大型民用飛機燃油箱污染影響與控制要求

卞 剛* 宋志強 葛 銳

（上海飛機設計研究院，上海201210）

0 引言

燃油箱的基本功能是存儲燃油，并保證油箱內燃油向油泵入口順暢流動。燃油是燃油系統、動力裝置系統、輔助動力裝置系統的工作介質，是全機能源的源頭。燃油系統、動力裝置系統、輔助動力裝置系統包含較多精密設備，為保證各系統正常工作，必須保證燃油足夠清潔。在燃油箱結構與燃油箱內系統件制造、飛機部裝總裝、試驗、加油、運行以及維護維修過程中，往往會產生、遺留各類雜質、顆粒物等污染物質或多余物，并對系統正常工作產生影響。為保證飛機正常運行，有必要針對各種環節產生的燃油箱污染物/多余物，采用各種手段減少、控制其產生，或降低其影響。

1 燃油箱污染物類型與影響

1.1 燃油箱污染物類型

燃油箱污染物特指飛機制造、運行、維護過程中自然滋生、制造遺留、損傷脫落產生的潔凈燃油、干凈產品所不允許的多余物。通過對生產制造、運行維護過程的統計，燃油箱內污染物/多余物主要有以下種類，見表1。其中制造維護過程中的污染物、多余物一般源于制造加工過程中清潔工作不到位、工藝程序不完善、生產技能不熟練、質量控制不嚴等因素。正常運行過程中產生的污染物、多余物則一般源于油箱內自然運行環境、燃料自身化學物理特性、零部件和材料的自然老化或失效等因素。

表1 燃油箱污染物/多余物類型與產生階段

1.2 燃油箱污染物/多余物的影響

與燃油相關的機載系統包括燃油系統、動力裝置系統、輔助動力裝置系統、油箱內其它系統以及燃油箱結構，燃油的污染有可能引起上述系統的功能失效或性能降級等，對于不同的污染物，其產生的影響如下所述。

1.2.1 機械產品功能喪失與性能下降

各種固體雜質、不溶于燃油的膠體、絮狀物等隨燃油流動，極容易堵塞細小流動通道，比如壓力傳感器的測壓管路、引射泵噴嘴、伺服部件的精細孔道等，從而引起相關性能下降、功能喪失或可靠性降低，如圖1中的顆粒污染物。某些固體污染物或多余物，容易卡滯活動部件的運動機構，導致部件功能降級或喪失，如單向閥被卡住不能打開或關閉，浮子轉軸或滑動軸被卡住而不能浮動；在低溫情況下，燃油中水分易形成積冰，堵塞流動通道，導致系統性能下降或功能喪失。最終的影響可能是發動機供油功能喪失，導致發動機停車。2008年1月17日，英航一架由北京飛倫敦的B777-200ER在希斯羅機場跑道入口前330 m處墜撞著陸，調查結論表明發動機供油能力大幅下降，導致推力減小，而其原因可能是燃油熱交換器處出現燃油中水分結冰堵塞流動通道導致供油不足引起。

圖1 引射泵噴嘴堵塞物

1.2.2 結構腐蝕

水分在油箱中積聚，一方面易腐蝕結構，另一方面易滋生微生物；微生物在其生長過程中，從周圍環境吸收營養素，并產生有害氣體、酸性物質及其它分泌物等，影響燃料穩定性，產生電化學環境致使金屬腐蝕、復合材料降解。

1.2.3 傳感器感應偏離或功能喪失

水分與燃油屬性不同，過多水分會導致油量傳感器測量偏差；膠帶、標簽、繩帶、絲線、微生物等粘覆住傳感器感應裝置，易使傳感器感應功能喪失或出錯，導致產生錯誤的信號，如圖2為油箱里脫落的膠帶。

圖2 油箱內脫落膠帶

1.2.4 燃油箱燃爆風險

脫落的金屬絲、金屬線等搭接在不同結構間，在兩端大電勢差情況下可能會產生放電，導致燃油箱有燃爆風險。

1.2.5 飛機運行經濟性下降

燃油箱中過多的污染物會導致產品損傷、性能下降，并需為此安排排故、更換產品、油箱清潔等維護工作。燃油箱內的相關工作通常需要3 d～7 d的周期，停場維修產生的成本高達數百萬元。

