該故障為首次遇到。

1 發動機引氣系統的組成結構和工作原理

1.1 發動機引氣系統的功用和組成

該型飛機的座艙用氣由所配裝發動機的引氣系統供應，主要作用是為飛機座艙提供清潔、溫度適宜的新鮮空氣，保證飛機座艙內的正常用氣。引氣系統通過座艙內空調面板的開關，控制發動機內涵道和外涵道引氣管路上輸氣電門的打開和關閉，控制座艙內的空調用氣。

1.2 發動機向飛機空調系統引氣的工作原理

當接通空調面板上的內涵道輸氣電門時，位于通往空調引氣系統的氣冷式散熱器導管上的兩個節氣門打開，發動機內涵道的高壓空氣流經安裝燃油噴嘴的火焰筒外部，通過輸氣套筒進入空調引氣管路（見圖1）。

為防止進入空調系統內的空氣溫度過高，必須接通空調面板上外涵道輸氣電門，位于通往空調系統氣冷式散熱器冷卻空氣導管上的節氣門打開，發動機外涵道的冷空氣便可進入散熱器，對引向空調系統的壓縮熱空氣進行冷卻。外涵道輸氣電門有關閉、打開和自動三個位置，電門位于自動位置時，節氣門由空調系統中的溫度調節器自動控制[1]。

2 燃油噴嘴的結構和工作原理

2.1 燃油噴嘴的結構

如圖2所示，燃油噴嘴是由一級噴霧器、二級噴霧器、轉接器、噴嘴螺帽、噴嘴殼體、密封圈和螺帽等組成的離心式雙油路雙噴口的噴嘴，主要作用是向燃燒室供給燃油，保證發動機正常起動和運行。

2.2 燃油噴嘴的工作原理

進入燃油噴嘴的燃油，經過油濾、殼體內的油路、轉接器上的孔、一級噴霧器和二級噴霧器上的切向槽，進入渦流室，在離心力的作用下，最后在噴口成圓錐狀旋轉噴出[1]。

3 外場故障及故障查處情況

3.1 外場故障情況

用戶反映工廠大修后的多臺發動機在使用過程中出現飛機在接通空調系統引氣后座艙內有類似燃油蒸氣的異味，而裝用俄大修后發動機的飛機卻無此類問題，該故障使飛機座艙內空氣質量受到污染，影響了空勤人員的身心健康，對部隊的正常飛行訓練造成了影響。

3.2 故障查處情況

通過對發動機引氣系統的結構和外場反映的故障情況進行分析，結合試車臺對故障發動機試車過程中采集到的引氣成分進行化驗（見表1），并對燃油噴嘴進行分解檢查，確定故障原因是燃油噴嘴滲漏的燃油高溫氣化后隨發動機引氣管路進入飛機空調系統而導致。

對故障發動機上分解下的燃油噴嘴外觀進行檢查，發現噴嘴殼體根部均有不同程度的燃油炭化痕跡。可以判定螺帽下方有燃油滲漏跡象。

對燃油噴嘴進行密封性檢查，發現9件噴嘴有不同程度的滲漏（見圖3）。可以確定燃油噴嘴上的密封圈失效導致燃油滲漏至噴嘴外部。

對燃油噴嘴進行分解檢查，4件噴嘴殼體的螺紋部分有積炭，3件噴嘴螺帽內孔有大量積炭（見圖4），部分密封圈兩側壓痕不均勻。由此可以確定一二級噴霧器、轉接器和噴嘴殼體端面四者之間的密封已經失效，而滲漏的燃油導致噴嘴殼體螺紋部分、噴嘴螺帽有積炭。密封圈壓痕不均勻說明密封圈未充分壓緊或本身加工質量存在問題。

4 原因分析及改進措施

本次外場飛機座艙空調引氣污染故障的發生過程如下：燃油噴嘴在修理過程中，一二級噴霧器、轉接器和噴嘴殼體的研磨修理質量不高，使四者之間的三個密封平面的密封失效，導致正常工作的燃油滲入由密封圈、噴嘴螺帽和噴嘴殼體形成的腔體之內（圖2中藍色區域），使燃油噴嘴的第一道密封防線失效；密封圈本身質量不高，未被充分壓緊，無法起到密封作用，導致已滲漏至密封圈和噴嘴螺帽之間腔體的燃油繼續滲漏到燃油噴嘴外部，使得燃油噴嘴的第二道密封防線失效；燃油噴嘴的頭部安裝在火焰筒內，密封圈處滲漏的燃油處于火焰筒外部，在高溫高壓環境下氣化，污染了發動機內涵道高壓壓縮空氣；飛行員打開空調系統引氣電門后，被污染的空氣隨內涵道氣流被引至飛機空調系統，進入飛機座艙，從而導致了外場故障的發生。

4.1 燃油噴嘴平面密封失效的原因分析及措施

燃油噴嘴分解后，噴嘴螺帽、密封圈和噴嘴殼體形成的腔體內積炭嚴重，表明一二級噴霧器、轉接器和噴嘴殼體四者之間的三個密封平面中已有一個或多個失效，無法起到密封作用。清查修理現場發現，一二級噴霧器、轉接器和噴嘴殼體的平面研磨修理缺少專用研磨工裝、專用研磨平臺和專用測具，實際研磨過程中的零件研磨修理質量無法保證。

為此，對一二級噴霧器和轉接器增加專用研磨工裝，對噴嘴殼體舊有研磨工裝進行改進，對粗研和精研的研磨平臺進行細化分類，配置專用測量器具，確保研磨修理后零件的平面度和平行度滿足工藝要求。

在發動機附件的維修過程中，精密偶件的研磨質量往往決定了附件的最終性能，在修理過程中操作者個人技能固然重要，但個人技能的充分發揮也需要工裝器具的保證和測量器具的檢驗。

4.2 燃油噴嘴密封圈失效的原因分析及措施

從燃油噴嘴分解下的密封圈的兩個密封錐面壓痕不均勻，復試性能時密封圈處有明顯滲漏，說明密封圈未能充分壓緊或者自身加工有缺陷，已經不能起到密封作用。

在工藝中明確密封圈在壓緊前必須進行密封試驗，以檢查一二級噴霧器、轉接器和噴嘴殼體的平面密封質量；在工藝中明確密封圈壓緊的具體操作方法，防止密封圈未充分壓緊情況發生；將密封圈圖紙和原設計圖進行對照檢查，完善零件圖紙，增加形位公差要求，提高表面粗糙度標準后重新制造密封圈。

在裝備修理過程中，自制零備件一方面要溯源，另一方面要充分驗證，尤其是涉及到產品性能的零備件。零備件性能的充分發揮有賴于工藝方法的科學性。

5 結束語

維修質量是保證航空裝備正常可靠工作的重要環節，維修過程中一個小零件的修理和制造瑕疵或工藝方法的漏洞都可能造成嚴重的質量問題。針對此次外場故障，工廠制定了一系列的改進措施，杜絕了此類故障的再次發生，為該型發動機的排故積累了經驗。

參考文獻

[1]董彥斌.某型飛機發動機構造與維護[Z].中國人民解放軍空軍裝備部，2007.

作者簡介

劉小強，工程師，主要從事航空發動機燃油附件維修技術工作。

王彪明，工程師，主要從事航空發動機附件維修技術研究工作。