机翼油箱增压状态压力超限故障分析

机翼油箱增压状态压力超限故障分析

 景安洲

中航西安飞机工业集团股份有限公司 陕西西安  710089

摘要：飞机油箱增压功能主要保证燃油箱向发动机和APU供油顺畅，油箱超压则会导致油箱结构强度受损，危及飞行安全。本文针对机翼油箱增压状态超压故障，通过分析机翼油箱增压与通气系统的工作原理，建立了以惰化引气压力超限、压力传感器故障、通气系统成品故障、通气系统堵塞为子事件的故障树，由简到繁排查各个底事件，最终定位为左侧通气子系统成品故障。本文故障排查方法和建议可为类似油箱超压故障提供参考。

关键词：油箱增压；通气系统；超压；通气子系统

1.引言

为避免飞行过程中燃油箱发生燃爆事故，现代飞机都设计了燃油箱惰化与通气系统，用于控制油箱内的氧浓度，并且保证油箱压力不超出规定范围，此外可作为加油控制功能故障时的溢油通道。同时油箱增压功能用于保证高空飞行时燃油箱能连续、顺畅地向发动机和APU供油，确保飞行安全。

2.故障描述

采用发动机引气进行燃油箱增压系统功能检查时，惰化系统进入大流量工作模式后，基于检测设备发现左机翼油箱压力持续上升，最终稳定在某值，超出要求的机翼油箱增压状态相对压力值，随即展开油箱超压排故工作。

3.原理分析

机翼油箱惰化与通气系统左右对称，包含引气预处理、空气分离、惰化分配、油箱通气四个子系统。惰化系统启动后从环控引气总管上引出高温高压气体，经过引气预处理系统的降温、过滤处理，形成适于氮氧分离的空气源。经过空气分离装置后，富氧气体从机身两侧排出机外，富氮气体经分配子系统送入油箱，其分配是依据不同飞行阶段的惰化用气需求，按不同的流量模式向油箱输送。油箱增压功能是在关闭强制通气，依靠惰化系统分离出的惰性气体使油箱增压，增压至一定压力值时，通气系统工作维持油箱内部压力在某一恒定值，满足飞机不同飞行阶段的要求。

机翼油箱通气系统由通气箱、通气子系统、电动通气阀、通气浮子阀、通气口和通气管路组成。通气箱位于1、4号油箱外侧，左右机翼各1个，机翼下表面维护口盖上安装有通气口，通气口内部通气管路上安装有通气子系统和电动通气阀，各部件共同组成了通气箱和大气环境的连通通道。而燃油箱与通气箱的连通是通过通气管路和通气浮子阀实现的，主通气管路在每组油箱前端顶部设有若干通气口，保证正常姿态下的油箱通气，但在飞机低头或侧滑时，主通气管及其通气口可能被淹没，燃油箱转由辅助通气管路通气，此时辅助通气管路上每组油箱外侧的通气浮子阀随油面下降而打开，实现油箱通气功能。机翼油箱通气系统原理如图1所示。

图1 机翼油箱通气系统原理图

正常情况下通气系统为关闭状态，不与外部环境连通。当油箱压力超过一定值时通气子系统自动打开，使油箱减压或补压。此时当油箱压力继续增大时，将触发通气箱的压力传感器信号打开电动通气阀，从而使油箱泄压，另外通过按压顶控板上燃油系统模块的强制通气按钮，可通过硬线电路直接控制电动通气阀打开，也可实现油箱强制通气，防止油箱压力过高。可见正常情况下惰化通气系统的控制是一个全自动过程，无需人工干预。

4.故障树分析

针对机翼油箱增压状态的超压故障，通过分析油箱惰化与通气系统的组成及工作原理可知，引气压力超限、各通气系统成品故障、通气箱压力传感器故障以及管路、通气口堵塞均会导致油箱超压。为此建立故障树如图2所示：

图2 故障树分析

4.1引气压力超限

油箱增压气体来自惰化与通气系统的引气，当引气压力过大时可能导致油箱内部压力急剧增大，致使油箱增压状态压力超限。查阅发动机试车检查记录表，环控系统页面显示的绝压状态下的气源引气压力和引气温度符合惰化与通气系统功能检查时的引气要求。故可排除底事件X1。

