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时间:2021-05-18 10:47:36

  燃油系统是民用航空器所有系统中最重要的系统之一。它不仅承担着为飞机的核心——发动机提供清洁符合标准的燃料的作用(同时也为APU提供清洁符合标准的燃料),而且还承担着为其他系统降温、平衡民用航空器、保持民用航空器重心于规定的范围内等多种二级功能。故民用航空器的燃油系统一旦出现故障,后果将非常严重。所以对民用航空器的燃油系统进行故障模式与影响分析(FMEA分析)是对民用航空器在其整个设计、制造、使用、维护等阶段中的至关重要的环节。

  以民用航空器的地面安全和飞行安全为前提,对民用航空器的潜在故障模式与影响进行研究分析。首先从FMEA分析的目的、原则、步骤、结果对FMEA分析的整个理论知识进行系统性的阐述。然后根据FMEA分析的需要引入了常用的风险评估方法——风险度优先数法(RPN法)对故障模式的影响进行评估分析。之后依照FMEA分析的规则,对本文的分析对象——民机燃油系统进行了详细的功能理论阐述,并对其按照科学依据划分为储藏系统、分配系统、指示系统3个子系统,并对每个划分后的系统层次进行详细介绍。

  最后根据对燃油系统的分析,对一个可能存在的潜在故障模式——燃油系统外腔油箱超压保护活门102QM(103QM)故障为例,按照FMEA分析的步骤进行详细分析,并进行风险度评估值分析。最终引出整个民用航空器燃油系统可能存在的部分潜在故障模式并建立民机燃油系统潜在故障模式的FMEA分析表,可为民机燃油系统在设计、维护等方面提供部分参考依据。

  新型民用航空器的综合性能越来越复杂多样,又因为民用航空器的频繁使用降低了安全性能,所以为了在民用航空器的每次飞行中都能达到或无限接近其在设计、制造阶段就规定的性能指标,其勤务、机务、航材管理等相关工组人员的工作对维修件的储备管理、维修操作、民用航空器的使用受命和保养成本非常重要,这就要求一定要有一个完备的综合体系对民用航空器提供保障。后勤保障分析国际程序规范中的后勤保障性分析(Logistic Support Analysis,LSA)也称维修工程分析(Maintenance Engineering Analysis,MEA)是为民用航空器系统部件能以最低的成本进行最高效的保养而进行的一系列分析活动,其中的FMEA分析技术是为了确定潜在故障模式的影响而进行的,是所有维修工程分析方法中的基础和核心,其他方法需要FMEA分析的结果。所以FMEA分析是民用航空器勤务、维修的重点。

  1.1研究背景

  故障模式与影响(FMEA)分析的目标是确定系统设计中所有的潜在故障模式的影响,然后依据所有潜在故障模式对系统的影响性,为设计、制造、使用、维修中的人员提供改进升级措施参考。然而在民用航空器正常的寿命期内,对全系统级下的零部件进行排故维修需要花费大量的时间和金钱成本。因此,依据FMEA分析的结果,在设计制造阶段,提供改进升级的参考标准;在制造阶段,提供制造精细程度改进的参考标准;在使用阶段,提供可行的改进使用建议参考;在维修保养阶段,可作为维修量化分析的手段,提供故障后果严重且不易于维修或不容易发现故障的零部件的优先排查参考建议,然后为维修工卡、排故步骤、航材管理、飞行计划安排等提供重要参考依据。

  1.2国内外研究现状

  1.2.1国外研究现状

  FMEA在世界上首次被应用是在上世纪美国某家飞机公司的飞机研制方案中。上世界六十年代,纽约科学院一位科学家提出了对FMEA的正式描述。因为美国“阿波罗登月计划”的需要,又加上这种分析技术能够加强装备的设计生产过程和使用维护中的可靠性和安全性,于是FMEA分析技术被成功的应用到了“阿波罗登月计划”中,成为必不可少的技术。上世纪七十年代,美国军方也将FMEA分析技术应用到相关领域,并在军用标准MIL-STD-1629中规定了作业程序,之后又发布了美军标准MIL-STD-2070,几年后美国军方进行了相关修改后沿用至今[1]。上世纪八十年代,美国联邦航空局(FAA)发布通知,要求FMEA分析方法必须应用到所有航空系统的设计与分析中[1]。

  FMEA分析技术在民用航空器领域主要用于分析每一个航线可更换单元或车间可更换单元的故障,并确定其所有可能的潜在故障模式,然后依照民用航空器的设计原理分析每一个故障对其故障单元所在子系统或系统整体的影响。依照分析结果,航空公司可以对勤务工卡、维修工卡、航材管理、飞行安排等进行适当调整或方案升级;民用航空器制造商可以对民用航空器的设计方案进行改进,制造过程可以优化改进;民用航空器适航审定机构可以重点审核民用航空器中故障影响严重的单元是否设计了保护措施。

  之后,随着可靠性分析技术在相关领域中越来越重要,相关学者在其基础上加上了危害性(CA)分析。本世纪初,欧洲空间标准化合作组织颁发了ECSS-Q-30-02A标准,这个标准涵盖了设计FMECA和过程FMECA两种方法[2]。

