一起辅助动力装置空中起动故障分析

■ 侯亚鹏 胡宜春 王清山/石家庄海山实业发展总公司

0 引言

某型飞机在空中发生一起辅助动力装置（APU）起动的较大事故，着陆后地面检查发现，发动机舱蒙皮和右机翼下表面有液压油油迹。打开检查口盖后发现，右前缘襟翼液压驱动装置的电液伺服阀处有大量油迹，其他升降副翼及方向舵的伺服作动器均无漏油，同时检查发现液压泵出口聚四氟乙烯软管处出现大量油迹。

为进一步确认故障信息，拆下液压泵出口的聚四氟乙烯软管，用孔探仪检查发现软管内壁中沿钢丝编织方向有两处裂口（见图1）。随后重新进行机上加压，发现右前缘襟翼驱动系统装置上的电液伺服阀端盖处出现大量漏油。因此，分析认为此次APU 空中起动的原因是飞行过程中右前缘襟翼驱动装置上的电液伺服阀端盖密封失效，导致系统2 液压油大量泄漏，系统2 压力逐渐下降，触发系统2 低压告警，引起APU空中起动，同时液压泵因吸油不足，导致出口油温逐渐升高，在高温高压油液作用下，液压泵出口聚四氟乙烯软管组件内壁逐渐变薄，强度下降，最终造成内壁破裂。本次发生的液压油泄漏事故直接导致飞控系统操作失效，对飞行安全影响巨大。

图1 聚四氟乙烯软管两处裂口

1 故障情况

1.1 故障复现

将故障电液伺服阀安装在试验台上进行加压，模拟机上使用环境，在供油压 力0.5MPa、4.0MPa 及10.0MPa 时，伺服阀端盖（漏油端）均出现漏油，并随压力升高漏油量增大，故障得以再现。

分解电液伺服阀端盖，目视检查密封圈有明显损伤，使用影像测量仪放大检查密封圈，发现三分之一周长上有周向撕裂、四分之三分模面出现扭曲（见图2）。因此判定密封圈出现异常损坏的最大原因为密封圈制造不合格和由端盖装配位置引起。

图2 密封圈扭曲和撕裂

1.2 故障确认

为了明确漏油故障与装配关系、密封圈制造的因果关系，将故障件电液伺服阀端盖更换不同批次密封圈后，按照原状态进行装配，进行连续试验，模拟工作3.5h，电液伺服阀未出现漏油现象，拆下端盖后检查密封圈外观，发现密封圈出现异常周向挤压痕迹（见图3），由此确认电液伺服阀漏油故障与密封圈加工制造无关，与端盖的装配有关。

图3 分解检查新密封圈情况

2 原理分析

2.1 端盖密封原理

该电液伺服阀属于射流管式伺服阀，端盖附件密封结构如图4 所示，端盖通过螺纹固定在阀体上，端盖上采用轴沟槽密封阀芯两端的油液，阀套通过锁紧圈固定在阀体上，阀套上也采用轴沟槽密封阀体内油液，在阀套上还有堵头通过过盈配合堵住接受器接受油路孔的油液。

图4 射流管式电液伺服阀密封结构

2.2 测量分析

该电液伺服阀为国外产品，无图样等技术资料，只能进行外观测量对比。将故障件与新品端盖处进行对比测量（见图5），发现故障件的端盖（漏油端）上表面距阀体端面距离L2 最小值为0.160mm，最大值为0.223mm，说明此处端盖（漏油端）上表面低于阀体端面距离较小；另一侧端盖（无漏油端）低于阀体端面0.033 ～0.059mm。随后测量了新品电液伺服阀两侧端盖与阀体的轴向相对位置L2，两侧端盖上表面均低于阀体端面，下沉量分别为0.678mm和0.605mm。

图5 端盖处结构

以上分析说明故障件端盖安装情况与新品伺服阀存在明显差异。分解后测量端盖轴向尺寸L1 为4.8mm，阀套端面到阀体端面距离L3 为4.737 ～4.746mm，计算端盖密封凸台与阀套内孔的密封搭接量L=L1－L2－L3 为－0.097 ～－0.169mm，说明端盖密封结构处无搭接量，密封圈外径未进入壳体阀套内（见图6）。

图6 密封圈处无搭接

2.3 故障结论

结合分解检查、加压测试和模拟验证等结果，分析认为该电液伺服阀端盖漏油故障的原因是该产品在修理中端盖未安装到位，造成端盖密封凸台和阀套内孔之间的密封结构无有效搭接，出现0.097 ～0.169mm 的异常间隙，导致密封圈在油压的反复冲击下出现扭曲和撕裂，最终导致液压油大量泄漏。

2.4 改进措施

1）为避免同类故障的发生，对端盖部位进行反向测绘，经过计算和试验，确认该电液伺服阀端盖安装后使用深度千分尺测量端盖应低于阀体端面0.500 ～0.800mm。该尺寸能够保证端盖密封圈完全进入阀套内，并形成可靠有效搭接。

2）完善该电液伺服阀性能试验，在修理过程将伺服阀高低温试验加入到验收规程中。

3）完善液压驱动装置磨合试验，结合机上使用条件，电液伺服阀装配后增加液压驱动装置地面磨合试验。

3 结束语

这起APU 空中起动故障的主要原因是电液伺服阀端盖拧紧时未控制凹陷量，端盖上的密封圈未完全进入阀套壳体内，导致其在油压的反复冲击下出现扭曲和撕裂，最终出现液压油大量泄漏。为防止同类问题发生，对端盖部位进行反向测绘并与新品进行对比，经过计算和试验，最终确认该电液伺服阀端盖安装后应低于阀体端面0.500 ～0.800mm的技术要求，为修理国外电液伺服阀提供了有效的经验，同时为该电液伺服阀国产化提供了参考。