大容積氣密強度試驗多充氣臺多通道控制充放氣技術

焦麗娟

摘 要：隨著我國大型運輸機和大型客機的研制，在對大容積飛機結構進行氣密強度試驗時，單個充氣臺由于流量較小，造成充放氣過程速度慢，誤差大。文章對多充氣臺聯合充放氣技術進行了研究，采用多個控制通道同時對多充氣臺進行充放氣控制，有效縮短了充放氣時間。同時，多個氣壓傳感器實時反饋各部位氣壓值，使氣密艙在短時間內達到氣壓均勻。試驗驗證結果表明，該方法能有效解決因氣密艙容積大而導致的充壓點加載速度慢的問題，并降低試驗的危險性。

關鍵詞：氣密強度試驗；多充氣臺多通道；充放氣技術

中圖分類號：V216.14 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）32-0008-03

Abstract： With the development of large transport aircraft and large passenger aircraft in our country， in the airtight strength test of the large-volume aircraft structure， the flow rate of a single aerator is relatively small， which results in a slow filling and discharging process with a large error. In this paper， the technology of combined charge and release of gas is studied. Multiple control channels are used to control the charge and release of gas at the same time， and the time of charge and release is effectively shortened. At the same time， a number of pressure sensors feed back the pressure value of each part in real time， so that the air pressure is uniform in the airtight cabin in a short period of time. The experimental results show that the method can effectively solve the problem of slow loading speed caused by the large volume of the airtight cabin and reduce the risk of the test.

Keywords： airtight strength test； multi-inflator and multi-channel； gas filling/discharging technology

引言

根據《軍用飛機結構強度規范》，在飛機結構強度試驗中，氣密強度試驗是關鍵試驗之一，其目的是驗證機身氣密增壓艙、油箱、駕駛艙等部件的結構強度。氣密強度試驗具有很大的風險性，要選擇合適的充氣臺、充氣管路、傳感器、儀表，設置合理的控制參數，才能保證試驗的安全和可靠。

對于小型飛機小容積氣密艙氣密強度試驗，如駕駛艙、油箱、進氣道等部件氣密強度試驗，通常采用單充氣臺單通道控制的方法對氣密艙充壓，并配備應急按鈕、觸點壓力表、精密壓力表等一系列保護措施，試驗加載穩定，具有一定的可靠性。但是對于大型飛機大容積氣密艙氣密強度試驗，由于其飛機體積和氣密強度均較大，單充氣臺單通道的控制方法因單個充氣臺的局限性，就無法保證充壓的時間，甚至無法保證充壓載荷。因此為了滿足大容積氣密艙氣密強度試驗的需求，需將多臺充氣臺聯合起來同時向氣密艙充氣。

對于多充氣臺聯合充氣，中國飛機強度研究所高利娃等人將兩個充氣臺的內部電路進行并聯，在充氣過程中，兩臺充氣臺由同一路控制通道的伺服閥電流來控制充氣閥的開口大小，即兩臺充氣臺按照同步指令進行充氣，該方法有效的增大了充氣過程中的充氣量。但是單通道（一個命令一個傳感器反饋）控制多個充氣臺從多個部位對氣密艙進行充壓，其反饋來自氣密艙局部單個氣壓傳感器，充氣臺同時進行一個動作（充/放氣），該方法縮短了充氣時間，但不能保證氣密艙在短時間內達到氣壓均勻，具有一定的風險性，因此本文對多充氣臺多通道控制并聯充放氣技術進行研究和驗證。多充氣臺多通道控制并聯充放氣方法中，各充氣臺采用同一載荷譜，即各充氣臺執行同一命令，但是各充氣臺的反饋來自各通道所控制充氣臺的位于氣密艙不同部位氣壓傳感器的反饋值，由于控制系統采用的是誤差控制，即根據命令和反饋的誤差值來輸出各控制通道的伺服閥電流以調節各充氣臺充氣閥開口大小，因此該方法既提高了充氣過程中的充氣量，又能使大容積氣密艙內的各處氣壓值保持均勻，提高了試驗效率。

1 多充氣臺多通道控制充放氣方法

在氣密強度試驗中，充放氣系統由空壓站、充氣臺、控制系統、氣密艙和連接管路組成。空壓站為充氣臺提供0.8Mpa的氣源壓力，空壓站通過管路與充氣臺連接。控制系統根據當前控制通道命令值和氣壓傳感器測得的氣密艙壓力反饋值控制充氣臺的充放氣，充氣臺通過管路與氣密艙連接。

多充氣臺多通道控制并聯方法，即通過多通道（一個命令多個傳感器反饋）控制多個充氣臺從多個不同部位對氣密艙進行充壓，具體實施方案如圖1所示。反饋來自氣密艙多個不同部位氣壓傳感器，每個通道控制對應的充氣臺進行充/放氣動作，相互獨立，互不干涉，保證氣密艙在短時間內達到充壓載荷。

2 試驗驗證

在某型飛機后機身氣密艙進行了驗證試驗，分別采用單充氣臺單通道控制使用和兩個充氣臺兩個通道并聯控制使用兩種方法進行氣密試驗。該型飛機后機身氣密容積約240m3，包括貨艙和設備艙，兩個艙通過地板上若干個孔相通，試驗時該氣密艙內無任何填充物。

2.1 試驗方法

在氣密艙前氣密端框設置2個充氣口，1個布置在貨艙地板上面，1個布置在貨艙地板下面，并行充壓。在氣密艙地板上面，試驗件左側遠離充氣口的部位設置有2個反饋口，1個接氣壓傳感器和精密壓力表，1個接觸點壓力表，試驗件右側遠離充氣口的部位設置有1個反饋口，接氣壓傳感器和精密壓力表，如圖2所示。

2.2 試驗設備

本次驗證試驗所用試驗設備如表1所示。

2.3 試驗過程

試驗時分別按照表2中的三種情況以5kPa增量從0載逐級加載，加載過程中記錄氣壓傳感器反饋、加載至每級載荷時所用時間。當加載至30kPa后，按5kPa遞減逐級卸載，卸載過程中記錄氣壓傳感器反饋及卸載至每級載荷時所用時間。

2.4 試驗結果

試驗結果詳見表3，從表中可以看出，加載誤差小于1%。對比3次試驗結果，可以得出：

（1）通道1氣壓傳感器1與通道2氣壓傳感器2反饋差值較小，可以判斷氣密艙內氣壓均勻。

（2）1#充氣臺性能優于2#充氣臺，等氣源壓力等容積氣密艙充壓，1#充氣臺所需時間較短。

（3）同一個氣密艙，兩個充氣臺兩個通道控制并聯使用不受充氣臺本身性能優劣太大的影響。

（4）同一個氣密艙，兩個充氣臺兩個通道控制并聯使用，加載協調性較好，充/放氣基本同步，充壓所需時間較短，輸出功率大于單充氣臺單通道控制輸出功率。

3 結束語

通過試驗驗證，兩個充氣臺兩個通道控制并聯使用的輸出功率、穩定性及可靠性高于單個充氣臺單個通道控制使用，技術方法可行。依照此技術方法的基本原理，可推廣至多充氣臺多通道控制并聯使用，可有效解決大流量快速充放氣的要求，加大充放氣流量，減少大容積氣密艙充放氣時間，解決因氣密艙容積大而導致充壓點與作動筒加載點跟隨性差的問題，并降低試驗的危險性。

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