  FMECA分析中引入了概率和矩阵的方法,在定量化方面细化了传统的风险度评估方法在定量上的主观性,能最大限度的符合客观实际[3];将卡诺模型应用于FMECA分析,加强FMECA分析的效率[4];提出了使用系统的近似故障率选择故障模式最可能失效的组合的方法提高了FMECA的工作能力[5]。

  1.2.2国内研究现状

  上世纪八十年代初,我国工业领域中认识到了可靠性在生产制造中的重要性,FMEA分析法入我国。1985年,我国标准局发布了国家标准GB7826-1987《系统可靠性分析技术失效模式与效应分析(FMEA)》[1]。经过长期的发展和完善,FMEA技术在我国被广泛应用于各种领域,并取得了良好的效果,已成为一项必不可少的可靠性分析技术。

  在航空领域中,上世纪八十年代末,在FMEA分析的基础上,结合国外先进成果,更客观细致化的定量分析的CA分析与FMEA分析结合后的FMECA分析被我国接受并应用于航空领域,原航空工业部颁发了航空标准HB6359-1989《失效模式、影响及危害性分析程序》。1995年,原航空工业总公司发布了航空标准HB/Z281-1995《航空发动机故障模式、影响及危害性分析指南》,此标准被应用在了航空发动机结构和系统研究、设计、生产和使用中,该标准给出了大量的航空发动机所属产品的故障模式信息,为后续在对航空发动机进行FMECA分析时提供了强力的支持[6]。

  目前,FMECA分析方法帮助了我国众多工业领域解决了很多诸如:设计、制造、生产、使用、维护等方面的重大问题,为提高工业制成品的可靠性起到了非常重要的作用。

  1.3论文主要研究内容

  燃油系统是民用航空器所有系统中最重要的系统之一。它不仅承担着为飞机的核心——发动机提供清洁符合标准的燃料的作用(同时也为APU提供清洁符合标准的燃料),而且还承担着冷却其它系统、平衡飞机保持飞机重心于规定的范围内等多种附加功能。故民用航空器的燃油系统一旦出现故障,后果将不堪设想。所以保证燃油系统在任何飞行或地面环境下都能够符合人们的安全使用需求是必不可少的,本论文以某一型号的民用航空器的燃油系统的故障模式为例主要进行了如下几方面的研究:

  ⑴后勤保障性分析中的FMEA分析

  民用航空器的后勤保障的FMEA分析是确定当系统中的航线可更换单元或车间可更换单元发生故障时,通过分析找到因为故障所产生的潜在故障模式,并对故障模式发生后对其可更换单元所属的上一级的子系统或系统整体造成的影响进行分析,进一步确定每个故障模式对系统的安全、性能、维护、勤务、航材或成本等的潜在要求。

  ⑵民机燃油系统的FMEA分析

  学习民用航空器的燃油系统的组成和作用,依据相关科学理论划分燃油系统层次结构并绘制民机燃油系统层次结构图,然后对划分后的部分燃油子系统子部件进行FMEA分析。结合分析结果,可以作为民用航空器在设计、制造和审核过程中的参考工具,可以改进方法、提供有效帮助;在勤务、维修过程中,可作为定量分析的手段,尽早判明难于发现、清洁、保养或维护的部位,为勤务或维修工卡的制定或修改提供参考建议;同时,为确定民用航空器的航线维修时间或车间大修时间,以及民用航空器的航材管理、飞行安排等提供重要参考。

  1.4论文章节安排

  根据本文的研究分析内容安排文章结构可分为5个章节,每个章节的安排如下:

  第一章绪论,介绍课题的研究背景、来源和国内外研究现状。

  第二章故障模式与影响分析(FMEA)分析方法概述,详细阐述FMEA分析的基本理论知识、RPN法的基本理论知识。

  第三章民机燃油系统概述,对民机燃油系统进行详细地功能理论阐述,对民机燃油系统依据科学理论进行系统层次划分,并对划分后地系统进行功能理论介绍。

  第四章民机燃油系统地FMEA分析,先以一个可能存在的潜在故障模式:燃油系统外腔油箱超压保护活门102QM(103QM)故障进行FMEA分析,详细阐述FMEA分析的实际应用方法。最后引出整个燃油系统可能存在的部分潜在故障模式,并建立FMEA分析表。

  第五章总结与展望,对论文工作进行总结归纳,并展望未来的研究工作。

  第2章故障模式与影响分析(FMEA)分析方法

  学习FMEA分析的原理是进行民用航空器FMEA分析的基础,通过分析每个潜在故障模式,对造成这个故障模式的故障原因和这个故障模式对系统或整体的故障影响等进行分析,找到对系统或整体影响较大的故障模式,参照故障原因最大限度地降低故障发生的概率,从设计、制造、使用和维护等方面提出预防或改进措施,保证民用航空器燃油系统的安全性[7]。

  2.1 FMEA概述

  FMEA分析全称为故障模式与影响分析,是一种重要的分析方法。这种分析方法对生产、制造、使用、维护过程中设备、工具等任何人造物已经出现或可能出现的所有故障模式进行分析并评价,依据现有能够安全使用的技术手段和科学的流程方法来预防、维护这些故障模式,降低其发生故障的几率,一些故障模式甚至可以完全消除其发生故障的几率。