2 燃油箱污染防護控制環節

燃油箱污染控制需要從產品全生命周期及場景研究污染的來源，對其實施控制。需要從源頭上針對工作介質——燃油的清潔特性，基于飛機結構、系統特點與制造工藝技術水平，定義結構、系統防污染相關設計要求，并延伸至制造、運行維護各階段與過程，在全生命周期中需接受相關質量要求的控制，燃油箱污染防護控制主要環節見圖3。通常燃油的存儲、運輸過程中燃油品質由航油公司、機場控制，相關規定如 MH/T6020[1]、MH/T6005[2]、ATA Specification 103[3]等。飛機運行維護中燃油箱清潔由航空公司、維修公司控制，一般按相關手冊及航空公司、維修公司規定執行。飛機研制、生產中燃油箱清潔則由飛機制造商、供應商控制，下文僅針對制造商研制生產與航空公司運營維護角度提出相關要求。

圖3 飛機燃油箱污染控制環節

3 燃油箱污染防護制造商控制

基于燃油/燃油箱/燃油系統中可能產生的污染物類型與特點，從設計上應考慮避免/降低污染物產生的可能。產品研制生產中可充分借鑒GJB5296[4]及其它相關標準規范，從組織管理、設計制造等多方面控制多余物。系統設計中應將預防污染與多余物、提供清潔燃油作為設計需求，保證產品設計時充分考慮預防污染、多余物產生，以及便于檢查、清除污染、多余物，控制其風險。同時，組織上應建立完善的質量控制要求，對全生產環節進行管理。

3.1 燃油箱及相關系統設計一般要求

3.1.1 材料選用要求

燃油箱內及與燃油接觸的產品材料選用一般要求如下：

1）油箱內所有產品及各類材料應與燃油及其添加劑相容；

2）與燃油接觸的零部件表面不應采用鎂、銅、鎘及其合金材料，油箱內避免使用含銀材料；

3）不應選用在產品使用環境及壽命期內易發生蟲蛀、腐蝕、脫皮、龜裂以及滋生霉菌的材料，應保證產品在規定的使用期限內和使用環境條件下不脫漆、不脫鍍層、不氧化生銹、不發生催化斷裂；

4）新材料必須在燃油環境中開展相容性試驗才可應用，可參照RTCA DO-160[5]第11章“流體敏感性”。3.1.2燃油箱結構設計要求

燃油箱結構主要設計要求如下：

1）油箱內部結構應盡可能避免液體流動死區的設計，使油箱內油液、水分等能夠順暢流向燃油泵吸油口或油箱放沉淀區域，降低水分積聚滋生微生物和結冰的可能；

2）在油箱中易產生微生物的區域，結構表面涂防腐蝕涂層，通常是在油箱下壁板以上80mm以下區域，都需要涂覆；

3）油箱開口應不易進入外物，如雨水、冰雪、砂塵、小動物、落葉等；

4）油箱中肋板最底部應布置排液孔，大的過油孔布置在接近肋板底部位置，這樣一方面可以保證正常串油、過水，一方面肋板底部的結構又可以一定程度上阻擋固體污染物在油箱里的輸運；

5）油箱結構應能保證油箱內所有區域可以接近、檢查及清潔。

3.1.3 系統設計要求

燃油箱內除了燃油系統，通常還可能布置有惰化系統、液壓系統以及電纜等，這些系統的設計，應考慮到以下原則與要求：

1）系統自身應避免產生污染物、多余物，應避免系統之間以及系統與結構之間相互影響而帶來污染物、多余物，系統應能夠耐受一定的污染物、多余物影響而不產生降級、退化，同時系統應避免將不可控的污染物、多余物帶出至其它下游系統（譬如動力裝置、輔助動力裝置等系統）；

2）系統架構設計中應考慮避免因油箱污染產生共因失效，并導致災難性的事件；

3）系統件應與燃油及其添加劑相容；相接觸的系統件之間、系統件與結構件之間應避免產生腐蝕反應；系統件材料包括表面處理材料應能耐受飛機飛行包線內的自然環境變化，包括溫度變化、濕熱環境、壓力變化、鹽霧環境、高空臭氧、振動、燃油沖擊、氣流吹洗等；

4）每一系統零件、裝配應研究其失效模式中是否存在小零件脫落的失效，應有充分的防失效設計，比如緊固件的放松。通常需考慮的脫落小零件，如柔性接頭的軸銷、卡扣、綁扎帶、搭接絲，搭接線的金屬絲、耳片，部件、管路安裝采用的緊固件，卡箍橡膠件，線纜上的標簽等；

