一種飛機(jī)用組合閥建壓時(shí)間試驗(yàn)研究 *

王 抓，李艷福，江 澎，秦 平，馬永峰，朱博聞

(1.凱邁(洛陽(yáng))氣源有限公司，河南 洛陽(yáng) 471003； 2.中國(guó)人民解放軍空軍裝備部駐洛陽(yáng)地區(qū)第一軍事代表室，河南 洛陽(yáng) 471009)

0 引 言

組合閥用于飛機(jī)應(yīng)急系統(tǒng)，為飛機(jī)應(yīng)急系統(tǒng)燃料腔提供動(dòng)力，保證飛機(jī)的飛行安全。為了保證組合閥在應(yīng)急系統(tǒng)中的可靠使用，需對(duì)其建壓時(shí)間相關(guān)的技術(shù)要求進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，筆者據(jù)此提出了建壓時(shí)間試驗(yàn)驗(yàn)證的方法，此文通過(guò)對(duì)建壓時(shí)間的理論分析及試驗(yàn)方法的改進(jìn)、完善，解決了組合閥建壓時(shí)間的試驗(yàn)驗(yàn)證問(wèn)題，達(dá)到了建壓時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果與定容器充氣理論符合性的目的，為組合閥的實(shí)際應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 組合閥組成及工作原理

根據(jù)組合閥的相關(guān)技術(shù)要求及需要實(shí)現(xiàn)的功能，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由電磁閥及減壓閥[1-2]組成，通過(guò)兩種閥門的同時(shí)工作，快速實(shí)現(xiàn)組合閥后端壓力的建立，為飛機(jī)應(yīng)急系統(tǒng)燃料腔提供動(dòng)力，保證飛機(jī)飛行安全。

圖1 組合閥組成及工作原理圖

工作原理如圖1，電磁閥控制組合閥前端氣瓶中高壓氣體的通斷，減壓閥對(duì)通過(guò)電磁閥的高壓氣體進(jìn)行減壓，減壓后的氣體快速對(duì)燃料腔進(jìn)行建壓，為燃料的擠出提供動(dòng)力，保證應(yīng)急系統(tǒng)快速響應(yīng)及工作。

2 建壓時(shí)間試驗(yàn)理論分析

為了保證建壓時(shí)間試驗(yàn)的可操作性，根據(jù)圖1中組合閥的工作原理，將燃料腔簡(jiǎn)化為與燃料腔等容積的定容器[4]，通過(guò)組合閥(電磁閥及減壓閥)向燃料腔內(nèi)充氣，燃料腔內(nèi)的壓力和溫度隨著充氣持續(xù)而升高，因充氣較快，熱量來(lái)不及通過(guò)燃料腔向外界傳導(dǎo)，故該建壓過(guò)程可按絕熱過(guò)程處理。

如圖2所示，燃料腔整個(gè)建壓過(guò)程可分為兩個(gè)階段，當(dāng)建壓壓力p≤0.528ps時(shí)，該建壓過(guò)程氣流的速度為聲速流動(dòng)，燃料腔內(nèi)的壓力隨時(shí)間線性變；當(dāng)建壓壓力p>0.528ps時(shí)，因燃料腔內(nèi)氣體壓力越來(lái)越大，壓差越來(lái)越小，建壓速度下降，該過(guò)程變?yōu)閬喡曀倭鲃?dòng)，故燃料腔的壓力隨時(shí)間呈非線性變化。

根據(jù)上述充氣過(guò)程分析，燃料腔建壓至減壓閥輸出端壓力所需的時(shí)間t為：

式中：ps為減壓閥輸出端壓力(絕壓)；p1為燃料腔初始?jí)毫?絕壓)；V為燃料腔容積；S為充氣時(shí)的有效截面積；κ為等熵指數(shù)。

圖2 燃料腔建壓時(shí)間及壓力關(guān)系示意圖

3 建壓時(shí)間試驗(yàn)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

基于上述建壓時(shí)間的理論分析，設(shè)計(jì)了如圖3所示的試驗(yàn)原理圖[3]，為了更好的理解并實(shí)施該試驗(yàn)，下述內(nèi)容是對(duì)該試驗(yàn)原理圖的詳細(xì)說(shuō)明。

