某型教练机加输油设计缺陷分析

张金博，余 晋，李国松，许士刚

（93420 部队）

1 故障现象

1） 某号机执行完任务并滑回指定机位，发动机工作在慢车状态，打开“压力加油电源”和“副油箱加油”开关后，进行“热加油”时发现，机身油箱可正常实施加油，副油箱无法加入燃油。

2） 某号机空中执行任务时，飞行员反映故障单显示“燃油控制故障”和“EMMC 故障3”。 飞机着陆并滑回指定机位，检查飞机发现主油量为473kg、全机油量为686kg，“1 号油箱油尽”和“左、右机翼油箱油尽”信号出现，“左、右3 号油箱油尽”信号未出现，故障单显示“燃油控制故障”和“EMMC 故障3”。

2 系统工作原理

机电管理计算机主要实现控制起落架收放、控制燃油加输油顺序、控制机上其他系统与航电系统数据交换和飞参数据采集等功能，此处主要就加、输油原理和燃油控制故障报故逻辑进行说明。

2.1 加油工作原理

将压力加油操纵盒上的压力加油开关扳至“加油”位置，组合阀通电打开。

1） 将“1 号油箱加油开关”、“机翼油箱加油开关”、“3 号油箱加油开关”置于“加油”位置时，给燃油压力加油控制盒相关电路控制信号，使左、右机翼油箱电动插板开关“开”线圈通电，打开机翼油箱加油管路；1 号油箱燃油电动插板开关“开”线圈通电，打开1号油箱加油管路；3 号油箱压力加油电动插板开关“开”线圈通电，打开左、右3 号油箱加油管路。

当左、右机翼油箱满油信号器发出满油信号或机翼油箱加油开关在“关闭”位置时，左、右机翼油箱电动插板开关“关”线圈通电，关闭机翼油箱加油管路。3号油箱与机翼油箱关闭原理相同。

当2 号油箱油面到达正常满油位置时，系统自动机械式切断压力加油管路，机械系统失效后，油面上升到应急满油位置时，浮子阀发出信号给机电管理计算机，从而输出控制信号使燃油电磁开关断电，关闭压力加油管路。

2） 将压力加油操纵盒上的压力加油开关扳至“加油”位置，“副油箱加油开关”置于“加油”位置时，机电管理计算机接收到副油箱加油指令后，给燃油压力加油控制盒相关电路控制信号，使左、右加输油控制活门加油线圈通电工作；左、右通气安全阀通电工作，左、右增压电磁阀断电关闭。

当左或右满油—油尽信号器发出满油信号时，机电管理计算机给燃油压力加油控制盒中继电器控制信号，切断左、右加输油控制活门加油线圈电源，关闭“加油”活门，停止给副油箱加油，同时相应的左、右副油箱正常满油灯亮；当副油箱压力信号器发出超压信号（超压接通），机电管理计算机控制相应的左、右副油箱加输油控制活门“加油”活门关闭并锁定，断开加油路，同时相应的左、右副油箱应急满油灯亮（超压信号器接通则亮，断开则灭）。

2.2 输油工作原理

飞机按照：副油箱（左、右各1 个）620kg×2→2 号油箱40kg→1 号油箱320kg＋机翼油箱（左、右各1个）190kg×2→3 号油箱（左、右各1 个）175kg×2→2 号油箱660kg”的顺序进行输油。

当飞机带副油箱时，机电管理计算机采集到副油箱存在信号，控制左／右加输油控制活门的输油电磁阀工作，左／右增压电磁阀通电工作。打开副油箱气路，副油箱燃油在增压气体的作用下，通过燃油电磁开关输入2 号油箱（主油箱）。

当左副油箱压力信号器发出“超压”信号给机电管理计算机，机电管理计算机控制左副油箱的通气安全阀通电打开，放出多余气体，同时控制左增压电磁阀断电关闭。此后，若超压信号消失且持续10s，则机电管理计算机发出相对应控制信号，使左副油箱的通气安全阀断电关闭，左增压电磁阀通电打开；右副油箱超压时的处理逻辑与左侧相同。

