某型教練機加輸油設計缺陷分析

張金博，余 晉，李國松，許士剛

（93420 部隊）

1 故障現象

1） 某號機執行完任務并滑回指定機位，發動機工作在慢車狀態，打開“壓力加油電源”和“副油箱加油”開關后，進行“熱加油”時發現，機身油箱可正常實施加油，副油箱無法加入燃油。

2） 某號機空中執行任務時，飛行員反映故障單顯示“燃油控制故障”和“EMMC 故障3”。 飛機著陸并滑回指定機位，檢查飛機發現主油量為473kg、全機油量為686kg，“1 號油箱油盡”和“左、右機翼油箱油盡”信號出現，“左、右3 號油箱油盡”信號未出現，故障單顯示“燃油控制故障”和“EMMC 故障3”。

2 系統工作原理

機電管理計算機主要實現控制起落架收放、控制燃油加輸油順序、控制機上其他系統與航電系統數據交換和飛參數據采集等功能，此處主要就加、輸油原理和燃油控制故障報故邏輯進行說明。

2.1 加油工作原理

將壓力加油操縱盒上的壓力加油開關扳至“加油”位置，組合閥通電打開。

1） 將“1 號油箱加油開關”、“機翼油箱加油開關”、“3 號油箱加油開關”置于“加油”位置時，給燃油壓力加油控制盒相關電路控制信號，使左、右機翼油箱電動插板開關“開”線圈通電，打開機翼油箱加油管路；1 號油箱燃油電動插板開關“開”線圈通電，打開1號油箱加油管路；3 號油箱壓力加油電動插板開關“開”線圈通電，打開左、右3 號油箱加油管路。

當左、右機翼油箱滿油信號器發出滿油信號或機翼油箱加油開關在“關閉”位置時，左、右機翼油箱電動插板開關“關”線圈通電，關閉機翼油箱加油管路。3號油箱與機翼油箱關閉原理相同。

當2 號油箱油面到達正常滿油位置時，系統自動機械式切斷壓力加油管路，機械系統失效后，油面上升到應急滿油位置時，浮子閥發出信號給機電管理計算機，從而輸出控制信號使燃油電磁開關斷電，關閉壓力加油管路。

2） 將壓力加油操縱盒上的壓力加油開關扳至“加油”位置，“副油箱加油開關”置于“加油”位置時，機電管理計算機接收到副油箱加油指令后，給燃油壓力加油控制盒相關電路控制信號，使左、右加輸油控制活門加油線圈通電工作；左、右通氣安全閥通電工作，左、右增壓電磁閥斷電關閉。

當左或右滿油—油盡信號器發出滿油信號時，機電管理計算機給燃油壓力加油控制盒中繼電器控制信號，切斷左、右加輸油控制活門加油線圈電源，關閉“加油”活門，停止給副油箱加油，同時相應的左、右副油箱正常滿油燈亮；當副油箱壓力信號器發出超壓信號（超壓接通），機電管理計算機控制相應的左、右副油箱加輸油控制活門“加油”活門關閉并鎖定，斷開加油路，同時相應的左、右副油箱應急滿油燈亮（超壓信號器接通則亮，斷開則滅）。

2.2 輸油工作原理

飛機按照：副油箱（左、右各1 個）620kg×2→2 號油箱40kg→1 號油箱320kg＋機翼油箱（左、右各1個）190kg×2→3 號油箱（左、右各1 個）175kg×2→2 號油箱660kg”的順序進行輸油。

當飛機帶副油箱時，機電管理計算機采集到副油箱存在信號，控制左／右加輸油控制活門的輸油電磁閥工作，左／右增壓電磁閥通電工作。打開副油箱氣路，副油箱燃油在增壓氣體的作用下，通過燃油電磁開關輸入2 號油箱（主油箱）。

當左副油箱壓力信號器發出“超壓”信號給機電管理計算機，機電管理計算機控制左副油箱的通氣安全閥通電打開，放出多余氣體，同時控制左增壓電磁閥斷電關閉。此后，若超壓信號消失且持續10s，則機電管理計算機發出相對應控制信號，使左副油箱的通氣安全閥斷電關閉，左增壓電磁閥通電打開；右副油箱超壓時的處理邏輯與左側相同。

