飞机燃油系统油箱超压故障分析

飞机燃油系统油箱超压故障分析

王楠 汪祥林

中国海警局直属第六局，山东省济南市 250400

摘 要：为更全面地研究飞机燃油系统，以某以型号飞机为研究对象，借助地面模拟试验，研究油箱超压故障，找出故障发生原因，包括台架系统和试验燃油系统两个部分的管路阻滞，接着进行排除故障的试验，对两个部分进行了改造，接着进行实验。以试验结果确定，台架系统以及燃油系统的管理设计不合理，是造成油箱超压的重要原因，经过有效改造，解除油箱超压故障，保障了飞机飞行的安全。

关键词：飞机燃油系统；油箱超压；故障分析

飞机中非常关键的部分就是飞机燃油系统，其对于飞机安全飞行有着至关重要的作用。实际研究中，采用合理的技术去验证飞机的燃油系统的稳定性和安全性，发现燃油系统隐藏着油箱超压的问题，由此可能引发故障，影响飞行安全。为此，需要针对这一问题进行研究，找出引发原因和解决办法。

1、油箱超压故障的具体情况以及原因

1.1故障具体情况

针对某机型的飞机进行地面模拟试验，发现其隐藏着燃油系统的油箱超压的故障，当时飞机的整个状态显示为：飞机的油箱为满箱油的状态；模拟飞机的爬升过程；接着发动机引气模拟箱，对飞机飞行状态下的发动机引气压力进行模拟；并且启动环境压力的模拟箱，对飞机真实飞行时所处不同高度阶段的外界环境大气压进行模拟。

这时得到试验结果，如果飞机从平飞的状态转变为爬升状态，这时飞机俯仰角度从0°扩大为9°，油箱之内压力就慢慢提升，飞机上升至8000m的时候，飞机油箱的压力与外界环境压力相比，已经增加28kPa，这个压力超出原设计标准的5kPa；同时，机翼部分的油箱，与机身部分油箱的压力相比，增加的压力到达了34kPa，已经超出原设计标准的11kPa。

当飞机继续飞行，高度高出8000m，而且还在逐渐升高，而飞机俯仰角逐渐减小，不到4°，还在继续减小，这样油箱的增压压力慢慢的回落；在飞机飞行高度为12000m的时候，安全活门就会不停的打开和关闭，这时油箱增压的压力里才会保持在原设计标准之内。

1.2引发故障的原因

飞机上油箱中存在多余增压气体，这些气体需要借助安全活门才能排放到外界，找出油箱增压的根本原因，那就是气体不能有效地通过安全活门向外界排放。而造成安全活门的排气不畅问题，可以找出三个原因，包括试验燃油系统管路阻滞、台架系统管路阻滞、安全活门自身故障。

在飞机的飞行高度是12000m的时候，安全活门能够自由地打开和关闭，进而保证油箱增压的压力处于原设计保准之内，可见试验时安全活门可以正常工作，出现故障的可能性不大。因此，可以排除安全活门故障引发的油箱增压过大问题，但是另外两项原因与本次试验关联不大，不能第一时间将其排除，因此需要接着进行试验验证。

2、排除故障的方法

2.1排除台架系统的故障

飞机上的台架系统主要作为给油箱以下增压气体和外界环境压力；该部分连接着试验燃油系统，并且连接结构非常复杂，如果要进行故障的排除，一定要先弄清楚台架系统对于油箱超压是怎样的影响。

飞机某一安全活门出口借助通外界环境管连接着台架系统中环境压力模拟箱，如果增压管路中有燃油，这些燃油就会跟着气体跑到安全活门部分，接着到通外界环境管，然后到环境压力模拟箱中，最后排出。这时就会出现一个问题，那就是燃油经过通外界环境管的时候，正是通外界环境管的最低处，因此燃油聚集到此，影响到气体排出，气体排出时不顺畅，进而导致油箱超压。

针对此，仔细地检查了台架系统，找出一个问题，那就是环境压力模拟箱的入口并没有设置了管路的最低部位，通外界环境管的管径比较小，管路却比较长。如果飞机的姿态角变大，在通外界环境管最低点的时候，就会有燃油积存。

为了证明以上的想法，开始优化和改造台架系统，具体措施：首先，在通外界环境管的最低位置，增加一个剂量为3L的储液腔，如果有油液就可以流进储液腔，不至于聚集到通外界环境管中；接下来，设置一些手动放油的阀门在储液腔上，试验之前，以手动的方式将其中的燃油排除干净；还有就是扩大了通外界环境管的管径，确保管路通畅无阻。

在改进系统之后，重新进行了飞机爬升试验，得到试验结果：台架系统被改造之后，以满油状态进行爬升试验，可见油箱的超压问题明显改善；机身的油箱从超出5kPa转变为不超压；机翼部分的油箱，从原来的超出11kPa转变为超出3KPa。可见此改进措施为有效措施，台架系统的管路阻滞是油箱超压的重要原因。

2.2排除试验燃油系统故障

在改进了台架系统之后，油箱的超压问题有一定改善，可是机翼部分油箱依旧有超压的问题，这可能是因为试验燃油系统的管路存在着阻滞的问题，为此应当做进一步的分析。

试验中的试验燃油系统，与机翼部分油箱增压管路有一定联系，此管路连接到机翼油箱之后，就会向左右两边机翼延伸，机翼中增压管路就沿着机翼走向慢慢降低。如果全机为满油的状态时，机翼部分油箱两处增压管路的管口就会被淹没到机翼油箱油面之下。这时会存在这样的问题，调整发动机引气箱的时候，机翼油箱中燃油流入到增压管路中；飞机爬升状态，燃油聚集到增压管路的最低点，堵塞管路，气体排出不畅，进而造成油箱压力提升。针对此进行研究，尝试了机翼油箱油面位置高低变化时，增压管路管口浸没在油面的情况，最终得出，这就是试验系统增压管路阻滞的原因。

顺着这个原因进行分析，改造了机翼油箱增压管路：把机翼增压管路进入到机翼油箱的部分断开，使得增压管路的入口位置是油箱的最高位置，左右机翼的两边延伸管路单纯以通气功能存在，防止燃油进入到增压管路内部。

为验证本次猜想和改造的准确性，再次进行了爬升飞行试验，试验结果为：飞机的机翼增压管路接受了改造之后，油箱超压的问题已经完全解决，在飞机爬升过程中油箱的压力一直处于正常范围之内。可见，增压管路的管开口部分浸入到燃油之后，才导致了燃油系统增压管路的阻滞，进而造成油箱超压故障。本次研究所用的仿真系统与飞机真机为1：1的比例，为此收集到的数据，可以为飞机真机系统改造提供参考。

结束语：

综上所述，燃油系统是飞机非常重要的组成部分，而在此部分隐藏着油箱超压的隐患。为找出以隐患的引发原因，组织地面飞行模拟试验，进而就台架系统和燃油系统的管路问题进行优化改进，解决此故障，为保证飞机飞行安全提供了支持。

参考文献：

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[2]杨宗卫.民航飞机燃油系统的分析[J].内燃机与配件,2019(17):44-45.

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