当左、右副油箱满油—油尽信号器发出油尽信号给机电管理计算机，其控制左、右加输油控制活门的输油线圈，左、右增压电磁阀断电关闭，关闭副油箱与2 号油箱的输油管路与增压路。

副油箱油尽后，换向电磁阀控制1 号油箱和左、右机翼油箱或3 号油箱输油到2 号油箱；油面控制开关与浮子阀联合工作控制1 号油箱和左、右机翼油箱或左、右3 号油箱输油到2 号油箱的油面。当2 号油箱内浮子阀发出应急满油信号给机电管理计算机，机电管理计算机控制油面控制开关通电关闭，停止输油。 当浮子阀应急满油信号持续消失10s，控制油面控制开关打开，继续输油。

1 号油箱和左、右机翼油箱内油尽信号器均发出信号时，换向电磁阀接通左、右3 号油箱的输油管路。当输油过程中2 号油箱油量低于600kg 且左、右3 号油箱均未油尽时，机电管理计算机发出信号控制换向电磁阀使其换向至3 号油箱并且持续1min 或直至任一个3 号油箱油尽信号出现，此时机电管理计算机断开控制换向电磁阀的信号，随后换向电磁阀接通1 号油箱和左、右机翼油箱输油管路。1min 之后机电管理计算机重新判断当前状态，若2 号油箱油量继续低于600kg 且左、右3 号油箱未油尽，则继续给电磁转换阀输出换向控制信号，使3 号油箱燃油输至2 号油箱。

2.3 “燃油控制故障”报故原理

当机电管理计算机判断到燃油系统相关离散量采集错误或无法采集，燃油输出控制模块硬件自检故障，燃油控制所需的判据参数获取错误而引起指令逻辑解算错误，燃油输出控制模块的控制指令与回采的继电器状态不一致（继电器不能按照控制指令进行输出）时，机电管理计算机均会向航电系统上报“燃油控制故障”和“EMMC 故障3”，随即停止控制燃油加输油顺序。

3 故障分析及排查

3.1 副油箱无法热加油故障分析及排查

根据上述工作原理列故障树并进行分析排查。

1） 判读飞参发现，①起飞离陆3 分钟时出现0.4秒“右副油箱超压”信号，“副油箱存在”信号一直有（由此可知副油箱存在信号正常）；②地面打开“压力加油电源”和“副油箱加油”开关后，“通气安全阀打开”信号正常且无副油箱“超压”、“满油”、“增压电磁阀打开”等信号，也无左、右副油箱“加输油活门加油打开回采”信号。初步怀疑机电管理计算机未输出副油箱加油信号。

2） 测量压力加油操纵盒至机电管理计算机间线路未见异常。

图1 故障树

3） 地面检测压力加油操纵盒内部的副油箱加油开关，左、右副油箱超压信号灯，左、右副油箱满油信号灯及其线路情况，未见异常。

4） 检测、测量机上超压信号器、满油信号器、增压电磁阀、副油箱加输油控制活门、通气安全阀等附件及其交联线路无异常，由此排除超压信号器、副油箱加输油控制活门、副油箱满油信号器、副油箱通气安全阀、副油箱增压电磁阀及其线路故障的可能。

5） 检测燃油压力加油控制盒内部加输油控制活门控制继电器、增压电磁阀控制继电器、通气安全阀控制继电器及其线路未见异常，由此排除燃油压力加油控制盒故障的可能。

6） 对故障机开展地面试验，排查定位机电管理计算机内部问题点。

①全机上电，当出现超压信号后，打开压力加油控制盒电源。在进行副油箱压力加油前，分别模拟闪现“左副油箱应急满油、右副油箱应急满油、左右副油箱均应急满油”信号后，对副油箱进行压力加油，只有在闪现“左副油箱应急满油”信号后，可对右副油箱进行加油，其他两种情况下均无法实现对副油箱加油。

