民用飛機燃油切斷閥在轉子爆破的保護設計

何特

【摘 要】本文針對民用飛機燃油切斷閥在轉子爆破事件下的保護設計問題先闡述了基本背景和設計困難，然后針對此困難提出了三種不同的設計方案，并逐一分析了每種方案的原理、特點以及優缺點，對燃油切斷閥的保護設計具有一定的指導意義。

【關鍵詞】民用飛機；切斷閥；轉子爆破；余度

0 概述

目前，民用飛機上應用最廣泛的發動機安裝形式是翼吊形式，主要優點是：發動機重量更靠近全機重心，減小全機重量配平困難；發動機重量對機翼減載作用，減輕結構重量；發動機的進氣和噴流遠離機體；降低發動機失效時對機翼整體油箱產生的風險；便于發動機安裝和維修[1]。

為了保證在發動機發生火情或需要切斷發動機供油的情況下可以切斷發動機供油，需針對所有供油系統上均設置燃油切斷閥。民用飛機的油箱通常布置在機翼前后梁之間，采用整體油箱的形式[2]，故燃油切斷閥通常位于油箱所在的機翼后梁到發動機之間的區域。大多數民用飛機的電源配電中心均位于機身前端，因此對于翼吊形式的民用飛機來說，燃油切斷閥的供電線路必須要經過發動機的轉子爆破區域。

民機發動機轉子爆破是由于渦輪發動機損壞產生高速、高能量的碎片，這些碎片能夠穿透鄰近結構、燃油箱、機身、系統設備以及飛機上其他的發動機等，對飛行安全造成極大風險[3]。

當民用飛機發動機發生轉子爆破時，高速沖擊的碎片則有可能打斷經過了轉子爆破區域的燃油切斷閥供電線路。因為多種民用飛機機種每一側發動機均只有一個燃油切斷電動閥（下文的切斷閥均指燃油切斷電動閥），如果民用飛機一側發動機轉子爆破導致的線路失效即可造成燃油切斷功能失效，則有可能造成“發動機著火時不能切斷相應發動機供油”，引發災難級事故。因此，為了避免此單個事件引發災難級事故，燃油切斷閥的供電線路需要進行余度設計，此外，還需考慮以下因素，進一步加大了燃油切斷閥供電線路的設計難度：

1）轉子爆破打斷的供電線路存在懸空和接地的兩種可能性；

2）防火手柄對燃油切斷閥控制的較高優先級；

3）互為余度的線路之間的隔離；

4）安全性，維護性，可靠性，經濟性。

針對以上要求，提出以下幾種設計方案，幾種方案的共同點是雙路供電（供電余度），雙路線路（線路余度）。

1 方案一：單路防火手柄控制方案

此方案的特點是防火手柄為單路開關，除防火手柄外，還有一個控制開關和繼電器進行控制。

繼電器輸出為切斷閥打開和切斷兩種邏輯，由控制開關進行控制。防火手柄的高優先級切斷線路可不經繼電器直接將切斷閥切斷。繼電器控制的切斷線路和防火手柄的高優先級切斷線路（如圖1中的線路1和2）分別位于飛機兩側作為左右雙余度。此處說明，飛機兩側發動機均發生轉子爆破的概率極低且本身就是災難級事件，不在本文的考慮范圍之內。

當發生轉子爆破將切斷閥切斷線路打斷（如圖1中線路1或2打斷）時，若打斷后懸空，則另一路可以正常供電給切斷閥進行切斷；若打斷后搭接到金屬結構上，則可能造成電源直接對地，另一路也無法給切斷閥供電切斷，造成災難級事件。

方案優點：控制邏輯簡單，出現故障時，找出故障原因和故障點較快，排除故障簡單，元器件和線路數量少，成本和重量低，維修性好。

方案缺點：若打斷線路搭接到金屬結構上，則存在災難級事件風險。

為了避免此災難級事件，可采取絕緣措施降低事件概率。為了徹底避免此類事件，切斷閥的雙余度切斷線路應不允許直接接在一起。

2 方案二：雙繼電器控制方案

此方案防火手柄為雙路開關，除此之外，還利用兩個控制繼電器形成了復雜的控制邏輯，繼電器2需采用延時繼電器。

正常情況下，防火手柄打在下端，切斷閥打開。需切斷時，將防火手柄打到上端，電源經繼電器2給切斷閥供電，同時給繼電器1線圈供電，使防火手柄切斷線路斷開。如圖1所示線路1和2一起與線路3構成左右雙余度。

當線路3一側發生轉子爆破時，將防火手柄打到上端，若線路3被打斷，打斷后無論是懸空或者接地，因為線路1和2正常，繼電器1和2線圈均得電，電源經線路2和繼電器2給切斷閥正常供電切斷。

當線路1和2一側發生轉子爆破時，將防火手柄打到上端，此時可分為以下幾種情況：（1）僅線路2打斷或線路1和2均被打斷，打斷后無論懸空或接地，此時繼電器1和2均失電，電源經線路3以及繼電器1和2給切斷閥正常供電切斷；（2）僅線路1打斷，且打斷后懸空，此時線路2正常，繼電器2得電，電源經線路2和繼電器2給切斷閥正常供電切斷；（3）僅線路1打斷，打斷后接地，因為繼電器2線圈和線路1均接地，此時繼電器2將失穩，將處于上下跳的狀態，因為繼電器2采用延時繼電器，若使用可快速切斷的電機作為切斷閥，在繼電器延時時間段內切斷閥可切斷，則可順利實現切斷功能。