  FMEA分析不仅可以根据人造物的设计原理进行预防性估计分析(根据原理分析什么部件、子系统在将来使用、维护工程中可能会发生故障),以在设计阶段就降低甚至是消除故障模式,而且可以根据使用、维护过程中的历史数据,对人造物进行优化和升级。

  FMEA分析方法依据被分析对象的功能原理对被分析对象的可能的故障进行功能分析、故障模式分析、系统(整体)影响分析,并进行风险度评估分析将子部件、子系统的重要性加以量化,从而向技术人员呈现出了改进、优化的先后顺序。FEMA分析法最终将分析结果直观的记录在FMEA分析表格当中。

  根据FMEA分析结果,可以更加直观、便捷地进行与可靠性、安全性等有关的设计、制造、使用、维修上的改进、优化、升级,使被分析对象的质量和安全得到升级。

  2.2 FMEA分析方法

  2.2.1 FMEA分析的目的

  FMEA分析(故障模式与影响分析)的目的是为以质量、安全为中心的预防性维修计划提供故障参考;为部件的勤务安排、排故方案和维修工卡等的制定提供重要参考;对故障模式发生影响严重的故障进行分析研究,确定该部件的维修计划优化升级、航材储备优化,甚至是设计、制造时的科学技术、工艺流程的升级优化。

  2.2.2 FMEA分析的原则

  FMEA分析法的分析原则是:对被分析对象的系统、部件的质量水平、安全指标、原材料指标、原理功能、使用维护环境等综合分析后,重点确定故障发生概率较高和故障后果严重的故障模式。当被分析对象以系统进行结构层次划分时,FMEA分析分析到航线可更换组件;当被分析对象以设备进行结构层次划分时,FMEA分析到车间可更换单元。

  2.2.3 FMEA的分析步骤

  FMEA分析方法大致可以分为一下几个步骤:

  ⑴说明被分析对象的系统原理和功能;

  ⑵绘制被分析对象的系统部件的划分层次结构图;

  ⑶根据被分析对象的设计、制造原理,确定可能会出现的潜在故障模式,或根据勤务、维修经验,分析每个潜在故障模式出现的故障原因;

  ⑷依据被分析对象的功能原理,先分析确定当潜在故障模式或故障模式出现时,它对自身部件的影响(危害),再分析确定其对所在子系统的影响(危害),最后分析确定其对整个系统(整体)的影响(危害);

  ⑸依据现行的技术水平和科学方法为每一个故障模式提出可行的预防或改进优化升级措施;

  ⑹将分析结果:功能分析、故障模式分析、故障原因分析、系统影响分析、风险度评估分析和预防或改进措施分析填入FMEA分析表中。

  2.2.4 FMEA的分析结果

  FMEA分析的结果最终应该总结在FMEA分析表中,表中应该包括一下内容:子系统名称,功能,故障模式,故障原因,系统影响,风险度评估值、预防或改进措施[8-9]。

  子系统名称项为:分析者将被分析对象按照科学依据进行层次结构划分后的系统名称。

  功能项为:引起故障的部件的设计规定的作用。

  故障模式项为:当故障出现时,被分析对象出现的异常状态。

  故障原因项为:导致潜在故障模式出现的原因,可能是部件损害、管道堵塞、人为维修错误、设计错误等。

  系统影响项为:某一子系统子部件的故障模式出现后,对整个系统(整体)造成的后果。

  风险度评估值项为:根据故障后果评级、故障发生的概率评级、故障的探测评级,对故障的后果进行量化,以直观的数字呈现出来。

  预防或改进措施项为:依据现有的科学技术手段和可行的工作步骤,对这些故障提出预防手段或改进的维护措施,以达到降低故障的发生概率的目的。

  FMEA分析表的格式如表2-1所示:

  表2-1 FMEA分析表样式

  子系统名称功能故障原因系统影响ESR OPR DDR RPN预防或改进措施

  ………………………………………………

  2.3风险度优先数(RPN)法

  通过对FMEA分析的概述可知,FMEA分析需要分析人员做出被分析对象出现的故障模式对整个系统、整体的影响程度,并需要做出相应可行的预防或改进措施建议[10]。因此,这里选用传统的故障模式影响综合评价方法:风险度优先数(RPN)法,下面进行风险度优先数法的相关理论的阐述。

  风险优先数法是对被分析对象的所有故障模式的风险度优先数值进行计算,比照计算后的全部故障模式中每一个故障模式的RPN值,RPN值越大则代表这个故障对系统的影响越大,对系统造成的危害越大。依据计算后的RPN值和现实中可能提供的技术人员支持,制定可行的预防或维护措施以降低此故障模式的危害程度。

  反映被分析对象的故障模式影响危害性的RPN值的计算方法如式2-1所示:

  (2-1)