當左、右副油箱滿油—油盡信號器發出油盡信號給機電管理計算機，其控制左、右加輸油控制活門的輸油線圈，左、右增壓電磁閥斷電關閉，關閉副油箱與2 號油箱的輸油管路與增壓路。

副油箱油盡后，換向電磁閥控制1 號油箱和左、右機翼油箱或3 號油箱輸油到2 號油箱；油面控制開關與浮子閥聯合工作控制1 號油箱和左、右機翼油箱或左、右3 號油箱輸油到2 號油箱的油面。當2 號油箱內浮子閥發出應急滿油信號給機電管理計算機，機電管理計算機控制油面控制開關通電關閉，停止輸油。 當浮子閥應急滿油信號持續消失10s，控制油面控制開關打開，繼續輸油。

1 號油箱和左、右機翼油箱內油盡信號器均發出信號時，換向電磁閥接通左、右3 號油箱的輸油管路。當輸油過程中2 號油箱油量低于600kg 且左、右3 號油箱均未油盡時，機電管理計算機發出信號控制換向電磁閥使其換向至3 號油箱并且持續1min 或直至任一個3 號油箱油盡信號出現，此時機電管理計算機斷開控制換向電磁閥的信號，隨后換向電磁閥接通1 號油箱和左、右機翼油箱輸油管路。1min 之后機電管理計算機重新判斷當前狀態，若2 號油箱油量繼續低于600kg 且左、右3 號油箱未油盡，則繼續給電磁轉換閥輸出換向控制信號，使3 號油箱燃油輸至2 號油箱。

2.3 “燃油控制故障”報故原理

當機電管理計算機判斷到燃油系統相關離散量采集錯誤或無法采集，燃油輸出控制模塊硬件自檢故障，燃油控制所需的判據參數獲取錯誤而引起指令邏輯解算錯誤，燃油輸出控制模塊的控制指令與回采的繼電器狀態不一致（繼電器不能按照控制指令進行輸出）時，機電管理計算機均會向航電系統上報“燃油控制故障”和“EMMC 故障3”，隨即停止控制燃油加輸油順序。

3 故障分析及排查

3.1 副油箱無法熱加油故障分析及排查

根據上述工作原理列故障樹并進行分析排查。

1） 判讀飛參發現，①起飛離陸3 分鐘時出現0.4秒“右副油箱超壓”信號，“副油箱存在”信號一直有（由此可知副油箱存在信號正常）；②地面打開“壓力加油電源”和“副油箱加油”開關后，“通氣安全閥打開”信號正常且無副油箱“超壓”、“滿油”、“增壓電磁閥打開”等信號，也無左、右副油箱“加輸油活門加油打開回采”信號。初步懷疑機電管理計算機未輸出副油箱加油信號。

2） 測量壓力加油操縱盒至機電管理計算機間線路未見異常。

圖1 故障樹

3） 地面檢測壓力加油操縱盒內部的副油箱加油開關，左、右副油箱超壓信號燈，左、右副油箱滿油信號燈及其線路情況，未見異常。

4） 檢測、測量機上超壓信號器、滿油信號器、增壓電磁閥、副油箱加輸油控制活門、通氣安全閥等附件及其交聯線路無異常，由此排除超壓信號器、副油箱加輸油控制活門、副油箱滿油信號器、副油箱通氣安全閥、副油箱增壓電磁閥及其線路故障的可能。

5） 檢測燃油壓力加油控制盒內部加輸油控制活門控制繼電器、增壓電磁閥控制繼電器、通氣安全閥控制繼電器及其線路未見異常，由此排除燃油壓力加油控制盒故障的可能。

6） 對故障機開展地面試驗，排查定位機電管理計算機內部問題點。

①全機上電，當出現超壓信號后，打開壓力加油控制盒電源。在進行副油箱壓力加油前，分別模擬閃現“左副油箱應急滿油、右副油箱應急滿油、左右副油箱均應急滿油”信號后，對副油箱進行壓力加油，只有在閃現“左副油箱應急滿油”信號后，可對右副油箱進行加油，其他兩種情況下均無法實現對副油箱加油。

