飛機氣體大流量電控活門測試系統的設計

李躍東，程明學

(空軍第一航空學院，河南 信陽 464000)

1 前言

隨著我國航空工業的跨越式的發展，飛機及機載系統組成越來越復雜。而計算機及精密集成電路的大量運用，對飛機環境控制系統又提出了更高的要求。高壓除水，升壓式大流量環控系統，就是為了極大地滿足飛機座艙環境和電子設備通風冷卻的需求而設計的。但是復雜系統的可靠性是靠組成該系統的每一個部附件的正常工作做保證的。為了保證飛機環境控制系統的可靠運行，確保飛機的安全，我們設計制造了“飛機氣體大流量電控活門測試系統”，用于飛機大修廠對飛機氣體大流量電控活門地面測試與修理，以保證安裝到飛機上的每一個部附件都是合格產品。

2 測試系統組成與工作原理

2.1 系統組成

飛機環控系統中氣體大流量電控活門(包括電磁活門)很多，流過活門的流量、壓力范圍廣，要求測試的參數也多。根據產品對測試系統的要求，設計的測試系統主要由計算機自動完成測試工況的建立，按要求進行產品的磨合試驗、性能測試及狀態的判斷。為了適應測試工況，根據要求，結合氣壓傳動設計特點，設計的相應測試系統氣壓傳動原理圖如圖 1所示。

整個測試系統由氣源、控制臺、測試臺 3大部分組成，如圖 2所示。各組成部分之間功能相對獨立，可分開放置，以方便隔音、降噪。組成和工作上相互聯系、相輔相成?！翱刂婆_”對“氣源”、“測試臺”進行集中控制、數據采集及處理。

圖1 氣壓傳動原理圖

圖2 控制原理圖

1)氣源

根據飛機環控系統中氣體大流量電控活門《技術條件》和《試驗大綱》對測試系統的要求：系統要能提供最大流量 900 kg/h，連續 20分鐘的干燥、潔凈高壓氣體以便由計算機自動完成測試工況的建立。

采用充氣、儲氣與放氣分時進行的方法來設計氣源，從而解決了由于連續供氣，導致氣源體積龐大，功耗過高的問題。其主要由空氣壓縮機、空氣凈化器、空氣干燥器及儲氣裝置 4部分組成，用來向系統提供高壓大流量氣體。

2)控制臺

中央控制臺是整個實驗臺的核心，主要用于安裝計算機主機、外設(顯示器、打印機等)、板卡、各種數字量儀表(壓力、流量、電壓、電流)及測試臺狀態指示燈(電源，活門打開、關閉)。具有三大主要功能：一是對氣源進行遠程控制與監測;二是對實驗臺系統參量進行控制調節;三是對附件性能進行測試。

3)測試臺

測試臺是針對高壓大流量氣壓附件性能測試而設計的，主要有為完成測試工況的建立而設置的各類閥與控制壓力、流量控制活門、氣動減壓閥與電動定位器、電動閥、電動插板閥;為保證各電控活門快速裝夾而設計的安裝工位、通用夾具、通用插座。為進行加載反饋與參數測量而配置有壓力、流量傳感器等。

2.2 系統工作原理

測試前，按要求利用通用夾具把被測電控活門快速裝夾測試工位上，連接好測試電纜。打開計算機進入測試系統，計算機自檢后上電，進入測試選擇界面。用鼠標點選被測附件的牌號，然后進行測試選項，系統自動進入測試界面。計算機此時自動啟動氣源空壓機，并對氣源部分進行自動監控。當集氣罐氣壓達到3.5MPa時(大約 30 min)，計算機自動打開電動閥向測試管路供氣，并通過蜂鳴器與提示框提醒操作員通過減壓閥可調螺桿設定被側活門所需加載氣壓。設定完畢回車后，計算機通過 PID運算，自動調節被測活門后電動插板閥的開度，控制所需加載流量，以滿足被測活門測試需求。然后計算機按測試選項，自動完成產品磨合測試與性能測試。測試完畢，自動生成測試報表后停機。

3 主要解決的技術問題

3.1 通用快速安裝夾具的設計

飛機環控系統中氣體大流量電控活門很多，通徑大小各不相同。為了滿足通用裝夾和測試系統綜合化的要求，我們研制了通用夾具。在活門進出口為適應各類電控氣壓活門不同的通徑，設計了與被測活門對應、可快速更換的接口;另外，在活門出口的管路上，根據氣動作動筒原理設計了緊夾具，利用調節合理的氣壓給活門一適當的壓緊力，既不會破壞被修理后活門的接口，又可保證被測活門的快速裝夾和密封及管路的軸向膨脹。

3.2 系統氣體壓力與流量控制方案

根據環控大流量氣壓附件《技術條件》、《試驗大綱》及相關對于電控活門類測試要求：在不同的特定壓力、流量及電壓條件下，對電控活門的工作電流，開、閉工作時間測試。俗話說“簡單的，就是最好的”，面對氣壓(0.05～1 MPa)、流量(100～2300 kg/h)寬廣的氣體壓力與流量需求范圍，我們對所需氣體壓力、流量范圍進行仔細分析后，采用分路、逐級減壓方式由計算機自動對氣體壓力進行精確控制;利用氣體流量計，由計算機對備壓電動插板閥進行 PID控制，以完成對氣體流量的控制。

3.3 活門開閉時間的計時

對于電控活門開閉過程的計時時間：采用記錄計算機系統時間的方式進行，不僅滿足測試精度要求，又簡化了系統設計，提高了費效比。

對于電磁閥類活門打開、關閉時間的測定，我們利用測試此類閥門出口壓力變化，測算出門的打開、關閉時間。

4 軟件設計

本系統的軟件設計主要包括軟件界面設計、硬件控制模塊、數據采集模塊和結果處理模塊。軟件界面設計是在 WINDOWS2000環境下用 CVI5.0開發設計。Lab Windows/CVI是基于標準 C語言的可視化、交互化開發工具，適用于自動控制、自動測試和信號處理的軟件開發。它具有較好的硬件控制和數據處理能力。數據采集及處理包括：采集數據的轉化、濾波、壞值的剔除，完成 PID控制策略。

5 結論

該測試系統的研制，成功地解決了軍用飛機修理廠對飛機環控系統大流量電控氣壓附件的修理后的測試難的問題，滿足了工廠修理測試的要求。測試結果證明：該系統各項技術指標均達到規定的設計要求，具有自動化程度高，運行穩定、可靠，抗干擾能力強等優點。該測試系統可以在其它飛機修理工廠推廣應用，對提高軍用飛機修理廠的修理能力有著重要的意義。

[1] 趙中林.氣動技術[M].山東：山東大學出版社，1991.

[2] 《氣動工程手冊》編委會.氣動工程手冊[M].北京：國際工業出版社，1995.

[3] 黃榮富，朱榮生，顧宏余.液壓設備故障診斷專家系統的研究[J].液壓與氣動，2003，(7)：46-48.

[4] 汝少明，等.殲強飛機構造學[M].北京：海潮出版社，2006.