燃油系統(tǒng)是飛機(jī)的一個(gè)龐大而且復(fù)雜的系統(tǒng)，針對(duì)某型飛機(jī)時(shí)常出現(xiàn)滿油和滿油告警燈亮的故障現(xiàn)象，該文從加輸油控制閥的故障現(xiàn)象、結(jié)構(gòu)、工作原理入手，詳細(xì)分析了導(dǎo)致滿油故障的根本原因。在此基礎(chǔ)上，提出了一套具體的設(shè)計(jì)方案，給出了圓柱彈簧結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過(guò)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了該方案的有效性和可靠性，為改進(jìn)和優(yōu)化燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了新思路和方法。

引言

　　飛機(jī)上各組油箱燃油的消耗是按確定的順序進(jìn)行的，在各組油箱依次輸往主組油箱的同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)供油泵將主組油箱的燃油統(tǒng)一供往發(fā)動(dòng)機(jī)使用。根據(jù)作戰(zhàn)需要，要求飛機(jī)必須優(yōu)先使用副油箱的燃油。副油箱組油箱是由兩個(gè)左右機(jī)翼副油箱和一個(gè)機(jī)身副油箱組成，其輸油順序?yàn)橄葯C(jī)翼副油箱后機(jī)身副油箱，副油箱的燃油是靠增壓空氣為動(dòng)力經(jīng)加輸油控制活門(mén)控制協(xié)調(diào)后輸往主組油箱的。然而，該型飛機(jī)在安裝副油箱后進(jìn)行地面試車(chē)和空中飛行時(shí)， 時(shí)常發(fā)生滿油和滿油告警燈亮的故障。該故障呈多發(fā)性且難以排除，故障后會(huì)引起所有輸油泵停止工作并可能損壞輸油控制系統(tǒng)，已引起相關(guān)部門(mén)高度關(guān)注。

1、故障現(xiàn)象

　　某型飛機(jī)懸掛3 個(gè)副油箱加滿油后， 進(jìn)行地面試車(chē)檢查和飛行過(guò)程中， 在機(jī)翼副油箱輸油油盡信號(hào)燈亮?xí)r，發(fā)生主油箱滿油和滿油告警燈亮現(xiàn)象，部分燃油從安全活門(mén)和加油通氣活門(mén)處溢出， 當(dāng)機(jī)身副油箱接替輸油時(shí)輸油控制系統(tǒng)恢復(fù)正常; 待到機(jī)身副油箱油盡時(shí)，機(jī)身、機(jī)翼副油箱油盡信號(hào)燈反復(fù)閃亮，此時(shí)又出現(xiàn)主油箱滿油和滿油告警燈亮的故障現(xiàn)象。

2、工作原理

2.1、組成與功用

　　加輸油控制活門(mén)是飛機(jī)控制副油箱加油和輸油的核心附件，全機(jī)共3 臺(tái)。機(jī)翼副油箱2 臺(tái)，機(jī)身副油箱1臺(tái)。圖1 為加輸油控制活門(mén)結(jié)構(gòu)剖面圖，圖中下部為機(jī)械控制部分，上部為電氣控制部分，輸油入口處有一個(gè)比較靈敏的電容信號(hào)感應(yīng)器1，遇燃油就接通電氣控制部分電路，遇壓縮空氣就斷開(kāi)電氣控制部分電路。其功用是通過(guò)活門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉， 實(shí)現(xiàn)對(duì)以增壓空氣為動(dòng)力的副油箱的壓力加油與輸油控制， 輸完油后關(guān)閉活門(mén)并且發(fā)出油盡信號(hào)。

