燃油箱警告灯异常燃亮故障树分析

孙正楠,朱做涛,孙护国,张秋生,景 刚

(1. 91049部队,山东 青岛 266100;2.海军航空大学 青岛校区,山东 青岛 266041;3. 92635部队,山东 青岛 266041)

“FUEL.Q”警告灯主要用于直升机消耗油箱内的油量少于18 L、消耗油箱低油面开关接通“消耗油箱低油面”警告灯电路时,提醒驾驶员燃油耗尽(油亮指示器读数为零)[1-2]。在日常组织飞行中,经常出现燃油箱“FUEL.Q”警告灯异常燃亮的故障,对飞行安全影响较大。本文以左组燃油箱“FUEL.Q”警告灯异常燃亮故障为研究对象,将原理分析和故障树分析有机融合,并综合应用工程实际经验开展推理分析,对故障原因进行排查和快速定位,提高了直升机左组燃油箱“FUEL.Q”警告灯异常燃亮故障诊断效率和水平。

1 燃油系统工作原理

燃油系统的功用是向发动机提供具有一定压力和流量的燃油,以满足直升机飞行的需要。某型直升机燃油系统由油箱系统、供油系统、重力加油系统、转输系统、油箱通气系统、油箱舱通气系统、燃油测量监控系统、放油系统、压力加油系统及应急放油系统等各子系统组成(见图1)。

燃油供油时,两台增压泵同时工作,消耗油箱中的燃油经增压后进入供油管路,然后分为3路:一路通过单向活门、经油滤过滤后,通过燃油切断开关流向发动机,其流量为190 L/h;另一路通过另一单向活门后,到左前油箱的引射泵,将左前油箱的燃油输往左中油箱,其引射流量为255 L/h;第3路通过单向活门后,到左中油箱的引射泵,将左中油箱的燃油输往消耗油箱,其引射流量为255 L/h,被引射流量为730 L/h。消耗油箱输出流量为700 L/h,输入流量为985 L/h,所以只要油箱中有油,消耗油箱中就充满油,多余的燃油溢出消耗油箱。左油箱组工作原理如图2所示。

图1 燃油系统布置图

图2 左油箱组工作原理

燃油油量“FUEL.Q”警告灯主要用于消耗油箱内的油量少于18 L时,提醒驾驶员燃油耗尽。其工作过程如下。

1)当消耗油箱的油量少于18 L时,“消耗油箱低油面”开关接通“消耗油箱低油面”警告灯电路,警告灯燃亮。提醒驾驶员:燃油已耗尽。

2)“FUEL.Q”警告灯燃亮为误告警,消耗油箱中的燃油实际油量不低于最低油面,这种情况不影响飞行安全。

3)“FUEL.Q”警告灯燃亮指示正确,消耗油箱油量低于最低油面,油量表指示剩余油量准确。在此情况下,不可用燃油量可能显著地增加,应按实际情况尽快着陆,避免剧烈的机动飞行和俯仰角改变。

4)“FUEL.Q”警告灯燃亮指示正确,油量表指示剩余油量出现错误,左组燃油箱内实际没有剩余燃油。这种情况下应转输燃油,否则剩下的燃油只能保证发动机工作5 min。

2 基于故障树的“FUEL.Q”警告灯异常燃亮故障分析

故障树分析法是以系统可能出现的故障(失效状态)为分析目标(定义为故障树的顶事件),以导致这种故障状态的直接原因为中间原因(定义为中间事件),再找出导致中间原因的下一层原因,一直追溯到不能再分的基本原因(定义为故障树的底事件),以顶事件为“根”。故障树具有适用性广、层次性强、因果关系明确等特点[3-7]。结合告警系统、液压系统、操纵系统的原理和维修诊断经验构建故障树,能够明确直观地反映出诊断系统内部的逻辑关系,在飞机与发动机故障排除中具有非常广泛的应用[8-9]。

2.1 故障原因分析

结合低压燃油系统构造、工作原理进行分析,引起该故障的可能原因如下。

1)左组燃油箱出现泄漏、油量表指示错误,左组油箱内实际没有剩余燃油。

2)增压泵故障,无法为引射泵提供引射用压力燃油。

3)消耗油箱存在泄漏,无法保持消耗油箱处于满油状态。

4)消耗油箱引射泵工作不良,引射进入消耗油箱燃油少于发动机消耗燃油与引射泵引射用燃油之和,无法保持消耗油箱的满油状态。

5)左前燃油箱引射泵工作状态不良,无法将左前油箱低于L线的燃油引射至左中油箱。

6)左前燃油箱与左中燃油箱连通管内部半月板松动、脱落,引发直升机大俯仰角低头飞行时,左中燃油箱燃油异常向左前燃油箱串油,致使消耗油箱引射泵无法正常引射燃油进入消耗油箱。

7)左组燃油箱低油面开关故障,不能正常感知消耗油箱的油量是否低于最低油面。

8)左组燃油箱低油面开关指示线路存在异常接地现象。

2.2 故障树构建

左组燃油箱“FUEL.Q”警告灯异常燃亮故障树如图3所示。

图3 左组燃油箱“FUEL.Q”警告灯异常燃亮故障树示意图

2.3 底事件排查

2019年,某型直升机进行跨昼夜飞行训练,左组燃油箱“FUEL.Q”警告灯开始闪亮,累计12次,随后警告灯长亮,10 min后警告灯熄灭。检查发现,当“FUEL.Q”警告灯长亮时,左组燃油箱油量约为160 kg,随即将右组燃油箱燃油向左组燃油箱转输;当左组燃油箱油量约为190 kg时,“FUEL.Q”警告灯转变为闪亮;当左组燃油箱油量约为200 kg时,“FUEL.Q”警告灯熄灭。