方案優點：使用延時繼電器和可快速切斷的電機，可在僅增加一個繼電器的情況下，有效避免災難級事件的發生。

方案缺點：控制邏輯復雜，出現故障時，找出故障原因和故障點困難，成本和重量較大。

3 方案三：二極管防接地方案

此方案防火手柄為雙路開關并增加了一個控制開關，方案思路與方案一有相似之處，但在兩切斷線路均經過一個二極管之后才接到一起。

正常情況下，防火手柄和控制開關均打在上端，切斷閥打開?？刂崎_關或防火手柄打到下端時，切斷閥切斷。線路1和2形成左右雙余度。

發生轉子爆破時，若線路1或2打斷懸空，另一路可正常切斷；若線路1或2打斷后搭接到金屬結構上接地，因為二極管的防逆流功能，另一路也可正常切斷。

此方案原理簡單，且能較好地避免災難級事件，二極管的安裝存在以下幾種可能：（1）將二極管集成到線束中，這種方案將造成飛機的維修性極差，二極管損壞時維修不便，可能需要破壞線束更換二極管或更換整個線束，因此這種方案是不可接受的。（2）若將二極管集成到設備中，此時須保證設備的整體安全性滿足要求，且在二極管損壞時需打開設備更換二極管或更換整個設備，會降低維修性，提高維修成本；（3）若采用單獨的二極管設備，則需在機上適當位置安裝，對于多個民用飛機機種，轉子爆破區域后部沒有電設備艙，此時這種方案不適用，且使用二極管可能會提高更換頻度，降低維修性。

方案優點：控制邏輯簡單，出現故障時，找出故障原因和故障點較快，且能有效避免災難級事件。

方案缺點：可能會降低維修性，提高維修成本。

4 結論

針對民用飛機燃油切斷閥在轉子爆破事件下的保護設計，方案一控制邏輯最簡單，排除故障簡單高效，成本和重量低，維修性好，但可能存在災難級事件風險；方案二采用延時繼電器和可快速切斷的電機，可有效避免災難級事件，但控制邏輯復雜，排查故障原因和故障點困難，成本和重量較大；方案三控制邏輯簡單，排除故障簡單高效，可有效避免災難級事件，但維修性差，維修成本高。

【參考文獻】

[1]趙秀峰，譚申剛，沈威，李永福.翼吊式發動機安裝設計綜述[J].航空工程進展，2013，8，4（3）.

[2]趙俊輝.民用飛機采用不同油箱分離面對重量重心的影響[J].民用飛機設計與研究，2013（3）.

[3]梁磊.民機發動機轉子爆破安全性設計與分析方法[J].科技視界，2014（15）.

[責任編輯：王偉平]

強化民主管理，就是要建立一整套科學、規范和完善的民主管理運行機制，以民主管理推進整體工作。一是，要進一步完善“教代會”、“職代會”制度，使“教代會”、“職代會”真正成為反映廣大教職工訴求、凝聚廣大教職工人心的可靠平臺。學校重大事項應當依法通過“教代會”、“職代會”決策，涉及教職工切身利益的重大問題，都必須通過“教代會”、“職代會”討論表決通過。要提升工會和教代會的影響力，促進依法治校的制度約束，提高依法依規管理工會的能力和水平，發揮工會維護教職工權益的作用。二是，完善校務公開制度。校務公開是教職工代表大會在閉會期間教職工行使民主權利的有效形式，能夠促進教職工代表大會制度的完善、鞏固和提高。

推進高校工會法治化建設是實現依法治國對工會工作的必然要求，也是維護教職工合法權益的必然要求。隨著我國法治化建設進程的不斷加快，運用法治思維和法治方式解決問題、處理矛盾已成為社會發展的必然。因此，工會組織一定要在工作中始終貫徹這一指導思想，樹立依法維權、依法履職的觀念，切實維護廣大教職工的合法權益。

【參考文獻】

[1]黃羨琳.論“工會法治化”的中國特色社會主義工會制度發展新途徑[J].社會保障研究，2011（5）.

[2]《中華人民共和國工會法》第2條規定：“中華全國總工會及其各工會組織代表職工的利益，依法維護職工的合法權益?！薄皡⑴c協調勞動關系和調解勞動爭議，與企業、事業單位行政方面建立協商制度，協商解決涉及職工切身利益問題。幫助和指導職工與企業、事業單位行政方面簽訂和履行勞動合同，代表職工與企業、事業單位行政方面簽訂集體合同或者其他專項協議，并監督執行?！?/p>

[3]《中國工會章程》第28條規定：“參與協調勞動關系和調解勞動爭議，與企業、事業單位行政方面建立協商制度，協商解決涉及職工切身利益問題。幫助和指導職工與企業、事業單位行政方面簽訂和履行勞動合同，代表職工與企業、事業單位行政方面簽訂集體合同或者其他專項協議，并監督執行?！?/p>

[4]《工會法》第14條：“中華全國總工會、地方總工會、產業工會具有社會團體法人資格?；鶎庸M織具備民法通則規定的法人條件的，依法取得社會團體法人資格?！?/p>

[5]《工會法》第六條：“維護職工合法權益是工會的基本職責。工會在維護全國人民總體利益的同時，代表和維護職工的合法權益?！?/p>

[責任編輯：王偉平]