2.2、工作原理

　　其原理是當(dāng)壓力加油時(shí)，雙線圈加油電磁鐵11 通電，電磁活門(mén)9 打開(kāi)，燃油從加油入口直接作用在活門(mén)5 的外環(huán)，同時(shí)部分燃油通過(guò)加油引壓?jiǎn)蜗蚧铋T(mén)7 進(jìn)入活門(mén)內(nèi)腔，并經(jīng)過(guò)電磁活門(mén)9 和加油泄壓?jiǎn)蜗蚧铋T(mén)10，泄到加油出口， 大活門(mén)5 在外環(huán)加油壓力作用下克服大活門(mén)彈簧13 的力向右移打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)壓力加油。副油箱加滿油時(shí)，滿油信號(hào)器發(fā)出斷電信號(hào)，加油電磁鐵11斷電，大活門(mén)5 左移關(guān)閉，停止加油。

1-電容信號(hào)器2-輸油引壓?jiǎn)蜗蚧铋T(mén)3-左殼體4-排氣單向活門(mén)5-大活門(mén)6-右殼體7-加油引壓?jiǎn)蜗蚧铋T(mén)8-輸油泄壓?jiǎn)蜗蚧铋T(mén)9-電磁活門(mén)10-加油泄壓?jiǎn)蜗蚧铋T(mén)11-電磁閥12-電磁活門(mén)彈簧13-大活門(mén)彈簧

圖1 加輸油控制活門(mén)結(jié)構(gòu)圖

　　增壓輸油時(shí)， 存留在輸油入口管路的氣體在增壓壓力作用下，由排氣單向活門(mén)4 排出，燃油從輸油入口端進(jìn)入加輸油控制活門(mén)并作用在大活門(mén)5 上， 電容信號(hào)器1 感受到燃油后，向雙線圈輸油電磁鐵11 發(fā)出通電信號(hào)，電磁活門(mén)9 通電打開(kāi)，燃油從輸油引壓?jiǎn)蜗蚧铋T(mén)2 進(jìn)入活門(mén)腔的燃油經(jīng)過(guò)電磁活門(mén)9 推開(kāi)輸油泄壓?jiǎn)蜗蚧铋T(mén)8 流入輸油出口，活門(mén)腔泄壓。大活門(mén)5 在增壓的煤油壓力作用下克服活門(mén)大彈簧13 的力打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)輸油。當(dāng)輸油完畢后，增壓空氣進(jìn)入輸油口，電容信號(hào)器1 感受到空氣后， 發(fā)出油盡信號(hào)， 切斷電磁鐵11的電源，電磁活門(mén)9 關(guān)閉，活門(mén)腔建壓，大活門(mén)5 關(guān)閉，停止輸油，實(shí)現(xiàn)了油盡斷氣。

3、原因分析

　　根據(jù)飛機(jī)副油箱組加油控制正常、輸油控制出現(xiàn)功能失效的故障特點(diǎn)和加輸油控制活門(mén)工作原理，判斷副油箱輸油油盡時(shí)造成主組油箱滿油和滿油告警燈亮的故障部位， 應(yīng)該在加輸油控制活門(mén)的輸油控制部分，而與加油控制部分無(wú)關(guān)。大活門(mén)5 是加輸油控制活門(mén)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 加輸油控制活門(mén)的可靠性直接體現(xiàn)在大活門(mén)5 是否可靠打開(kāi)與關(guān)閉。因此，大活門(mén)5 的關(guān)門(mén)力的大小是副油箱輸油油盡時(shí)大活門(mén)能否及時(shí)關(guān)閉的關(guān)鍵。

　　忽略大活門(mén)的重量在中心軸線方向的分力和活門(mén)的摩擦力，大活門(mén)穩(wěn)定全開(kāi)工作狀態(tài)時(shí)，其受力情況如圖2c 所示，關(guān)門(mén)力等于開(kāi)門(mén)力，大活門(mén)的力平衡方程為：

p進(jìn)A=p出A+T 彈=p出A+X(F1+F)

　　式中F1———大活門(mén)關(guān)閉時(shí)彈簧的預(yù)壓量;

　　X———大活門(mén)彈簧的倔強(qiáng)系數(shù);

　　F———大活門(mén)全開(kāi)時(shí)活動(dòng)距離;