结合燃油系统工作原理,以及外场工作经验,对左组燃油箱“FUEL.Q”警告灯频繁闪亮开展底事件排查。

1)判读飞参数据,左燃油系统低压燃油压力保持在0.77～0.81巴的正常区间范围内,且低压压力开关未接通,排除增压泵故障。

2)直升机着陆后静置15 min,左燃油箱“FUEL.Q”警告灯未燃亮。将左燃油箱燃油向右燃油箱转输,至左燃油箱剩余燃油150 kg,左燃油箱“FUEL.Q”警告灯未燃亮,空勤人员反馈现象未复现。检查左中燃油箱剩余燃油较多,排除左组燃油箱泄漏和左前燃油箱引射泵工作不良。

3)排空左组燃油箱,拆下座舱地板,打开燃油箱,从油箱内部目视检查左组燃油箱消耗油箱,未见裂纹、胶缝开裂等异常现象,单独将消耗油箱注满燃油,检查发现消耗油箱不能实现完全封严,液面缓慢下降,消耗油箱底部重力放油活门安装孔处有断续油滴滴落,测量消耗油箱满油状态至“FUEL.Q”警告灯燃亮状态时长,多次测量均超过5 min 30 s。消耗油箱不能实现完全封严是该型机普遍不同程度存在的现象,但增压泵、引射泵正常工作情况下,补充给消耗油箱的燃油远远大于这种程度的渗漏量,此时“FUEL.Q”警告灯不会燃亮,排除消耗油箱泄漏引起故障现象。

4)在发动机前防火壁板处断开发动机燃油进油总管,连接可控制流量的排泄管,打开增压泵,控制排泄管流量为180 kg/h,工作10 min,检查“FUEL.Q”警告灯未异常燃亮。发动机耗油量随飞行状态改变随时变化,单台发动机一般不超过130 kg/h,通过此步骤可模拟判断飞行期间,消耗油箱总进油量大于发动机消耗燃油与引射泵引射用燃油之和,排除消耗油箱引射泵工作不良。

5)打开燃油箱,目视检查左前油箱与左中油箱连通管下部半月板无异常脱落、松动现象。

6)对“FUEL.Q”警告灯指示线路进行检查,重点检查各转接头状况,未见异常现象;对左燃油箱“消耗油箱低油面”开关进行短接,“FUEL.Q”警告灯燃亮、熄灭符合规律。虽然对“FUEL.Q”警告灯指示线路进行了详细检查,但不能完全排除指示线路偶发的异常接地。

7)在排除左组燃油箱泄漏、增压泵故障、消耗油箱泄漏、引射泵工作不良等原因后,引起故障现象最大可能原因为左燃油箱低油面开关内部故障,给出错误指示信号,更换低油面开关。

随后,该型直升机采用先场内科目再场外科目的方式,共进行了多架次的飞行训练,故障现象未复现。

3 故障引申

通过前期的故障原因分析和完成的排故工作,结合本次飞行中发生的故障现象分析认为,“FUEL.Q”警告灯集中高频次告警且多数单次告警时间偏短,由燃油箱泄漏、增压泵故障、消耗油箱泄漏、引射泵工作不良等实体机件引发故障的概率很低,而由灯组模块或导线意外接地造成警告灯燃亮的可能性凸显。根据以往的经验分析认为,灯组模块悬空安装,其直接跟机体导通的可能性相比灯组模块连接导线意外导通的可能性要低。因此,排故工作可由灯组模块连接导线处着手检查。

经查阅布线图册,左消耗油箱低油面警告灯“FUEL.Q”负极导线连接至燃油控制板(3Q)a插头的T插针,经接线块U插针转接后连接至低油面开关(11Q)插头的3#插针,当低油面开关动作转换后经1#插针连接到接线块(39)V插针,最终通过接线块(11N)与机体导通接地。

分析最大可能意外接地处集中在3Q-a-T至11Q-3段导线和接线块处。分解检查接线块,U、V插针导线连接牢固无破损,不存在U、V两导线直接短路接地的可能性。排查范围由接线块分别向燃油控制版(3Q)和低油面开关(11Q)两端扩展,在接线块向燃油控制版(3Q)方向约25 cm处发现导线存在一处破损,线芯已外露。将该破损处对机体导通,左消耗油箱低油面警告灯“FUEL.Q”燃亮,故障现象复现,故障点基本确定。

4 优化改进

经统计分析,“燃油箱警告灯异常燃亮”报故的原因主要是灯组模块连接导线,该导线穿越隔框时固定不够合理,与刹车附件板平台边缘发生靠磨,造成线芯外露,飞行过程中该处破损导线由于振动不时与机体搭接,造成警告电路通路,引发左消耗油箱低油面警告灯误告警。针对上述问题,协调厂家对该处破损进行包扎处理,重新固定该股线束定位走向,对装配方法进行优化,扩大导线靠磨检查范围,故障频次明显减少。

5 结语

通过上述研究可以得出如下结论。

1)重视飞参参数判读的作用,对飞参数据进行深度挖掘。以本次故障为例,直升机开车阶段,消耗油箱低油面警告灯闪亮一次,结合其他开关量参数基本可以判定是空勤检查飞机状态所致,不是真实告警。飞行阶段在直升机航姿未发生明显改变的情况下,警告灯相对集中高频短促闪烁,若由于机械原因导致的故障通常不会出现这种高频短促现象,因此机械原因的故障可能性相对而言较低[10]。

2)随着飞机服役年限的增长,此类老化破损问题导致的故障愈加凸显。此次故障破损点空间相对狭窄,周边遮挡物较多,不属于常规检查范围内的检查部位。因此要求我们在日常检查维护工作中,对此类检查边缘部位也要做出检查计划,做好跟踪监控,避免出现检查死角。