某型國產運輸機氣動系統便攜式檢測裝置的設計與應用

■ 朱貴森/蕪湖雙翼航空裝備科技有限公司

0 引言

滿足快速響應的戰備需求，不僅需要高精尖的武器裝備，還需要具備將這些武器裝備進行快速轉運或投送的運輸裝備。國產某型軍民兩用運輸機因其特殊性以及執行任務的靈活性，需要到達相對偏遠的地區或戰區，當這些區域不具備相應的保障措施時，一定程度上會影響該型運輸機的執勤任務和地勤保障。為了消除這些因素的影響，滿足快速響應的戰備需求，本文提出了針對該型運輸機氣動系統的便攜式檢測裝置的設計和應用。

1 設計方案

為了滿足快速響應和便于攜帶的需求，該檢測裝置設計為“手持式檢測裝置+可變式氣源裝置”相組合的形式，具有使用時組合、不使用時拆離的特點，因此命名為“便攜式檢測裝置”。下文敘述中簡稱其為檢測裝置，“手持式檢測裝置”簡稱為手持裝置，“可變式氣源裝置”簡稱為氣源裝置。

1.1 手持裝置的設計

該型運輸機的氣動系統包括引氣系統、分配系統、壓力調節系統、冷卻系統、增壓系統、溫度控制系統。這些系統又包括高壓引氣活門、引氣關斷活門、壓力調節及關斷活門、交叉供氣活門、溫度控制活門、載荷控制活門等氣動部件。氣動部件的構造大體相同，基本都包含活門體、調節器、作動筒、控制閥板、電磁閥、位置電門以及檢測接口等。檢測的方式也大致相同，基本都包含氣壓的供給、氣壓的測量、電磁閥的操控、部件的作動、位置電門的顯示、部件打開時間或關閉時間的測量等。因此，該手持裝置的設計方案需根據上述系統中各氣動部件的綜合特點而設計，并且在功能上也要滿足對應的檢測要求，從而完成系統中各氣動部件的功能性檢測以及各氣壓管件的泄漏檢查。

1.1.1 內部設計

手持裝置采用模塊化設計，具備功能全、體積小、重量輕、操作方便等優點，還具有擴展功能。手持裝置內部集成了多個功能模塊，如氣壓分配模塊、氣壓調節模塊、氣壓顯示模塊、電磁操控模塊、位置顯示模塊、數字計時模塊、電源顯示模塊等，還可根據需求擴展其他功能模塊，如角度、位移、電壓、電流的顯示和測量模塊。目前，該手持裝置具備以下檢測功能（見圖1）：

1）可以實現部件所需氣壓的供給、調節和測量（壓力范圍為0～1.0MPa連續可調，壓力為數字顯示，壓力單位可在MPa和psi之間進行切換）；

2）可以實現部件上電磁閥的操控（操 控 電 壓 為0～30VDC連 續 可調）；

3）可以實現部件上位置電門的顯示（兩組LED指示燈組分別顯示）；

4）可以實現檢測時間的測量（兩個計時器可分別計時，精確到秒）；

5）可以實現部件的作動或操控（通過操控手持裝置上的電磁閥來完成，但與第2條的操控不同）；

6）可以實現電壓、電量及溫度的顯示（LED顯示手持裝置的工作電壓、剩余電量及當前工作溫度）。

1.1.2 外觀設計

1）手持裝置的外觀設計

如 圖1所 示，手 持 裝 置 采 用18cm×27cm的鋁合金外殼，表面銀色氧化，外加黑色腐蝕刻字，具有重量輕、散熱好、易刻字、圖文清晰等優點；大小適中，適合單臂托持和單手操作。

圖1 檢測裝置的外觀示意圖

2）手持裝置的接口設計

a. 手持裝置的左側設計有充電接口，可實現循環充電；

b. 手持裝置的右側設計有供氣管快卸接口，可實現與氣源裝置的快速連接；

c. 手持裝置的正面（操作面）設計了3個氣管快卸接口，可分別實現與氣動部件的快速連接。還設計了兩個電纜快速接口，可分別實現與部件上的電磁閥的操控連接，以及與部件上的位置電門的顯示連接。另外，還設計了一個冷卻空氣的快卸接口，接通該接口后，即使是在外場高溫作業條件下也可使手持裝置保持在正常的工作溫度范圍內。

d. 手持裝置的前/后兩側面分別設計了固定手帶及跨肩背帶。當單臂托持時，固定手帶起固定作用，使手持裝置不會滑落；不操作時可跨肩置于身后，不妨礙其他工作。

1.1.3 其他設計

1）設計了兩路檢測接口，可同時進行兩個被測部件的功能性檢測，尤其適用于兩個部件相互配合實時聯動檢測的情況。而傳統的檢測方式中，只能對單個部件依次進行檢測，無法實現此聯動功能。

2）在壓力和溫度方面，該手持裝置在滿足了該型運輸機維護手冊及部件資料參數要求的基礎上，還留了20%的設計余量，以確保手持裝置使用時安全可靠。使用壓力范圍設計為0～1.0MPa，使用溫度范圍設計為-25～60℃。

1.2 氣源裝置的設計

氣源裝置的配置數量和配備類型可以根據運輸機的機隊規模以及運輸機的出勤架次進行選擇，從而實現合理的人機與物料配置比。氣源裝置可以是“防爆氮氣瓶氣源裝置”，也可以是“新型空壓機氣源裝置”。其中，新型空壓機氣源裝置的全稱為“新型輕量化空氣動力式空氣壓縮機”，具體設計說明如下。