  其中,ESR表示故障模式对整体、系统造成的影响的严重程度等级;OPR体现该子系统、子部件某种故障发生的概率等级;DDR反映是否有监测或警告故障的功能或者探测该子系统、子部件某种故障的难易程度。在对这三个数值进行评分之前,应根据被分析对象的特点制定相应的评分规则。

  ESR(严重程度等级)表示子系统、子部件的一个故障模式对整个系统或整体的影响程度。表1-1提供一个常用的ESR值评分规则:

  表1-1 ESR值评分规则

  ESR评分值故障影响的严重程度参考

  1、2、3轻度的不足以引起人员伤害、产品(如飞机、坦克、导弹及舰船等)轻度的损坏、轻度的财产损失及轻度环境损坏,但它会导致非计划维护或修理

  4、5、6中等的引起人员的伤害程度中等、产品的损坏程度中等、任务延误、财产损失程度中等和环境损害程度中等

  7、8致命的引起人员伤害严重、产品损坏严重、任务失败、财产损坏严重和环境损害严重

  9、10灾难性的引起人员死亡、产品毁坏,财产损失重大和环境损害重大

  OPR(发生的概率等级)表示该子系统、子部件某种故障模式在以往实际发生时的概率等级。表1-2提供了一个常用的OPR值评分规则:

  表1-2 OPR值评分规则

  OPR评分值故障模式发生的可能性故障模式发生的概率P的参考范围

  1极低

  2、3较低

  4、5、6中等

  7、8高

  9、10非常高

  DDR反映是否有监测或警告故障的功能或探测该子系统、子部件某种故障的难易程度。航空器在设计制造阶段就应该考虑可能发生的故障的相应探测、警告功能,设计相应的检查系统。正常情况下,民用航空器驾驶舱仪表盘上会有部分故障模式的警告提示,飞行员与机务人员都应该重视出现的警告提示。表1-3提供了一个常用的DDR值评分规则:

  表1-3 DDR值评分规则

  DDR评分值故障模式探测难易程度参考

  1、2非常低探测系统可以感应到故障并发出警告

  3、4低探测系统感应到故障并发出警告的机会较大

  5、6中等探测系统检感应到故障并发出警告的可能性中等

  7、8高探测系统不大可能感应到故障并发出警告

  9非常高探测系统不可能感应到故障并发出警告

  10无法探测到探测系统无法感应到故障并发出警告

  2.4本章小结

  本章首先从FMEA分析的目的、FMEA分析的原则、FMEA分析的分析步骤、FMEA的分析结果这4个方面对FMEA分析进行了系统性的理论阐述。最后根据FMEA分析的要求需要,选择了一种常用的风险度评估方法——风险度优先数法(RPN法),并对RPN法进行了系统性的理论阐述,介绍了其在FMEA分析中的作用。

  第3章民机燃油系统概述

  燃油系统被设计成一个能安全储存燃油并将清洁无污染的航空燃油传输到发动机的系统,人们要求燃油系统在航空器的所有飞行阶段都能连续不断地、有效地向发动机供给所需要的洁净燃油并储存飞行所必须的全部航空燃油。而发动机是航空器的核心,燃油系统为其存储和输送燃料,因此燃油系统是航空器上最重要的系统之一。

  3.1燃油系统概述

  飞机燃油系统,因为将燃油输送给发动机,又被称为外燃油系统。它不仅承担着在任何安全的飞行状态下为飞机的核心——发动机不间断地提供清洁符合标准的燃料的作用(同时也可以向APU提供清洁符合标准的燃料),而且还承担着冷却其它系统、平衡飞机保持飞机重心于规定的范围内等多种附加功能。航空公司和适航审定机构规定民用航空器的燃油系统必须达到以下要求:工作可靠、寿命长、拥有防火保护、重量轻、不占用过多空间、结构简单、维修方便、方便操控和制造先进安全等[11]。因为民用航空器的燃油系统的复杂性,其一旦出现故障,后果将不堪设想。

  3.2燃油系统的组成和功能

  本文研究的机型的民机燃油系统拥有左右机翼油箱以及中央油箱,典型分系统包括储藏系统、分配系统、指示系统三个系统[12]。其主要结构如图所示:

  3.2.1储藏系统

  储藏系统:燃油储藏系统用于储藏发动机和APU(辅助动力装置)所需要的燃油;提供燃油系统的火灾防护;将符合相关温度规定的燃油[通过IDGS(综合驱动发电机系统)提供动力]在整个机翼油箱中能循坏传输;提供通气功能将燃油油箱和管道内的空气压力与外部空气压力接近的程度,保护燃油箱不因较大压力差而产生结构损坏。

  储藏系统下又有油箱、油箱通气系统、中央油箱外部通气系统、内腔油箱传输系统、燃油再循环系统这5个子系统。

  ⑴油箱:油箱子系统是由用于储存燃油的油箱和用于维持油箱内外压力差在规定范围内的通气波动油箱组成。承担着存储燃油和防止燃油在特定的飞机姿态下出现泄露的作用。

  ⑵油箱通气系统:油箱通气系统能够确保将油箱(和通气波动油箱)内的空气压力保持在与外部的空气压力接近的程度。这能够防止在加油或者放油操作期间、飞机爬升或下降期间当出现巨大压力差导致的飞机结构的损坏。