②全机上电并打开压力加油控制盒电源。在副油箱压力加油正常进行过程中，分别模拟闪现“左副油箱应急满油、右副油箱应急满油、左右副油箱均应急满油”信号，除闪现“左副油箱应急满油”信号后，右副油箱可继续进行加油，其他两种情况下副油箱压力加油均终止。

③全机下电，只打开压力加油控制盒上电源。分别进行上述试验，结果与上述情况一致。

④对其他2 架机按照故障机地面试验方法进行试验，发现其中1 架与故障机情况相反，另1 架与故障机情况一致。

综合上述检查结果，原因是：机电管理计算机内部软件未考虑热加油功能。

3.2 燃油控制故障排查

根据故障现象和机电管理计算机上报“燃油控制故障”、“EMMC 故障3”机理，进行如下排查。

1） 判读飞参。飞机报出“EMMC 燃油控制故障”和“EMMC 三级故障”，主油量为473kg、全机油量为686kg，“1 号油箱油尽”和“左、右机翼油箱油尽”信号正常出现，“左、右3 号油箱油尽”信号未出现，无“换向电磁阀换向回采”信号。

2） 地面线路测量。 按照燃油系统输油顺序及飞机油量剩余情况，此时机电管理计算机换向信号输出端应输出“地”信号，进而控制换向电磁阀1、3 插针通电，使左、右3 号油箱向主油箱供油。

地面检查发现，在飞机不下电的情况下，保持飞机报故状态，测量换向电磁阀1、3 插针无输入电压，机电管理计算机换向信号输出端未输出“地”信号，检查机上线路未见异常，说明机电管理计算机工作异常。

3） 放油检查。断开飞机上电源，打开左、右3 号油箱放油口，放出约200kg 燃油，放出的燃油与飞机主油量473kg 之和约为全机油量686kg（主、全机油量允许误差为±90kg），说明左、右3 号油箱未按正常程序输油。

4） 历史故障回顾及分析。对曾报出过“燃油控制故障”和“EMMC 故障3”的某5 架机（均已落实某号技术通报）故障架次飞参数据进一步判读发现，当“输油泵电源信号”、“输油泵故障”、“低油面告警1”、“左机翼油箱油尽”等信号出现或消失时，均伴随有“左副油箱增压电磁阀打开回采”、“左加输油活门输油打开回采”、“回油电磁阀打开回采” 等信号异常出现或消失。 同时，当出现“燃油控制故障”和“EMMC 故障3”后，从报故的时间节点开始，“左副油箱增压电磁阀打开回采”、“左加输油活门输油打开回采”、“回油电磁阀打开回采”、“换向电磁阀换向回采”、“锁定主蓄电池组接触器接通信号”等信号均消失，左、右3 号油箱的燃油未再向2 号油箱输油（飞机故障架次均未挂副油箱）。

5） 经与工厂人员讨论分析认为，机电管理计算机燃油控制程序中软件编写存在错误，程序运行过程中会使内部的“开关组5 （共16 个开关量信号）”和“开关组6（共16 个开关量信号）”被赋予异常数值，导致燃油控制程序采集到的指令信号与回采信号不一致而报出“燃油控制故障”和“EMMC 故障3”信号，左、右3 号油箱无法向2 号油箱输油[1]。

由此可知，导致某号机左、右3 号油箱未按正常程序输油的原因是：机电管理计算机软件存在缺陷。

3.3 燃油系统存在的其他问题

日常检查维护发现，3 号油箱电动插板开关故障率较高。 究其原因是：当压力加油时，3 号油箱总是先于机翼油箱满油，此时机上电路自动关闭3 号油箱电动插板开关，因机翼油箱尚未满油所以其加油电动插板开关未关闭，从而3 号油箱油量又会流向机翼油箱而导致3 号油箱满油信号消失。随机触发3 号油箱电动插板开关打开，如此反复，导致“3 号满油”信号在加油过程中常有闪亮现象，同时3 号油箱电动插板开关跟随满油信号灯亮灭情况频繁关、开，终因3 号油箱电动开关不满足机上动作次数需求，多发极限位置无法断电而持续工作的故障，导致过早到寿。