②全機上電并打開壓力加油控制盒電源。在副油箱壓力加油正常進行過程中，分別模擬閃現“左副油箱應急滿油、右副油箱應急滿油、左右副油箱均應急滿油”信號，除閃現“左副油箱應急滿油”信號后，右副油箱可繼續進行加油，其他兩種情況下副油箱壓力加油均終止。

③全機下電，只打開壓力加油控制盒上電源。分別進行上述試驗，結果與上述情況一致。

④對其他2 架機按照故障機地面試驗方法進行試驗，發現其中1 架與故障機情況相反，另1 架與故障機情況一致。

綜合上述檢查結果，原因是：機電管理計算機內部軟件未考慮熱加油功能。

3.2 燃油控制故障排查

根據故障現象和機電管理計算機上報“燃油控制故障”、“EMMC 故障3”機理，進行如下排查。

1） 判讀飛參。飛機報出“EMMC 燃油控制故障”和“EMMC 三級故障”，主油量為473kg、全機油量為686kg，“1 號油箱油盡”和“左、右機翼油箱油盡”信號正常出現，“左、右3 號油箱油盡”信號未出現，無“換向電磁閥換向回采”信號。

2） 地面線路測量。 按照燃油系統輸油順序及飛機油量剩余情況，此時機電管理計算機換向信號輸出端應輸出“地”信號，進而控制換向電磁閥1、3 插針通電，使左、右3 號油箱向主油箱供油。

地面檢查發現，在飛機不下電的情況下，保持飛機報故狀態，測量換向電磁閥1、3 插針無輸入電壓，機電管理計算機換向信號輸出端未輸出“地”信號，檢查機上線路未見異常，說明機電管理計算機工作異常。

3） 放油檢查。斷開飛機上電源，打開左、右3 號油箱放油口，放出約200kg 燃油，放出的燃油與飛機主油量473kg 之和約為全機油量686kg（主、全機油量允許誤差為±90kg），說明左、右3 號油箱未按正常程序輸油。

4） 歷史故障回顧及分析。對曾報出過“燃油控制故障”和“EMMC 故障3”的某5 架機（均已落實某號技術通報）故障架次飛參數據進一步判讀發現，當“輸油泵電源信號”、“輸油泵故障”、“低油面告警1”、“左機翼油箱油盡”等信號出現或消失時，均伴隨有“左副油箱增壓電磁閥打開回采”、“左加輸油活門輸油打開回采”、“回油電磁閥打開回采” 等信號異常出現或消失。 同時，當出現“燃油控制故障”和“EMMC 故障3”后，從報故的時間節點開始，“左副油箱增壓電磁閥打開回采”、“左加輸油活門輸油打開回采”、“回油電磁閥打開回采”、“換向電磁閥換向回采”、“鎖定主蓄電池組接觸器接通信號”等信號均消失，左、右3 號油箱的燃油未再向2 號油箱輸油（飛機故障架次均未掛副油箱）。

5） 經與工廠人員討論分析認為，機電管理計算機燃油控制程序中軟件編寫存在錯誤，程序運行過程中會使內部的“開關組5 （共16 個開關量信號）”和“開關組6（共16 個開關量信號）”被賦予異常數值，導致燃油控制程序采集到的指令信號與回采信號不一致而報出“燃油控制故障”和“EMMC 故障3”信號，左、右3 號油箱無法向2 號油箱輸油[1]。

由此可知，導致某號機左、右3 號油箱未按正常程序輸油的原因是：機電管理計算機軟件存在缺陷。

3.3 燃油系統存在的其他問題

日常檢查維護發現，3 號油箱電動插板開關故障率較高。 究其原因是：當壓力加油時，3 號油箱總是先于機翼油箱滿油，此時機上電路自動關閉3 號油箱電動插板開關，因機翼油箱尚未滿油所以其加油電動插板開關未關閉，從而3 號油箱油量又會流向機翼油箱而導致3 號油箱滿油信號消失。隨機觸發3 號油箱電動插板開關打開，如此反復，導致“3 號滿油”信號在加油過程中常有閃亮現象，同時3 號油箱電動插板開關跟隨滿油信號燈亮滅情況頻繁關、開，終因3 號油箱電動開關不滿足機上動作次數需求，多發極限位置無法斷電而持續工作的故障，導致過早到壽。