  ⑶中央油箱外部通气系统:由于在飞机的正常供油顺序中,是由中央油箱优先进行发动机的燃油供给,且其储存着整架飞机绝大部分的燃油,所以中央邮箱在3个油箱中占有重要地位。中央油箱的通气系统又加上了单独的外部通气系统来平衡压力差,并能防止燃油进入空调系统。

  ⑷内腔油箱传输系统:内腔油箱传输系统用来控制燃油从机翼油箱外腔油箱向机翼油箱内组油箱的传输。

  ⑸燃油再循环系统:再循环系统将来自IDG冷却系统的温暖的燃油传输回到机翼油箱。

  3.2.2分配系统

  分配系统:分配系统能够确保燃油在所有的飞行环境下都能传输到二台发动机、APU;在出现火灾或燃油泄漏等危险时又能够将燃油与发动机和APU隔离;将燃油在任何状态下保持在规定的配置范围;能够顺畅加油,也能从飞机内按照规定排油。

  分配系统下又有主燃油泵系统、APU燃油泵系统、交输供油系统、发动机LP燃油切断系统、APU LP燃油切断系统这5个子系统。

  ⑴主燃油泵系统:主燃油泵控制燃油的正常供油。

  ⑵APU燃油泵系统:APU燃油泵控制燃油传输到APU。

  ⑶交输供油系统:交输供油控制机翼油箱向发动机供油和左右机翼油箱之间的燃油传输。

  ⑷发动机LP燃油切断系统:燃油压力过低时切断燃油向发动机的供给。

  ⑸加油/放油系统:控制飞机的加油和放油。

  ⑹APULP燃油切断:燃油压力过低时切断燃油向APU的供给。

  3.2.3指示系统

  指示系统:指示系统提供单独的和合计的燃油油量指示;当飞机在地面时用来估算燃油油量;当燃油处在特定油位时能够发出指示和警告;测量燃油温度,当燃油温度达到规定温度时提供连续的温度指示和警告。

  指示系统下又有数量指示系统、磁极指示器系统、油箱油量传感器系统这3个子系统。

  ⑴数量指示:提供单独的和合计的燃油油量指示。

  ⑵磁级指示器:不需要使用电源,进行统计换算燃油油量。

  ⑶油箱油量传感器:监控左右机翼通气油箱、左右机翼油箱、中央油箱燃油油位,实时将燃油量反映到驾驶舱。

  3.3本章小结

  按照FMEA分析的步骤,本章介绍了被分析对象的系统功能,对被分析对象进行概括总结。本章首先概括性的阐述了燃油系统的功能地位。之后依据飞机手册给出燃油系统系统层次划分,并绘制了系统结构层次图。最后概括性的介绍每一个划分后的系统及其子系统的功能地位。

  第4章民机燃油系统的FMEA分析

  燃油系统是民用航空器中最重要的系统之一。影响民机燃油系统正常工作的因素很多,包括系统的零部件故障、飞行环境恶劣、设计不当以及维修人员的技术操作错误很多方面。因此,民机燃油系统在日常飞行时发生故障的概率很高,一旦其发生故障,将会严重危害正常的飞行安全,造成不可弥补的重大损失。在第二章与第三章中已经重点论述FMEA分析方法与民机燃油系统的功能结构,本章将以一个具体的案例来进行FMEA分析,进而引出整个燃油系统的FMEA分析。

  4.1燃油系统外腔油箱超压保护活门102QM(103QM)故障的FMEA分析

  4.1.1燃油系统通气系统功能和组成

  民用航空器的燃油箱通气系统可以让机身外部空气根据燃油压力变化需要进入民用航空器燃油箱,或从燃油箱排出到机身外部。即为将油箱内部的空气压力保持在与外部的空气压力近似相等的数值,以防止飞机内部环境与外部环境之间出现能够损坏飞机油箱和飞机结构的较大压力差。这一功能可以保证民用航空器燃油箱内部与外部在出现较大压差变化的时候,即在飞机加油或放油期间、飞机爬升或下降期间,燃油系统的储藏系统和分配系统正常工作。民用飞机燃油系统的通气系统的操作是完全自动进行,没有人工控制。燃油系统通气系统部件位置图如图4-1所示:

  图4-1通气系统部件位置图

  4.1.2燃油系统的供油原理和正常燃油传输的工作方式

  飞机的燃油被分别储存在5个油箱中:中央油箱、左机翼内腔油箱、右机翼内腔油箱、左机翼外腔油箱、右机翼外腔油箱。在左右机翼翼尖还设有通气缓冲油箱。发动机的供油正常供油顺序为:开始时先由飞机中央油箱供给燃油,然后由左右机翼内腔油箱供给燃油,最后由左右机翼外腔油箱供给燃油(外腔燃油通过传输活门流入内腔油箱中为发动机供给燃油)。

  4.1.3故障模式分析

  燃油箱的通气主要是为了保证燃油箱不会超压,保证燃油箱能够正常、顺畅的向发动机和辅助动力装置(APU)提供燃油。如通气系统部件位置图所示,燃油系统通气系统组件包括:左右机翼翼尖通气缓冲油箱、通气防护、单项活门、长桁通气管、中央油箱通气管、浮子通气活门、超压保护、过压保护、NACA进气道、维护盖板。