1.2.1 結構設計

該空壓機裝置的結構設計為“啟動發電機+螺桿壓縮機+氣動馬達”相組合的形式，啟動發電機和氣動馬達分別在螺桿壓縮機的兩側形成水平對置結構，三者通過聯軸器及渦輪蝸桿等機構形成聯動模式。

1.2.2 能源設計

在啟動階段由啟動發電機帶動螺桿壓縮機工作，此時啟動發電機相當于電動馬達的作用。當螺桿壓縮機產生的壓縮空氣達到設定壓力后，就可利用自身產生的一部分壓縮空氣來驅動氣動馬達。此時，氣動馬達行使了啟動發電機（電動馬達）的功能，使驅動螺桿壓縮機持續工作，直到壓縮機氣壓達到額定壓力后才自動停止。在氣動馬達驅動期間，由于三者的聯動關系，啟動發電機也同樣在運轉，但此時啟動發電機的工作模式由最初的耗電模式自動切換為發電模式，并將發出的電能儲存在蓄電池中，以備下次啟動時使用。

此設計體現了兩方面的能源使用創新：

1）使用自身產生的一部分壓縮空氣作為動力源；

2）使用啟動發電機，既可作為電動馬達使用，也可作為發電機使用，實現了部分電能的自循環。

該空壓機裝置是一種可以利用自身產生的一部分壓縮空氣作為動力源的新型空氣壓縮機。相比于傳統的純電力型或純燃油型空壓機，擺脫了僅依賴這兩種能源的限制，實現了能源使用方式的創新，具有重要的應用前景。若在電力資源或燃油資源稀缺時期，空氣資源取之不盡，因此具有重要的戰略意義。

1.2.3 輕量化設計

該空壓機裝置的機殼可以采用陶鋁新材料制作成鰭片狀，在保障同等強度的情況下，既減輕了重量，實現了輕量化（便于攜帶），也提升了散熱效果。另外，該空壓機裝置在設計上避開了傳統的燃油型驅動裝置，因此在整體重量上進一步實現了輕量化的設計目標，同時也更環保。

2 應用方案

由于氣源裝置可以根據運輸機的機隊規模以及運輸機的出勤架次而進行選擇，結合上述設計方案“手持式檢測裝置+可變式氣源裝置”，可以得出不同的應用場景將使用不同的配置方案，具體應用方案如下。

1）方案1：手持裝置+氮氣瓶裝置（1個）；

2）方案2：手持裝置+氮氣瓶裝置（2個）；

3）方案3：手持裝置（1個）+空壓機裝置；

4）方案4：手持裝置（2個）+空壓機裝置。

2.1 單機短時出勤

當運輸機以單機形式短時出勤執行任務時，可采用方案1來實現該機氣動系統部件的快速檢測。由于是短時出勤，僅需為該機單架次的航前/航后做檢測，因此方案1即可滿足該機的部件檢測需要。

該方案的特點：裝置簡單、便攜，可由單人攜帶出勤并完成檢測任務。若檢測發現部件故障，可利用該機攜帶的備用航材部件進行更換，以保障運輸機的正常出勤。

2.2 編隊短時出勤

當運輸機以編隊形式短時出勤執行任務時，可采用方案3來實現編隊運輸機氣動系統部件的快速檢測。此時，由于需要對多架次運輸機的部件進行檢測，也就是需要更多的氣源供給，方案3為首選，方案2為備選。

該方案的特點：需要由兩人攜帶出勤并完成檢測任務。若檢測發現部件故障，可利用該機攜帶的備用航材部件進行更換，以保障運輸機編隊的正常出勤。

2.3 整編長時出勤

當運輸機以整編隊形式長時出勤執行任務且需設置駐地和移動式維修站時，由于機隊數量多、執勤時間長，地勤保障任務也隨之增加，可采用方案4來實現整編隊駐地內運輸機氣動系統部件的快速檢測。為了保險起見，還可同時攜帶方案2中的2個氮氣瓶裝置，以作為突發狀況的備用方案。

該方案的特點：由于該方案中配置了2個手持裝置、1個空壓機裝置（或者外加2個氮氣瓶裝置），因此可配置多人，組成不同的班組，為多架次運輸機的氣動系統部件進行快速檢測，從而滿足整個駐地內運輸機的檢測需求。由于機隊數量多，不可能隨機攜帶所有的備用航材部件，可利用檢測裝置進行故障件的準確判斷，以確定拆下件是否需要送至移動式維修站中進行快速修復。此方式可緩解戰時階段運輸機隊航材保障緊張問題，可以更好地保障運輸機的出勤效率。

2.4 裝置使用方法

如圖2所示，當需要進行氣動系統部件的功能檢測時，將手持裝置右側的快卸接口通過氣壓軟管連接到氣源裝置上，再將手持裝置正面的快卸接口通過氣壓軟管連接到被檢測的部件上。操作人員按照部件檢查要求，在手持裝置上進行操作。同時，實時觀察被檢測部件的工作狀況，確定是否符合要求。手持裝置上設置了兩路檢測接口，可同時對兩個部件進行功能性檢測，提升檢測效率；該功能在兩個部件需要聯動檢測時，效果更加明顯。

圖2 檢測裝置的應用場景示意圖

3 結束語

本文的便攜式檢測裝置在設計方面，采用了模塊化設計，具有功能全、體積小、重量輕、操作方便、容易擴展等優點；在能源使用方面，可擺脫傳統資源的限制，實現能源利用及循環使用的創新；在功能方面，可以實現該型運輸機氣動系統中部件的快速檢測、故障的快速定位以及故障的快速排除。從而更好地保障該型運輸機的出勤效率，滿足快速響應的戰備需求，具有很好的應用前景和重要的戰略意義。