某发动机燃油泄漏故障研究

马安权 黄小卫

摘要：基于某型航空发动机结构及表面完整性要求，通过对本次燃油泄漏故障的机理进行研究，提出了同类结构及表面完整性维修改进设计要点。

关键词：发动机；燃油导管；泄漏；卡箍；衬套

Keywords：engine；fuel pipe；leakage；clamp；bush

0 引言

某型发动机在役使用过程中发生一起燃油泄漏故障，危及飞行安全。经在翼检查发现，发动机高压燃油泵至高压燃油过滤器间燃油导管卡箍固定处管壁磨穿，导致燃油泄漏。为进一步明晰故障机理，杜绝同类故障再次发生，对故障部位导管、卡箍及铜衬套的安装状态、磨损情况进行了宏观检查，对故障机理进行了系统研究，并对维修技术进行了设计改进。

1 故障模式

某飞机进行跨昼夜飞行，再次出动前检查发现右发动机舱下部燃油渗漏。进一步检查发现，右发动机高压燃油泵出口导管卡箍松动（见图1），导管与卡箍存在异常磨损，铜衬套与机匣相邻弧面严重磨损（缺失近1/3），导管与机匣相邻弧面磨穿（见图2），导致高压燃油严重泄漏，危及飞行安全。

2 故障机理分析

根据故障发动机返厂检查情况，从结构完整性设计、制造、维修、使用和维护等方面进行了系统梳理，结合其工作特点进行分析，具体如下。

2.1 导管装配结构设计要求

1）利用“卡箍、铜衬套、导管同轴度控制点1”处的卡箍定位点间距离等结构尺寸及其与导管轴线安装角度，控制三者间的同轴度，以降低安装应力，其中导管与卡箍同轴度要求不大于2.0mm，安装到位后，卡箍上下两部分对接部位基本平齐、无明显错位。

2）以“导管固定支点与导管轴线相对位置关系控制点2”作为刚性固定支点，利用附件机匣阻尼作用降低发动机工作过程中的导管振动应力。

3）利用厚度1mm的M3（软态）（俄方选材，对应国产T3（软态）紫銅，国内同类件设计选材提升为紫铜T2（软态））铜衬套良好的延展性和较低的抗拉强度特性，在预期的装配应力下易变形，以达到对卡箍和导管配合间隙局部不均匀的补偿效能，使三者间形成理想的约束状态（充分接触、小紧度配合），工作时不产生相对运动。

4）导管选材对应国产1Gr18Ni9Ti的Φ12×0.8无缝钢管，其具有较好的弹性和延展性，可进行冷弯校形。根据发动机通用设计准则，该导管为无图样设计，制造时根据发动机装配实样进行弯管制作标准样件，因此其外形空间几何尺寸设计时无准确定义，允许装配时进行局部冷弯校形或更换以满足装配要求。

5）卡箍选材对应国产1Gr11NiW-2MoV钢板，成型厚度为2mm。

2.2 导管、卡箍、铜衬套维修、装配设计

参照发动机结构、表面完整性要求，核查该型发动机维修设计输出的大修指南及使用维护说明书等文献，发现存在以下不足：

1）未针对铜衬套材质及该部位工作易产生冷作硬化的特点将其规定为必换件，也未明确要求对铜衬套进行退火软化、光亮处理。

2）卡箍修理技术要求仅定义为无明显变形及外观损伤，对其外观尺寸无明确检查要求，也无标准样件对比进行校形及验收要求。

3）对导管仅有外观明显机械损伤、焊缝无损检查及压力密封检查要求，无外形空间尺寸标准样件比对检查要求。

4）对装配状态下铜衬套与卡箍、导管的约束配合无明确规定。

5）导管、铜衬套、卡箍间磨损应力阈值和实际工作中产生的磨损应力未经详细分析计算、验证。

2.3 故障机理分析

通过对故障关联件的装配状态、失效模式、失效形貌等宏观查验和外形尺寸测量，参照故障导管、卡箍和铜衬套及最终组合状态的结构和表面完整性设计要求，对故障原因进行分析。

1）装配状态未达到设计预期

最终装配状态下，导管外壁与铜衬套之间或铜衬套与卡箍之间存在不合理的间隙，导致发动机工作时因必然存在的振动激励而产生相对运动，造成接触面发生微动磨损。随着工作时间的增加，接触面间隙逐渐变大，逐步演变为异常碰磨，直至将接触部位铜衬套磨穿，随后使卡箍与导管直接碰磨，加速了导管磨损进程，最终磨穿失效。

2）导管外形问题

发动机外形尺寸多采用自由公差，对导管的空间几何尺寸（即外形尺寸）精度等级要求较低，装配时允许对导管的空间尺寸校形或更换导管进行匹配调整。该台发动机存在装配时导管空间尺寸不合理，未按要求进行校形或选配，导致卡箍与导管的同轴度大于2mm，装配应力过大；同时造成导管、卡箍和铜衬套的装配状态未能达到设计预期的约束要求，装配后状态检查验收也未发现卡箍、铜衬套、导管间局部存在的不合理间隙，致使发动机工作时因振动造成导管、卡箍和铜衬套间产生微动磨损。

3）卡箍维修设计不足

该发动机装配时，卡箍变形超出预期，使之对导管、铜衬套定位约束性能下降。

4）铜衬套维修设计不足

该发动机装配时，铜衬套在上次工作中已发生了冷作硬化，未进行退火软化、光亮处理，硬度及抗拉强度大幅增加，在相同的装配约束应力下大大降低了其变形填充补偿功效，降低了导管、卡箍和铜衬套的预期约束效果，导致发动机工作时因振动激励产生的磨损应力超出了导管及铜衬套的磨损应力阈值，产生异常磨损。

5）装配过程控制要求设计不足

最终装配技术状态控制点的选择及验收标准设计不足，不能有效确保装配质量。

3 维修设计改进

基于上述分析，为确保同类安装部位的预期约束效果，应从以下几方面对维修性设计进行改进。

1）建立导管外形标准样件，完善检查要求。

2）制定卡箍外形标准样件或变形修复检查样板。

3）对使用过的铜衬套进行退火软化、光亮处理。

4）细化装配过程控制要点及验收标准。

作者简介

马安权，工程师，研究方向为航空发动机维修设计与管理。

黄小卫，工程师，研究方向为航空发动机维修设计。