飛機(jī)氣體大流量電控活門測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

李躍東，程明學(xué)

(空軍第一航空學(xué)院，河南 信陽(yáng) 464000)

1 前言

隨著我國(guó)航空工業(yè)的跨越式的發(fā)展，飛機(jī)及機(jī)載系統(tǒng)組成越來(lái)越復(fù)雜。而計(jì)算機(jī)及精密集成電路的大量運(yùn)用，對(duì)飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)又提出了更高的要求。高壓除水，升壓式大流量環(huán)控系統(tǒng)，就是為了極大地滿足飛機(jī)座艙環(huán)境和電子設(shè)備通風(fēng)冷卻的需求而設(shè)計(jì)的。但是復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性是靠組成該系統(tǒng)的每一個(gè)部附件的正常工作做保證的。為了保證飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，確保飛機(jī)的安全，我們?cè)O(shè)計(jì)制造了“飛機(jī)氣體大流量電控活門測(cè)試系統(tǒng)”，用于飛機(jī)大修廠對(duì)飛機(jī)氣體大流量電控活門地面測(cè)試與修理，以保證安裝到飛機(jī)上的每一個(gè)部附件都是合格產(chǎn)品。

2 測(cè)試系統(tǒng)組成與工作原理

2.1 系統(tǒng)組成

飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)中氣體大流量電控活門(包括電磁活門)很多，流過(guò)活門的流量、壓力范圍廣，要求測(cè)試的參數(shù)也多。根據(jù)產(chǎn)品對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的要求，設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成測(cè)試工況的建立，按要求進(jìn)行產(chǎn)品的磨合試驗(yàn)、性能測(cè)試及狀態(tài)的判斷。為了適應(yīng)測(cè)試工況，根據(jù)要求，結(jié)合氣壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的相應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)氣壓傳動(dòng)原理圖如圖 1所示。

整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)由氣源、控制臺(tái)、測(cè)試臺(tái) 3大部分組成，如圖 2所示。各組成部分之間功能相對(duì)獨(dú)立，可分開放置，以方便隔音、降噪。組成和工作上相互聯(lián)系、相輔相成。“控制臺(tái)”對(duì)“氣源”、“測(cè)試臺(tái)”進(jìn)行集中控制、數(shù)據(jù)采集及處理。

圖1 氣壓傳動(dòng)原理圖

圖2 控制原理圖

1)氣源

根據(jù)飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)中氣體大流量電控活門《技術(shù)條件》和《試驗(yàn)大綱》對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的要求：系統(tǒng)要能提供最大流量 900 kg/h，連續(xù) 20分鐘的干燥、潔凈高壓氣體以便由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成測(cè)試工況的建立。

采用充氣、儲(chǔ)氣與放氣分時(shí)進(jìn)行的方法來(lái)設(shè)計(jì)氣源，從而解決了由于連續(xù)供氣，導(dǎo)致氣源體積龐大，功耗過(guò)高的問(wèn)題。其主要由空氣壓縮機(jī)、空氣凈化器、空氣干燥器及儲(chǔ)氣裝置 4部分組成，用來(lái)向系統(tǒng)提供高壓大流量氣體。

2)控制臺(tái)

中央控制臺(tái)是整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的核心，主要用于安裝計(jì)算機(jī)主機(jī)、外設(shè)(顯示器、打印機(jī)等)、板卡、各種數(shù)字量?jī)x表(壓力、流量、電壓、電流)及測(cè)試臺(tái)狀態(tài)指示燈(電源，活門打開、關(guān)閉)。具有三大主要功能：一是對(duì)氣源進(jìn)行遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測(cè);二是對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)參量進(jìn)行控制調(diào)節(jié);三是對(duì)附件性能進(jìn)行測(cè)試。

3)測(cè)試臺(tái)

測(cè)試臺(tái)是針對(duì)高壓大流量氣壓附件性能測(cè)試而設(shè)計(jì)的，主要有為完成測(cè)試工況的建立而設(shè)置的各類閥與控制壓力、流量控制活門、氣動(dòng)減壓閥與電動(dòng)定位器、電動(dòng)閥、電動(dòng)插板閥;為保證各電控活門快速裝夾而設(shè)計(jì)的安裝工位、通用夾具、通用插座。為進(jìn)行加載反饋與參數(shù)測(cè)量而配置有壓力、流量傳感器等。

