燃油箱警告燈異常燃亮故障樹分析

孫正楠,朱做濤,孫護國,張秋生,景 剛

(1. 91049部隊,山東 青島 266100;2.海軍航空大學 青島校區,山東 青島 266041;3. 92635部隊,山東 青島 266041)

“FUEL.Q”警告燈主要用于直升機消耗油箱內的油量少于18 L、消耗油箱低油面開關接通“消耗油箱低油面”警告燈電路時,提醒駕駛員燃油耗盡(油亮指示器讀數為零)[1-2]。在日常組織飛行中,經常出現燃油箱“FUEL.Q”警告燈異常燃亮的故障,對飛行安全影響較大。本文以左組燃油箱“FUEL.Q”警告燈異常燃亮故障為研究對象,將原理分析和故障樹分析有機融合,并綜合應用工程實際經驗開展推理分析,對故障原因進行排查和快速定位,提高了直升機左組燃油箱“FUEL.Q”警告燈異常燃亮故障診斷效率和水平。

1 燃油系統工作原理

燃油系統的功用是向發動機提供具有一定壓力和流量的燃油,以滿足直升機飛行的需要。某型直升機燃油系統由油箱系統、供油系統、重力加油系統、轉輸系統、油箱通氣系統、油箱艙通氣系統、燃油測量監控系統、放油系統、壓力加油系統及應急放油系統等各子系統組成(見圖1)。

燃油供油時,兩臺增壓泵同時工作,消耗油箱中的燃油經增壓后進入供油管路,然后分為3路:一路通過單向活門、經油濾過濾后,通過燃油切斷開關流向發動機,其流量為190 L/h;另一路通過另一單向活門后,到左前油箱的引射泵,將左前油箱的燃油輸往左中油箱,其引射流量為255 L/h;第3路通過單向活門后,到左中油箱的引射泵,將左中油箱的燃油輸往消耗油箱,其引射流量為255 L/h,被引射流量為730 L/h。消耗油箱輸出流量為700 L/h,輸入流量為985 L/h,所以只要油箱中有油,消耗油箱中就充滿油,多余的燃油溢出消耗油箱。左油箱組工作原理如圖2所示。

圖1 燃油系統布置圖

圖2 左油箱組工作原理

燃油油量“FUEL.Q”警告燈主要用于消耗油箱內的油量少于18 L時,提醒駕駛員燃油耗盡。其工作過程如下。

1)當消耗油箱的油量少于18 L時,“消耗油箱低油面”開關接通“消耗油箱低油面”警告燈電路,警告燈燃亮。提醒駕駛員:燃油已耗盡。

2)“FUEL.Q”警告燈燃亮為誤告警,消耗油箱中的燃油實際油量不低于最低油面,這種情況不影響飛行安全。

3)“FUEL.Q”警告燈燃亮指示正確,消耗油箱油量低于最低油面,油量表指示剩余油量準確。在此情況下,不可用燃油量可能顯著地增加,應按實際情況盡快著陸,避免劇烈的機動飛行和俯仰角改變。

4)“FUEL.Q”警告燈燃亮指示正確,油量表指示剩余油量出現錯誤,左組燃油箱內實際沒有剩余燃油。這種情況下應轉輸燃油,否則剩下的燃油只能保證發動機工作5 min。

2 基于故障樹的“FUEL.Q”警告燈異常燃亮故障分析

故障樹分析法是以系統可能出現的故障(失效狀態)為分析目標(定義為故障樹的頂事件),以導致這種故障狀態的直接原因為中間原因(定義為中間事件),再找出導致中間原因的下一層原因,一直追溯到不能再分的基本原因(定義為故障樹的底事件),以頂事件為“根”。故障樹具有適用性廣、層次性強、因果關系明確等特點[3-7]。結合告警系統、液壓系統、操縱系統的原理和維修診斷經驗構建故障樹,能夠明確直觀地反映出診斷系統內部的邏輯關系,在飛機與發動機故障排除中具有非常廣泛的應用[8-9]。