  超压保护的作用是:当通气管路堵塞、发生加油关断故障等造成压力过大时,释放燃油系统油箱压力,防止油箱结构因过高的压力而损坏。其中,左右机翼内/外腔油箱超压保护的作用是:当机翼外腔油箱超过合适压力时,外腔油箱里储存的燃油通过15号翼肋上的超压保护器流入机翼内腔油箱,以保证燃油箱供油顺畅和不因压力过高损坏油箱内部结构;以保证燃油箱供油顺畅和不因压力过高损坏油箱内部结构。

  燃油系统燃油箱的燃油传输方式有正常传输和非正常传输2种方式。以机翼外腔油箱燃油传输进入内腔油箱为例,正常燃油传输模式为:相关人员按照规定顺序通过打开相应控制面板上的相应开关来打开活门实现燃油的正常传输;结束操作后再按照顺序关闭相应开关来结束燃油传输。非正常燃油传输模式(燃油箱燃油压力因为通气系统故障导致过高而超过限制时发生超压保活后的燃油传输模式)为:以机翼外腔油箱发生超压保护为例,机翼外腔油箱发生超压时,超压保护102QM(103QM)开始工作,通过102QM(103QM)将燃油释放到机翼内腔油箱。机翼内外腔油箱之间的燃油运输传送只能通过燃油传输的方式进行。

  机翼外腔油箱超压保护102QM(103QM)两个部件,102QM(103QM)上安装有一个碳薄膜,当机翼外腔压力较高(约在0.69~0.75bar或10.0~11.0psi)时,碳薄膜发生破裂燃油通过102QM(103QM)流入机翼内腔油箱;但是这两个部件都不是单向活门,存在燃油反向流动的可能性,这就造成了潜在故障模式。结合正常燃油传输原理可知燃油在没有任何人工操作打开相应活门的情况下是不会从机翼外腔油箱流入机翼内腔油箱的,所以燃油系统存在一定故障。超压保护装置(102QM、103QM)非正常打开或破损导致机翼外腔油箱和机翼内腔油箱形成一个连通器,燃油将会从燃油油面高的油箱流入燃油油面低的油箱。102QM与103QM故障将导致机翼外腔油箱和机翼内腔之间互通形成非正常燃油传输,造成燃油系统供油不畅;可能造成机翼内腔油箱压力过低,影响燃油正常供给到发动机,降低推力。无论什么后果都最终威胁飞行安全。结合风险度优先数法,102QM与103QM故障,最终可能会造成人员伤亡、民用飞机坠毁、重大的经济财产损失、环境破坏等危害,故严酷度等级(ESR)选取10;又因为此故障模式发生概率较低,所以故障模式发生概率等级(OPR)选取2;最后因为两个活门均为机械结构,活门故障不会产生警告信息,活门位置隐蔽出现故障很难发现,所以探测难度等级(DDR)选取5;最终计算故障模式影响危害性RPN值如式4-1所示:

  (4-1)

  最终生成燃油系统外腔油箱超压保护活门102QM(103QM)FMEA分析表如表4-1所示:

  表4-1燃油系统外腔油箱超压保护活门102QM(103QM)FMEA分析表

  子系统名称功能故障模式故障原因系统影响ESR OPR DDR RPN预防或改进措施

  油箱通气系统机翼油箱的超压保护机翼外腔油箱与机翼内腔油箱的非正常串油102QM(103QM)故障造成燃油系统供油不畅,影响燃油正常供给到发动机;可能造成机翼内腔油箱压力过大导致机翼内腔油箱超压保护打开将燃油排除机身外,浪费燃油或过度放油,威胁飞行安全10 2 5 100建议工作人员工作时留意教师舱警告信息,做到及时准确排故维修或者定期检查

  4.2燃油系统的FMEA综合分析

  依据FMEA分析的分析流程和RPN法的评估方法对民机燃油系统其他子系统分别进行了FMEA分析和风险度评估,输出了各子系统当中子子系统的子部件可能存在的潜在故障模式的功能、故障模式、故障原因、系统影响、ESR、OPR、RPN、预防或改进措施,绘制了FMEA分析表。选取燃油储藏子系统的潜在故障模式绘制在了表4-2燃油储藏子系统FMEA分析表中,选取燃油分配子系统的潜在故障模式绘制在了表4-3燃油分配子系统的FMEA分析表中,选取燃油指示子系统的潜在故障模式绘制在了表4-4燃油指示子系统FMEA分析表中。各表如下:

  表4-2燃油储藏子系统FMEA分析表

  子系统名称功能故障模式故障原因系统影响ESR OPR DDR RPN预防或改进措施

  油箱系统传输燃油,确保主燃油泵内有燃油燃油进入R1B2外侧,主燃油泵内没有燃油或燃油量低于规定值瓣状活门损坏供油不畅,燃油倒流5 5 7 175定期检查燃油管路,关注驾驶舱发动机控制面板相关信息