4.2通气箱压力传感器故障

通气箱压力传感器用于测量通气箱相对于外界大气环境的压力差，燃油管理计算机采集通气箱压力传感器信号，并据此进行油箱通气功能的自动控制。该压力传感器为硅压阻式传感器，输出与通气箱压力成比例的电流信号，压力传感器故障时不能真实反映油箱内部压力值，即飞参采集和事故记录设备外场检查仪显示的油箱内部压力值为假值。

因此对调左右两侧的通气箱压力传感器后重新进行油箱增压功能检查，发现左机翼油箱压力仍然稳定在某值，右机翼油箱压力符合要求，故障并未随着压力传感器对调而转移，故可排除底事件X2。

4.3减压器故障

油箱增压功能检查时惰化与通气系统处于大流量工作模式，大流量模式支路上安装有减压阀，减压阀为机械结构部件，可根据油箱内部压力大小控制惰化引气的进气量。当油箱压力低于一定值时，减压器活门打开向油箱进气；当油箱内压力升高到某值时，活门关闭保证油箱压力稳定在规定值。当减压器故障，即油箱压力大于某值时不能正常关闭，持续向油箱进气则可能导致油箱超压。

因此对调左右惰化系统的减压器后重新进行油箱增压功能检查，发现故障并未转移至右机翼油箱，故可排除底事件X3。

4.4通气子系统故障

通气子系统安装在通气箱内与通气口连接的通气管上，集成了安全阀和防真空阀，为纯机械式部件，用于保证油箱压力维持在规定值，其中安全阀能防止油箱出现正超压，防真空阀则能防止油箱出现负超压。正常情况下，通气子系统处于关闭位置，当通气箱与外界大气压差大于一定值时安全阀开始打开，当内外压差至某值时安全阀处于全开位置。此外，通气箱与外界大气压差小于一定值时，防真空阀打开给油箱进气，实现对油箱的压力保护功能。由于通气子系统为纯机械结构，活门故障时不会产生告警信息，且油箱外部无该部件的机械指示信息，因此难以直观定位为通气子系统故障。

对调左右机翼通气箱的通气子系统后重新进行油箱增压功能检查，发现故障随着通气子系统转移至右机翼油箱，最终压力稳定在某值，而左机翼油箱压力符合要求，故底事件X4不可排除。

4.5电动通气阀故障

电动通气阀也安装在左右通气箱与通气口的通气管路上，用于控制通气箱与外界大气环境的连通和关闭。不同于通气子系统的是，电动通气阀是油箱压力的最后保证，它可在减压器、通气子系统均发生故障时，保证油箱通气。根据燃油管理系统采集的通气箱压力传感器压力信号，即油箱压力大于或小于一定值时，控制电动机构会驱动阀体从而打开通气阀。此外也可按压强制通气按钮，直接控制电动通气阀打开，实现双重压力保护。

油箱增压功能检查时左机翼油箱压力稳定在某值，由于电动通气阀工作特性为压力大于等于某值时自动打开实现油箱通气，说明电动通气阀工作正常，故可排除底事件X5。

4.6通气管路、通气口堵塞

检查左机翼通气油箱下表面通气口以及油箱通气管路，未发现多余物堵塞，结合油箱压力最终稳定在某值，说明左机翼油箱通气管路及通气口通畅无堵塞。通气浮子阀用于实现通气的同时防止燃油进入通气系统，根据试车前、后机翼油箱的油量判断该油量均能淹没通气浮子阀，且地面试车时飞机姿态无明显变化，表明本次油箱增压功能检查与通气浮子阀的状态无关，因此可排除底事件X6、X7、X8。

5.结论

通过故障树排查分析，左机翼油箱增压状态超压故障定位为通气子系统成品故障，更换左侧通气子系统后进行油箱增压功能检查，左、右机翼油箱压力值均符合要求，油箱增压功能正常，满足试验测试标准。

6.建议

为避免后续油箱增压功能检查和飞行试验时出现油箱超压故障，本文给出了以下建议：（1）惰化与通气系统功能试验检查前应确认机电专业已完成该系统通电功能检查，确保各机电成品及系统工作正常；（2）试验前应检查通气口堵塞已取掉，通气口无异物堵塞；（3）在油箱增压过程中须实时监控油箱压力值，若出现油箱压力大于规定值，应立即弹起“惰化启动”按钮，停止增压功能。并根据超压情况视情打开强制通气，保证油箱压力在规定范围内，避免损坏油箱结构，导致安全事故。

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