2.1 故障原因分析

結合低壓燃油系統構造、工作原理進行分析,引起該故障的可能原因如下。

1)左組燃油箱出現泄漏、油量表指示錯誤,左組油箱內實際沒有剩余燃油。

2)增壓泵故障,無法為引射泵提供引射用壓力燃油。

3)消耗油箱存在泄漏,無法保持消耗油箱處于滿油狀態。

4)消耗油箱引射泵工作不良,引射進入消耗油箱燃油少于發動機消耗燃油與引射泵引射用燃油之和,無法保持消耗油箱的滿油狀態。

5)左前燃油箱引射泵工作狀態不良,無法將左前油箱低于L線的燃油引射至左中油箱。

6)左前燃油箱與左中燃油箱連通管內部半月板松動、脫落,引發直升機大俯仰角低頭飛行時,左中燃油箱燃油異常向左前燃油箱串油,致使消耗油箱引射泵無法正常引射燃油進入消耗油箱。

7)左組燃油箱低油面開關故障,不能正常感知消耗油箱的油量是否低于最低油面。

8)左組燃油箱低油面開關指示線路存在異常接地現象。

2.2 故障樹構建

左組燃油箱“FUEL.Q”警告燈異常燃亮故障樹如圖3所示。

圖3 左組燃油箱“FUEL.Q”警告燈異常燃亮故障樹示意圖

2.3 底事件排查

2019年,某型直升機進行跨晝夜飛行訓練,左組燃油箱“FUEL.Q”警告燈開始閃亮,累計12次,隨后警告燈長亮,10 min后警告燈熄滅。檢查發現,當“FUEL.Q”警告燈長亮時,左組燃油箱油量約為160 kg,隨即將右組燃油箱燃油向左組燃油箱轉輸;當左組燃油箱油量約為190 kg時,“FUEL.Q”警告燈轉變為閃亮;當左組燃油箱油量約為200 kg時,“FUEL.Q”警告燈熄滅。

結合燃油系統工作原理,以及外場工作經驗,對左組燃油箱“FUEL.Q”警告燈頻繁閃亮開展底事件排查。

1)判讀飛參數據,左燃油系統低壓燃油壓力保持在0.77～0.81巴的正常區間范圍內,且低壓壓力開關未接通,排除增壓泵故障。

2)直升機著陸后靜置15 min,左燃油箱“FUEL.Q”警告燈未燃亮。將左燃油箱燃油向右燃油箱轉輸,至左燃油箱剩余燃油150 kg,左燃油箱“FUEL.Q”警告燈未燃亮,空勤人員反饋現象未復現。檢查左中燃油箱剩余燃油較多,排除左組燃油箱泄漏和左前燃油箱引射泵工作不良。

3)排空左組燃油箱,拆下座艙地板,打開燃油箱,從油箱內部目視檢查左組燃油箱消耗油箱,未見裂紋、膠縫開裂等異?，F象,單獨將消耗油箱注滿燃油,檢查發現消耗油箱不能實現完全封嚴,液面緩慢下降,消耗油箱底部重力放油活門安裝孔處有斷續油滴滴落,測量消耗油箱滿油狀態至“FUEL.Q”警告燈燃亮狀態時長,多次測量均超過5 min 30 s。消耗油箱不能實現完全封嚴是該型機普遍不同程度存在的現象,但增壓泵、引射泵正常工作情況下,補充給消耗油箱的燃油遠遠大于這種程度的滲漏量,此時“FUEL.Q”警告燈不會燃亮,排除消耗油箱泄漏引起故障現象。

4)在發動機前防火壁板處斷開發動機燃油進油總管,連接可控制流量的排泄管,打開增壓泵,控制排泄管流量為180 kg/h,工作10 min,檢查“FUEL.Q”警告燈未異常燃亮。發動機耗油量隨飛行狀態改變隨時變化,單臺發動機一般不超過130 kg/h,通過此步驟可模擬判斷飛行期間,消耗油箱總進油量大于發動機消耗燃油與引射泵引射用燃油之和,排除消耗油箱引射泵工作不良。