　　A———大活門(mén)的有效作用面積。

　　由于加輸油控制活門(mén)的結(jié)構(gòu)尺寸是確定時(shí)，在p 出、p 進(jìn)相對(duì)穩(wěn)定的條件下， 大活門(mén)關(guān)門(mén)力的大小主要取決于大活門(mén)關(guān)閉時(shí)大活門(mén)彈簧13 的預(yù)壓量F1和彈簧倔強(qiáng)系數(shù)X(或者全開(kāi)預(yù)壓量F2)。

　　在對(duì)活門(mén)分解后經(jīng)測(cè)量可知，活門(mén)大彈簧13 在大活門(mén)關(guān)閉狀態(tài)預(yù)壓力為0.48kgf， 全開(kāi)狀態(tài)彈簧力為0.82kgf。顯然，從活門(mén)關(guān)閉的可靠性方面考慮，該活門(mén)大彈簧的預(yù)壓力和剛度均偏小。這種設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致活門(mén)打開(kāi)容易、關(guān)閉難，作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的大活門(mén)在電容傳感器發(fā)出油盡電信號(hào)、電磁閥斷電后，大活門(mén)5 關(guān)閉的跟隨性較差，不能立即關(guān)閉，導(dǎo)致副油箱增壓空氣大量涌入主組油箱內(nèi)， 使主組油箱出現(xiàn)滿油和告警燈亮的故障。這從現(xiàn)場(chǎng)試車(chē)人員的感覺(jué)上得到驗(yàn)證，似乎加輸油控制活門(mén)沒(méi)有能夠及時(shí)關(guān)閉, 沒(méi)有發(fā)揮出輸油時(shí)遇油通、逢氣斷的功能。

　　因此導(dǎo)致飛機(jī)副油箱輸油油盡時(shí)主油箱滿油故障的直接原因是：由加輸油控制活門(mén)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)大活門(mén)5不能及時(shí)關(guān)閉造成的。應(yīng)重新對(duì)活門(mén)大彈簧13 進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4、結(jié)論與建議

　　綜上所述，飛機(jī)掛副油箱進(jìn)行地面試車(chē)或飛行時(shí)，主組油箱出現(xiàn)滿油和告警燈亮的根本原因是飛機(jī)加輸油系統(tǒng)的核心控制附件加輸油控制活門(mén)可靠性低造成的。在飛機(jī)燃油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和安裝形式不改變的前提下，減少和消除該故障，應(yīng)從大活門(mén)彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面入手給予解決。結(jié)論如下：在確保執(zhí)行機(jī)構(gòu)大活門(mén)5能正常打開(kāi)的前提下，增加大活門(mén)彈簧13 的預(yù)壓量和剛度，可提高大活門(mén)輸油油盡時(shí)關(guān)門(mén)力。

　　針對(duì)故障原因和實(shí)際驗(yàn)證結(jié)果，建議如下：

　　(1)將大活門(mén)彈簧的預(yù)壓力增大到12N，活門(mén)全開(kāi)時(shí)的彈簧壓力確定為20N，這樣可明顯提高大活門(mén)5 關(guān)閉的可靠性，并有效減少活門(mén)關(guān)閉后的漏氣量;但活門(mén)彈簧改進(jìn)后，在相同工作條件下，燃油通過(guò)加輸油活門(mén)的阻力會(huì)同時(shí)增大，這是相關(guān)聯(lián)的，但這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有影響到燃油系統(tǒng)的正常輸油。

　　(2)對(duì)改進(jìn)后對(duì)大活門(mén)的開(kāi)關(guān)工作特性應(yīng)在地面模擬臺(tái)上和飛機(jī)上進(jìn)行相關(guān)技術(shù)驗(yàn)證與測(cè)試。對(duì)一定的工作條件下的燃油阻力， 即進(jìn)口壓力和流量一定時(shí)的活門(mén)進(jìn)出口的壓力差，進(jìn)行必要的修正，確定新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以適應(yīng)改進(jìn)后出現(xiàn)的活門(mén)阻力偏大的問(wèn)題，確保加輸油控制活門(mén)能夠正常裝機(jī)使用。