某型飛機雙油面控制故障分析

■ 劉森 郝杰沛 趙延河/中國飛行試驗研究院

1 概述

1.1 故障現象

某型飛機飛行后例行查看飛參數據時發現雙油面控制曲線異常，但飛機故障清單里并未報告任何故障，燃油輸油順序也正常。

1.2 雙油面控制系統原理

圖1 雙油面控制系統原理圖

該型飛機共設置6 個油箱，分別為1 號、2 號、3 號、4 號、左機翼油箱及右機翼油箱，其中1 號和4 號為供油箱，2 號、3 號、左機翼和右機翼油箱則通過引射泵將燃油輸入4 號油箱。雙油面控制系統設置在4 號油箱內部，屬于純機械方式控制，由管路、單向閥、油濾、射流傳感器和油泵控制活門等組成。

雙油面控制系統的原理如圖1 所示。

1）當4 號油箱燃油消耗低于B液面時，射流傳感器1 ～4 號感受到壓力信號，將壓力信號匯集后傳遞至油泵控制活門1 ～6 號；當壓力值達到油泵控制活門的開啟門限值時，油泵控制活門1 ～6 號開啟，主動油源通過油泵控制活門到達引射泵，將2 號、3 號、左機翼和右機翼油箱的燃油輸送至4號供油箱。

2）當4 號油箱燃油液面高于B 液面但低于A 液面時，射流傳感器1 ～4 號停止工作；5 號、6 號射流來源為油泵控制活門后的主動油，因此5 號、6 號射流傳感器繼續工作，且壓力值仍能達到6 個油泵控制活門時的開啟壓力值，保持引射泵繼續工作，將2 號、3 號以及左右機翼油箱的燃油輸送至4 號油箱。

3）當4 號油箱燃油液面高于A 液面時，6 個射流傳感器均不能正常傳遞壓力，因而6 個油泵控制活門也停止工作；隨著4 號油箱燃油的不斷消耗，上述過程循環往復，直至2 號、3 號和左右機翼油箱的燃油輸盡。

飛行過程中，雙油面控制系統正常工作時，4 號油箱液面與時間的關系如圖2 所示。

油泵控制活門的原理如圖3 所示。油泵控制活門由殼體、彈簧和活塞等組成，在內部彈簧力作用下處于常關狀態。當射流控制器來油注入壓力腔，達到活門開啟壓力1MPa 時，活塞桿向下移動，活門正常開啟，主動油源通過油泵控制活門進入引射泵，使引射泵開始工作。

2 故障分析

圖2 雙油面控制系統正常工作時4號油箱耗油示意圖

圖3 油泵控制活門原理圖

圖4 雙油面控制異常中4號油箱耗油示意圖

飛行后查看飛參發現，飛行過程中雖然整體輸油順序正常，但是4 號油箱的燃油液面高度如圖4 所示，并未像正常的雙油面控制系統作用下的高于B 液面時繼續增加至A 液面，而是持續在B液面附近振蕩，直至2 號、3 號和左右機翼油箱的燃油輸盡，由此推斷雙油面控制系統工作異常。

當液面到達B 液面時，射流傳感器5 號、6 號應當傳遞壓力，使油泵控制活門正常開啟，4 號油箱燃油液面繼續增加。由于雙油面控制系統是純機械控制系統，且輸油順序正常，即使5 號、6 號射流傳感器中的一個出現故障，另一個也足夠打開油泵控制活門，使雙油面控制系統正常工作。因此，推斷只有兩種可能：

1）射流傳感器5 號、6 號同時損壞。

2）油泵控制活門出口端管路和主動油匯集管路至射流傳感器5 號、6 號之間的管路故障。

打開4 號油箱上部口蓋，目視檢查射流傳感器及管路，未發現異常。此時4 號油箱燃油液面已遠低于B 液面，外接地面油源車打壓發現，5 號、6 號射流傳感器出口端壓力偏低，兩個射流傳感器同時損壞的可能性不大。在右側口蓋下部有明顯燃油噴射聲，檢查發現5 號油泵控制活門出口端管路已完全斷裂，造成主動燃油匯集管路壓力降 低。

由于主動燃油流量較大，5 號油泵控制活門出口管路斷裂造成的流量及壓力損失并未影響引射泵的正常工作，所以輸油正常。但是5 號、6 號射流傳感器的壓力來源正是主動油匯集管路，壓力的降低導致5 號、6 號射流傳感器無法正常工作，從而造成雙油面控制系統工作異常。

3 結論及建議

本次雙油面控制異常故障是由于主動油匯集管路至5 號、6 號射流控制器的管路斷裂，導致射流燃油無法正常到達5 號、6 號射流傳感器，從而使5 號、6 號射流傳感器失效。當4 號油箱燃油液面高于B 液面時，1 ～4 號射流傳感器停止工作，5 號、6 號射流傳感器卻未能按控制邏輯繼續打開油泵控制活門，將其他油箱的燃油引射至4 號油箱，從而使4 號油箱燃油在B 液面上下振蕩，射流傳感器1 ～4 號反復工作，油泵控制活門也頻繁開關。由于油泵控制活門內部有彈簧，屬于純機械控制系統，頻繁開關造成油泵控制活門工作強度顯著增加，壽命急劇減少，導致有壽件控制系統失去對其真正壽命的控制；油泵控制活門損壞使其他油箱燃油無法正常到達供油箱，且故障比較隱蔽，機上未報任何故障，最終可能導致輸油異常，飛機超載著陸或燃油不足導致無法正常返航。

雙油面控制系統是純機械控制系統，自身沒有任何檢測措施，且在正常飛行中不易發現其故障。對此，提出以下建議：

1）在射流匯集管路、主動油匯集管路、主動油匯集管路至5 號和6 號射流傳感器上設置壓力傳感器，監測各管路壓力以保障雙油面控制系統能夠正常工作。

2）將對雙油面控制系統的監測納入系統控制，利用機上計算機對采集到的4 號油箱油量變化進行實時分析。當4 號油箱油量變化異常時，計算機能夠判讀故障，在座艙故障清單中予以提示，并將可能出現的后果告知飛行員，以規避風險。

飛機上存在很多機械控制系統，健康管理系統無法對這些系統進行直觀監控，客觀上存在系統失效的風險。因此，建議將此類無法直觀監控的系統部件納入系統控制范疇，通過對其控制及作用部位的數據進行分析，綜合識別故障，并對故障后果加以分析，最終將故障等級及具體信息在故障清單中進行顯示，以排除安全盲區。