(1) 為試驗(yàn)具備可操作性，燃料腔由同等容積的氣瓶2替代。

(2) 為更精確的顯示氣瓶2的建壓趨勢(shì)，在氣瓶2前端設(shè)置壓力傳感器，并通過(guò)示波器將壓力傳感器的電壓信號(hào)顯示為可讀波形。

(3) 為方便多次試驗(yàn)驗(yàn)證，在氣路中設(shè)置手閥，實(shí)現(xiàn)氣瓶2充氣后的快速泄放。

(4) 氣瓶1為組合閥前端高壓模擬氣瓶，充氣壓力應(yīng)不小于減壓閥最小輸入壓力的3倍，以便實(shí)現(xiàn)減壓閥的減壓及多次試驗(yàn)驗(yàn)證。

(5) 電磁閥通過(guò)脈沖電源控制，試驗(yàn)時(shí)施加一定時(shí)間的脈沖電壓，為了保證試驗(yàn)曲線的可讀性，建議脈沖電壓時(shí)間不小于建壓時(shí)間的2倍。

(6) 示波器同時(shí)顯示脈沖電壓信號(hào)及壓力傳感器壓力信號(hào)波形。

圖3 建壓時(shí)間試驗(yàn)原理圖

3.2 試驗(yàn)驗(yàn)證及結(jié)果分析

根據(jù)建壓時(shí)間試驗(yàn)原理圖的要求，對(duì)組合閥進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，曲線1為氣瓶2建壓變化曲線，曲線2為施加的脈沖電壓曲線，經(jīng)與圖2所示曲線對(duì)比可知：該建壓曲線前半部分與圖2所示曲線壓力變化趨勢(shì)不一致，不符合定容器充氣壓力變化要求。

為了更好的得出建壓時(shí)間的試驗(yàn)曲線，需對(duì)造成曲線趨勢(shì)不一致的原因進(jìn)行分析，根據(jù)圖3所示的試驗(yàn)原理圖可知：試驗(yàn)曲線是通過(guò)壓力傳感器及示波器進(jìn)行傳遞和采集，因此壓力曲線趨勢(shì)不一致的原因主要考慮壓力傳感器和示波器產(chǎn)生的影響。根據(jù)原因分析，分別對(duì)壓力傳感器、示波器相關(guān)功能及壓力傳感器設(shè)置位置進(jìn)行了檢查和分析，經(jīng)檢查及分析認(rèn)為：壓力傳感器設(shè)置在氣瓶2前端，在建壓初始瞬間，壓力傳感器反饋的壓力為管路的壓力，而非氣瓶2的壓力，因管路容腔較小，使得壓力傳感器反饋的壓力曲線急劇上升，造成了壓力曲線趨勢(shì)不一致。

圖4 建壓時(shí)間試驗(yàn)曲線

4 試驗(yàn)改進(jìn)及驗(yàn)證

為了更好的體現(xiàn)組合閥建壓曲線的真實(shí)性，根據(jù)上述原因分析，對(duì)試驗(yàn)方法進(jìn)行改進(jìn)及完善，將壓力傳感器設(shè)置于氣瓶2的后端，其它試驗(yàn)要求均保持不變，試驗(yàn)原理如圖5所示。

圖5 改進(jìn)后建壓時(shí)間試驗(yàn)原理圖

改進(jìn)后再次對(duì)組合閥建壓時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 改進(jìn)后建壓時(shí)間試驗(yàn)曲線

由試驗(yàn)曲線1可以看出：該建壓過(guò)程符合圖2中定容器充氣曲線趨勢(shì)，可以作為組合閥建壓時(shí)間試驗(yàn)的依據(jù)。

5 結(jié) 語(yǔ)

基于定容器充氣的理論基礎(chǔ)，對(duì)組合閥的建壓時(shí)間進(jìn)行了理論分析，根據(jù)此理論設(shè)計(jì)了試驗(yàn)驗(yàn)證的方法，并結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果對(duì)試驗(yàn)方法進(jìn)行了改進(jìn)、完善，得到了真實(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了建壓時(shí)間試驗(yàn)曲線與定容器充氣理論的符合性，保證了組合閥實(shí)際使用的可靠性。