  油箱系统飞行时排除燃油中的水分,维护时排出燃油燃油中混有水分,维护时燃油排出故障排放活门损坏、故障燃油不纯,含有杂质,影响燃油在发动机内燃烧,影响飞机推力3 2 8 48定期检查燃油管路,关注驾驶舱发动机控制面板相关信息

  油箱通气系统发生地面火灾时,能保护通气系统不会失火;保证空气双向自由流通、防止结冰飞机外部失火,通气系统失火或通气系统空气流动不顺畅,结冰通风口保护器(48QM、49QM)损坏、故障火灾、通气系统故障10 3 8 240定期检查燃油管路

  油箱通气系统确保通气波动油箱内压力不大于限定值通气波动油箱压力大于限定值通气波动油箱过压保护器(46、47QM)故障、损坏通气波动油箱压力过大,供油不畅,影响发动机提供推力3 4 3 36定期检查燃油管路,关注驾驶舱控制面板警告信息

  油箱通气系统中央油箱的超压保护中央油箱与左机翼内腔油箱的非正常串油超压保护96QM故障造成左右机翼油箱燃油量不平衡,影响正常油箱通气,造成燃油供给发动机不顺畅,威胁飞行安全10 2 5 100建议机务工作时留意教师舱警告信息,及时准确排故维修或者定期检查

  表4-2燃油储藏子系统FMEA分析表(续)

  子系统名称功能故障模式故障原因系统影响ESR OPR DDR RPN预防或改进措施

  油箱通气系统中央油箱的超压保护中央油箱与右机翼内腔油箱的非正常串油释压压保护97QM故障造成左右机翼油箱燃油量不平衡,影响正常油箱通气,造成燃油供给发动机不顺畅,威胁飞行安全10 2 5 100建议工作人员工作时留意教师舱警告信息,做到及时准确排故维修或者定期检查

  油箱通气系统机翼油箱的超压保护机翼外腔油箱与机翼内腔油箱的非正常串油外腔油箱超压保护102QM(103QM)故障造成燃油系统供油不畅,影响燃油正常供给到发动机;可能造成机翼内腔油箱压力过大导致机翼内腔油箱超压保护打开将燃油排除机身外,浪费燃油或过度放油,威胁飞行安全10 2 5 100建议工作人员工作时留意教师舱警告信息,做到及时准确排故维修或者定期检查

  油箱通气系统保证燃油从油箱进入通气系统并能回到相应的油箱燃油无法进入通气系统或进入通气系统的燃油无法回到原油箱单向活门故障导致油箱压力异常,供油不畅,影响发动机提供推力3 2 3 18关注驾驶舱相关压力控制面板警告信息

  中央油箱外部通气系统为中央油箱提供压力平衡中央油箱压力,防止中央油箱结构因压力变化损坏中央油箱总的压力过低;中央油箱总压力过高,燃油压力过低外部通气管路堵塞或故障中央油箱压力低于外部环境结构损坏;中央油箱燃油压力过低影响正常的燃油供给;发动机供油压力过低导致推力下降破坏飞机正常飞行升力5 2 3 30定期检查燃油管路,关注驾驶舱相关压力控制面板警告信息

  表4-2燃油储藏子系统FMEA分析表(续)

  子系统名称功能故障模式故障原因系统影响ESR OPR DDR RPN预防或改进措施

  中央油箱外部通气系统排出中央油箱燃油杂质、空气燃油中杂质无法排出,空气无法排出排放管路堵塞或故障影响发动机燃油供给、油箱压力过大造成结构损坏6 2 3 36定期检查燃油管路,关注驾驶舱相关压力控制面板警告信息

  内组油箱传输系统实现机翼外腔油箱与内腔油箱之间的燃油传输机翼外腔油箱有燃油流入,但外腔油箱内没有储存的燃油内组油箱传输活门27QM(20QM)故障机翼油箱的通气系统功能失效,影响燃油箱的压力平衡,阻碍正常的燃油供给5 3 5 75定期检查燃油管路,关注驾驶舱相关压力控制面板警告信息

  内组油箱传输系统实现机翼外腔油箱与内腔油箱之间的燃油传输机翼外腔油箱有燃油流入,但外腔油箱内没有储存的燃油或机翼外腔油箱超压保护打开内组油箱传输活门作动筒9QP(10QP)、11QP(12QP)故障机翼油箱的通气系统功能失效,影响燃油箱的压力平衡,阻碍正常的燃油供给5 2 3 30定期检查燃油管路,关注驾驶舱相关压力控制面板警告信息

  内组油箱传输活门传动轴70QM(72QM)、71QM(73QM)故障5 3 3 45定期检查燃油管路,关注驾驶舱相关压力控制面板警告信息

  表4-2燃油储藏子系统FMEA分析表(续)

  子系统名称功能故障模式故障原因系统影响ESR OPR DDR RPN预防或改进措施

  燃油再循环-冷却子系统在循环系统不工作时,关闭此活门以防止燃油从机翼油箱流入发动机在中央油箱供油时,机翼油箱也有燃油流入发动机再循环单项活门122QM(123QM)故障造成机翼油箱燃油压力减小,影响发动机的正常供油5 5 2 50定期检查燃油管路,关注驾驶舱相关控制面板警告信息