判讀飛參發現，在3 號油箱輸油過程中，常有“浮子閥應急滿油”信號出現，當此信號出現時，主油量顯示值還未到達滿油量位置。經分析排查發現，3 號油箱通往2 號油箱的輸油管出口正好對著浮子閥應急滿油信號器位置，當3 號油箱輸油時，觸發應急滿油信號器工作而輸出應急滿油信號，屬于浮子閥設計缺陷。

4 “副油箱超壓”和“燃油控制故障”信號出現幾率分析

4.1 “副油箱超壓”信號出現的概率分析

對掛載副油箱任務飛參數據判讀發現，掛載副油箱執行訓練任務時，超壓信號出現的幾率約為34.72%。

4.2 “燃油控制故障”信號出現的概率分析

對曾報出過“燃油控制故障”和“EMMC 故障3”的5 架機飛參數據分析發現，當出現“低油面告警1”、“左機翼油箱油盡”信號時，“左副油箱增壓電磁閥打開”、“左加輸油活門輸油打開”、“回油電磁閥打開”等電磁閥會同時動作而導致報故幾率增大。經不完全統計，落實軟件升級技術通報的飛機共飛行約1700 架次，出現故障7 架次，報故幾率約為0.41%。

5 使用維護措施

1） 進行副油箱壓力加油完成后，核對加油車油量，查看副油箱是否加滿。

2） 在2 號油箱油面達到應急油面后，一定要先將壓力加油接頭壓力消除后再切斷壓力加油電源（因為系統是通過應急電信號來控制加油關閉的，若先切斷電源，應急電信號消失，燃油電磁開關在燃油壓力下再次打開，油面又會上升而噴出）。

3） 進行壓力加油時，若全機油量大于500kg，應在1 號油箱加油開關和機翼油箱加油開關撥至加油位置且綠色信號燈燃亮后保持約1min，再啟動加油車進行壓力加油，以防止加油時2 號油箱先滿油或3號油箱加油電動插板開關頻繁通斷。

4） 進行空、地勤交流，提醒空勤人員，飛機出現“燃油控制故障”、“EMMC 故障3”顯示，第一時間報告指揮員，以主油量為參考油量，根據指揮員指揮，建立返場航線著陸。

6 故障影響及處置建議

“燃油控制故障”、“EMMC 故障3”的影響主要有兩個方面，一是從報故的時間節點開始，副油箱和3號油箱的燃油不會再向2 號油箱輸入。二是該故障報出后會同步解除“鎖定主蓄電池組接觸器接通信號”，若在收油門停車時至發動機高壓轉速大于5%期間，關閉“地面電源／蓄電池” 開關，就會造成全機斷電，導致發動機停車電磁活門處于打開位置，燃油會在發動機轉子慣性下泵入燃燒室引起發動機噴火。處置建議有：

1） 飛行人員

①無論空中何時出現“燃油控制故障”、“EMMC故障3”顯示，飛行員應第一時間報告指揮員，以主油量為參考油量，根據指揮員指揮，聽令建立返場航線著陸。

②著陸滑回停機位后不要關閉“地面電源／蓄電池”開關，待發動機完全停轉后，由機務人員執行“下電”操作。

2） 塔臺值班員

①當出現“燃油控制故障”、“EMMC 故障3”顯示時，詢問當前全機油量和主油量以及油盡信號顯示情況，綜合判斷當前可用燃油量。

②提醒飛行人員發動機未完全停轉前切勿關閉“地面電源／蓄電池”開關。

7 下一步措施及建議

1） 工廠針對機電管理計算機軟件中存在的問題查明原因立即改正，暫停某號技術通報落實。

2）建議工廠搭建地面平臺，模擬機上輸油環境，徹查故障原因，舉一反三排查是否存在其他缺陷并完善飛機加輸油控制邏輯。

3） 建議改進3 號油箱電動插板開關控制電路，同時改進電動插板開關質量。

4） 建議改進浮子閥結構，防止3 號油箱輸油時出現異常應急滿油信號。