5）燃油箱氣路、油路等各種開口處，應充分利用濾網，阻擋各類雜質多余物進入；

6）燃油系統管路布置應盡量避免出現積液而堵塞流動通道，同時部件應減少微細通道的應用；

7）燃油箱應該具備措施，能夠在正常運行中方便的排放、檢查油箱中沉積的主要污染物，如水分、微生物等。

3.2 燃油箱及相關系統制造一般要求

制造過程中的防污染與多余物控制除了技術上的因素，還重點包含質量與管理的因素。同時，燃油箱內的產品制造分多個層級，來自于多家供應商、不同的制造企業，因此從制造上亦應分層級、分階段進行控制，其控制環節如圖4所示。

圖4 燃油箱污染防護制造控制環節

3.2.1 通用管理與質量要求

制造環節防污染與多余物控制首先要從管理與質量上制定相關的要求，通常從產品制造的人、機、料、法、環等方面考慮：

1）制造相關人員應具備相應操作上崗資格，人員應經培訓上崗；進入工作區域人員、衣著應滿足相關清潔規定。

2）采用的工具工裝應滿足精度、質保要求；工具、工裝干凈整潔；每次使用的工具、工裝應建立清單，進、出工作區域，應進行比對檢查，避免有遺落；工藝設備應具備自凈化能力和防污染入侵的措施。

3）確保制造所需原材料滿足圖紙要求，各類耗材、油料滿足質保要求；進、出工作區域，材料清單應進行比對檢查，避免有遺落；消耗、磨損類的材料在使用后應對工作區進行清潔。

4）工藝程序和規范應經驗證，并在生產制造過程中持續完善；制造操作應嚴格按照工藝程序和規范執行；特殊的工藝、人員技能水平影響比較大的工藝，應有相對嚴格的檢查措施；不同制造工序間轉移應有嚴格的污染控制技術措施和管理措施。

5）生產制造環境應干凈整潔，確保周圍環境中沙塵、水分、雜質等外來物不會進入油箱；不同作業環境應有隔離防護；在部裝、總裝環節尤其需要對環境進行監控。

3.2.2 各生產制造環節要求

應從零部件生產制造源頭至飛機最終交付的所有環節對污染物與多余物防護進行控制：

1）零部件制造中應避免出現毛刺、金屬屑、夾渣等，應保證表面涂層的完整、光滑，表面不應有粗糙的凹坑或死腔；應確認部件上的零件裝配緊固完好，無任何損傷、松動跡象；不應使用鋼絲刷打磨導管表面，不應使用棉織品擦洗導管內表面；制造完成應進行清潔，并予以必要的包裝。

2）所有層級產品都應根據產品特點制定相應儲存運輸要求；對于存在老化退化可能的零部件，有必要控制保存期限；包裝產品的材料不應產生污染。

3）飛機裝配環節是所有控制環節的關鍵，必須確保人員、工具、材料等進、出油箱的控制，并需控制飛機裝配環境滿足要求；尤其需要注意機加工、涂膠、涂漆、安裝、調試等工作中產生污染、二次污染或多余物，充分做好清潔；每次進油箱工作結束應對油箱內環境、產品進行檢查。

4）飛機總裝完成后，應安排油箱燃油清潔度檢查，并在供油管路上安裝臨時過濾裝置，在交付前的發動機運轉或飛行時搜集過濾燃油中的污染物；飛機交付前應安排油箱燃油微生物檢查，確認微生物含量滿足客戶需求；另外需制定飛機停放期間的污染防護控制要求。

4 燃油箱污染防護運營商控制

運行維護過程中的防污染與多余物控制指在飛機航線運行過程中對燃油箱多余物控制的技術與管理要求。該階段的多余物控制分不同使用維護場景進行管理，包括：日常勤務中的防污染工作、維護維修中的防污染工作以及飛機貯存停放期間的防污染工作，其中維護維修及貯存停放期間工作要求與在生產制造階段基本相同。

飛機燃油箱日常勤務工作日常勤務工作包括飛機常規的例行檢查、放沉淀、加油等，需要在這些勤務工作中檢查、控制油箱污染物的產生；例行檢查中需檢查油箱通氣口無明顯的雜物、多余物；重點是每日排放油箱中水分，取樣并檢查排出油液中的微生物、顆粒物雜質情況，確保燃油清潔。

5 結論

燃油箱中污染物產生的影響成本巨大，其防護控制涉及設計、制造、運營等各個環節，需要從產品不同層級、不同要素、不同環節進行管理控制：

1）飛機設計上要從源頭避免燃油箱應用易產生污染物的產品，并且確認能否容忍一定程度的污染；

2）生產制造與維護維修環節要控制人為或環境等引入污染物；

3）生產運營中需要持續監控污染物的滋生，并控制其影響。