  燃油再循环-冷却子系统保持再循环管道内的压力为规定值,以防止管道内高温燃油沸腾管道内高温燃油沸腾再循环压力保持活门124QM(125QM)燃油沸腾,存在燃油爆炸的风险10 3 5 150定期检查燃油管路

  表4-3燃油分配子系统FMEA分析表

  子系统名称功能故障模式故障原因系统影响ESR OPR DDR RPN预防或改进措施

  主燃油泵子系统给发动机提供燃油发动机停车熄火燃油泵21QA(22QA)、25QA(26QA)、37QA(38QA)故障发动机熄火停车,飞行时严重危害人员生命财产安全10 5 4 200定期检查燃油管路,清洁燃油管路,更换燃油管路组件

  APU燃油泵子系统给APU供油APU不工作APU燃油输油管故障APU无法正常工作,影响飞行安全6 3 3 54定期检查燃油管路,清洁燃油管路,更换燃油管路组件

  交输供油子系统保证左右机翼油箱的供油管道在需要时连接,燃油可以从任何一个机翼油箱供给给发动机左右机翼油箱燃油供油管路没有相连交输活门10QM故障在需要时,燃油无法从任何一个机翼油箱供给发动机,影响发动机的正常工作,威胁飞行安全9 5 2 90定期检查燃油管路,清洁燃油管路,更换燃油管路组件

  发动机LP燃油关断子系统当燃油压力过低时关闭保护发动机燃油压力过低,燃油却持续流入发动机LP燃油活门12QM(13QM)故障造成发动机低油压或无燃油空转,损伤发动机,影响飞行安全8 3 2 48定期检查燃油管路,清洁燃油管路,更换燃油管路组件

  加油/放油子系统将主燃油泵系统和加油管路连接起来,保证燃油在燃油之间的传输;与加/放油接头相连,保证燃油在需要时可以排出燃油无法从一个油箱传输到另外一个油箱;燃油在选择排出的情况下油箱压力不会降低加油/传输活门(11QM)故障燃油箱之间无法平衡,影响飞机重心,加大飞机操作难度,威胁飞行安全;燃油在需要时无法从油箱中排出,燃油箱压力无法释放,损伤油箱结构8 5 2 80定期检查燃油管路,清洁燃油管路,更换燃油管路组件

  表4-3燃油分配子系统FMEA分析表(续)

  子系统名称功能故障模式故障原因系统影响ESR OPR DDR RPN预防或改进措施

  APU LP燃油关断子系统隔开发动机供油管路和APU供油管路,保护燃油系统燃油压力过低,燃油还在持续供给APU LP燃油关断活门14QM在遇到突发危险时,无法切断燃油供给,存在燃油失火爆炸的风险,危害飞行安全10 2 8 160定期检查燃油管路,清洁燃油管路,更换燃油管路组件

  表4-4燃油指示子系统FMEA分析表

  子系统名称功能故障模式故障原因系统影响ESR OPR DDR RPN预防或改进措施

  数量指示子系统FQIC能够控制FQI系统,综合监测燃油系统各燃油箱油量计算机监控显示与实际不符燃油油量指示计算机(FQIC)3QT故障呈现与实际不符的监控、警告信息,误导相关人员的正常操作,可能影响正常的飞行安全10 3 3 90关注驾驶舱警告信息,比对直接测量和驾驶舱面板数据

  数量指示子系统直接探测每个燃油箱燃油量油量监测与实际油量不符燃油探头21QT1(21QT2)到34QT1(34QT2)、35QT到39QT呈现与实际不符的监控、警告信息,误导相关人员的正常操作,可能影响正常的飞行安全10 2 2 40关注驾驶舱警告信息,比对直接测量和驾驶舱面板数据

  磁性油尺子系统人工测量左右机翼油箱和中央油箱的燃油量油量测量与实际油量不符人工磁性油尺MMI故障呈现与实际不符的数据,误导操作人员的正常操作,可能影响正常的飞行安全10 3 3 90关注驾驶舱警告信息,比对直接测量和驾驶舱面板数据

  油箱油量传感器子系统实时监控燃油油量传递信号给自动控制或人工控制面板燃油箱油量超过/低于规定范围,自动控制不工作或不给相关人员报警高/低油位传感器故障影响燃油系统的自动控制,使自动系统无法正常工作,引起一系列连锁反应,威胁飞行安全10 3 4 120关注驾驶舱警告信息,比对直接测量和驾驶舱面板数据

  油箱油量传感器子系统监控燃油量满油与空油燃油量过多或不足显示符合规定满/未满油位传感器携带过量或不足的燃油起飞,造成燃油浪费或发动机缺油空中停车,威胁飞行安全10 1 2 20关注驾驶舱警告信息,比对直接测量和驾驶舱面板数据

  油箱油量传感器子系统监控燃油温度监测油温过高不报警温度传感器故障燃油温度过高,超过燃点容易点燃引发爆炸,严重威胁飞行安全10 2 2 40关注驾驶舱警告信息