5)打開燃油箱,目視檢查左前油箱與左中油箱連通管下部半月板無異常脫落、松動現象。

6)對“FUEL.Q”警告燈指示線路進行檢查,重點檢查各轉接頭狀況,未見異?，F象;對左燃油箱“消耗油箱低油面”開關進行短接,“FUEL.Q”警告燈燃亮、熄滅符合規律。雖然對“FUEL.Q”警告燈指示線路進行了詳細檢查,但不能完全排除指示線路偶發的異常接地。

7)在排除左組燃油箱泄漏、增壓泵故障、消耗油箱泄漏、引射泵工作不良等原因后,引起故障現象最大可能原因為左燃油箱低油面開關內部故障,給出錯誤指示信號,更換低油面開關。

隨后,該型直升機采用先場內科目再場外科目的方式,共進行了多架次的飛行訓練,故障現象未復現。

3 故障引申

通過前期的故障原因分析和完成的排故工作,結合本次飛行中發生的故障現象分析認為,“FUEL.Q”警告燈集中高頻次告警且多數單次告警時間偏短,由燃油箱泄漏、增壓泵故障、消耗油箱泄漏、引射泵工作不良等實體機件引發故障的概率很低,而由燈組模塊或導線意外接地造成警告燈燃亮的可能性凸顯。根據以往的經驗分析認為,燈組模塊懸空安裝,其直接跟機體導通的可能性相比燈組模塊連接導線意外導通的可能性要低。因此,排故工作可由燈組模塊連接導線處著手檢查。

經查閱布線圖冊,左消耗油箱低油面警告燈“FUEL.Q”負極導線連接至燃油控制板(3Q)a插頭的T插針,經接線塊U插針轉接后連接至低油面開關(11Q)插頭的3#插針,當低油面開關動作轉換后經1#插針連接到接線塊(39)V插針,最終通過接線塊(11N)與機體導通接地。

分析最大可能意外接地處集中在3Q-a-T至11Q-3段導線和接線塊處。分解檢查接線塊,U、V插針導線連接牢固無破損,不存在U、V兩導線直接短路接地的可能性。排查范圍由接線塊分別向燃油控制版(3Q)和低油面開關(11Q)兩端擴展,在接線塊向燃油控制版(3Q)方向約25 cm處發現導線存在一處破損,線芯已外露。將該破損處對機體導通,左消耗油箱低油面警告燈“FUEL.Q”燃亮,故障現象復現,故障點基本確定。

4 優化改進

經統計分析,“燃油箱警告燈異常燃亮”報故的原因主要是燈組模塊連接導線,該導線穿越隔框時固定不夠合理,與剎車附件板平臺邊緣發生靠磨,造成線芯外露,飛行過程中該處破損導線由于振動不時與機體搭接,造成警告電路通路,引發左消耗油箱低油面警告燈誤告警。針對上述問題,協調廠家對該處破損進行包扎處理,重新固定該股線束定位走向,對裝配方法進行優化,擴大導線靠磨檢查范圍,故障頻次明顯減少。

5 結語

通過上述研究可以得出如下結論。

1)重視飛參參數判讀的作用,對飛參數據進行深度挖掘。以本次故障為例,直升機開車階段,消耗油箱低油面警告燈閃亮一次,結合其他開關量參數基本可以判定是空勤檢查飛機狀態所致,不是真實告警。飛行階段在直升機航姿未發生明顯改變的情況下,警告燈相對集中高頻短促閃爍,若由于機械原因導致的故障通常不會出現這種高頻短促現象,因此機械原因的故障可能性相對而言較低[10]。

2)隨著飛機服役年限的增長,此類老化破損問題導致的故障愈加凸顯。此次故障破損點空間相對狹窄,周邊遮擋物較多,不屬于常規檢查范圍內的檢查部位。因此要求我們在日常檢查維護工作中,對此類檢查邊緣部位也要做出檢查計劃,做好跟蹤監控,避免出現檢查死角。