判读飞参发现，在3 号油箱输油过程中，常有“浮子阀应急满油”信号出现，当此信号出现时，主油量显示值还未到达满油量位置。经分析排查发现，3 号油箱通往2 号油箱的输油管出口正好对着浮子阀应急满油信号器位置，当3 号油箱输油时，触发应急满油信号器工作而输出应急满油信号，属于浮子阀设计缺陷。

4 “副油箱超压”和“燃油控制故障”信号出现几率分析

4.1 “副油箱超压”信号出现的概率分析

对挂载副油箱任务飞参数据判读发现，挂载副油箱执行训练任务时，超压信号出现的几率约为34.72%。

4.2 “燃油控制故障”信号出现的概率分析

对曾报出过“燃油控制故障”和“EMMC 故障3”的5 架机飞参数据分析发现，当出现“低油面告警1”、“左机翼油箱油尽”信号时，“左副油箱增压电磁阀打开”、“左加输油活门输油打开”、“回油电磁阀打开”等电磁阀会同时动作而导致报故几率增大。经不完全统计，落实软件升级技术通报的飞机共飞行约1700 架次，出现故障7 架次，报故几率约为0.41%。

5 使用维护措施

1） 进行副油箱压力加油完成后，核对加油车油量，查看副油箱是否加满。

2） 在2 号油箱油面达到应急油面后，一定要先将压力加油接头压力消除后再切断压力加油电源（因为系统是通过应急电信号来控制加油关闭的，若先切断电源，应急电信号消失，燃油电磁开关在燃油压力下再次打开，油面又会上升而喷出）。

3） 进行压力加油时，若全机油量大于500kg，应在1 号油箱加油开关和机翼油箱加油开关拨至加油位置且绿色信号灯燃亮后保持约1min，再启动加油车进行压力加油，以防止加油时2 号油箱先满油或3号油箱加油电动插板开关频繁通断。

4） 进行空、地勤交流，提醒空勤人员，飞机出现“燃油控制故障”、“EMMC 故障3”显示，第一时间报告指挥员，以主油量为参考油量，根据指挥员指挥，建立返场航线着陆。

6 故障影响及处置建议

“燃油控制故障”、“EMMC 故障3”的影响主要有两个方面，一是从报故的时间节点开始，副油箱和3号油箱的燃油不会再向2 号油箱输入。二是该故障报出后会同步解除“锁定主蓄电池组接触器接通信号”，若在收油门停车时至发动机高压转速大于5%期间，关闭“地面电源／蓄电池” 开关，就会造成全机断电，导致发动机停车电磁活门处于打开位置，燃油会在发动机转子惯性下泵入燃烧室引起发动机喷火。处置建议有：

1） 飞行人员

①无论空中何时出现“燃油控制故障”、“EMMC故障3”显示，飞行员应第一时间报告指挥员，以主油量为参考油量，根据指挥员指挥，听令建立返场航线着陆。

②着陆滑回停机位后不要关闭“地面电源／蓄电池”开关，待发动机完全停转后，由机务人员执行“下电”操作。

2） 塔台值班员

①当出现“燃油控制故障”、“EMMC 故障3”显示时，询问当前全机油量和主油量以及油尽信号显示情况，综合判断当前可用燃油量。

②提醒飞行人员发动机未完全停转前切勿关闭“地面电源／蓄电池”开关。

7 下一步措施及建议

1） 工厂针对机电管理计算机软件中存在的问题查明原因立即改正，暂停某号技术通报落实。

2）建议工厂搭建地面平台，模拟机上输油环境，彻查故障原因，举一反三排查是否存在其他缺陷并完善飞机加输油控制逻辑。

3） 建议改进3 号油箱电动插板开关控制电路，同时改进电动插板开关质量。

4） 建议改进浮子阀结构，防止3 号油箱输油时出现异常应急满油信号。