2.2 系統(tǒng)工作原理

測(cè)試前，按要求利用通用夾具把被測(cè)電控活門快速裝夾測(cè)試工位上，連接好測(cè)試電纜。打開計(jì)算機(jī)進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)自檢后上電，進(jìn)入測(cè)試選擇界面。用鼠標(biāo)點(diǎn)選被測(cè)附件的牌號(hào)，然后進(jìn)行測(cè)試選項(xiàng)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入測(cè)試界面。計(jì)算機(jī)此時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)氣源空壓機(jī)，并對(duì)氣源部分進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控。當(dāng)集氣罐氣壓達(dá)到3.5MPa時(shí)(大約 30 min)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)打開電動(dòng)閥向測(cè)試管路供氣，并通過(guò)蜂鳴器與提示框提醒操作員通過(guò)減壓閥可調(diào)螺桿設(shè)定被側(cè)活門所需加載氣壓。設(shè)定完畢回車后，計(jì)算機(jī)通過(guò) PID運(yùn)算，自動(dòng)調(diào)節(jié)被測(cè)活門后電動(dòng)插板閥的開度，控制所需加載流量，以滿足被測(cè)活門測(cè)試需求。然后計(jì)算機(jī)按測(cè)試選項(xiàng)，自動(dòng)完成產(chǎn)品磨合測(cè)試與性能測(cè)試。測(cè)試完畢，自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)表后停機(jī)。

3 主要解決的技術(shù)問(wèn)題

3.1 通用快速安裝夾具的設(shè)計(jì)

飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)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(cè)試系統(tǒng)綜合化的要求，我們研制了通用夾具。在活門進(jìn)出口為適應(yīng)各類電控氣壓活門不同的通徑，設(shè)計(jì)了與被測(cè)活門對(duì)應(yīng)、可快速更換的接口;另外，在活門出口的管路上，根據(jù)氣動(dòng)作動(dòng)筒原理設(shè)計(jì)了緊夾具，利用調(diào)節(jié)合理的氣壓給活門一適當(dāng)?shù)膲壕o力，既不會(huì)破壞被修理后活門的接口，又可保證被測(cè)活門的快速裝夾和密封及管路的軸向膨脹。

3.2 系統(tǒng)氣體壓力與流量控制方案

根據(jù)環(huán)控大流量氣壓附件《技術(shù)條件》、《試驗(yàn)大綱》及相關(guān)對(duì)于電控活門類測(cè)試要求：在不同的特定壓力、流量及電壓條件下，對(duì)電控活門的工作電流，開、閉工作時(shí)間測(cè)試。俗話說(shuō)“簡(jiǎn)單的，就是最好的”，面對(duì)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(duì)所需氣體壓力、流量范圍進(jìn)行仔細(xì)分析后，采用分路、逐級(jí)減壓方式由計(jì)算機(jī)自動(dòng)對(duì)氣體壓力進(jìn)行精確控制;利用氣體流量計(jì)，由計(jì)算機(jī)對(duì)備壓電動(dòng)插板閥進(jìn)行 PID控制，以完成對(duì)氣體流量的控制。

3.3 活門開閉時(shí)間的計(jì)時(shí)

對(duì)于電控活門開閉過(guò)程的計(jì)時(shí)時(shí)間：采用記錄計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)間的方式進(jìn)行，不僅滿足測(cè)試精度要求，又簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高了費(fèi)效比。

對(duì)于電磁閥類活門打開、關(guān)閉時(shí)間的測(cè)定，我們利用測(cè)試此類閥門出口壓力變化，測(cè)算出門的打開、關(guān)閉時(shí)間。

4 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括軟件界面設(shè)計(jì)、硬件控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和結(jié)果處理模塊。軟件界面設(shè)計(jì)是在 WINDOWS2000環(huán)境下用 CVI5.0開發(fā)設(shè)計(jì)。Lab Windows/CVI是基于標(biāo)準(zhǔn) C語(yǔ)言的可視化、交互化開發(fā)工具，適用于自動(dòng)控制、自動(dòng)測(cè)試和信號(hào)處理的軟件開發(fā)。它具有較好的硬件控制和數(shù)據(jù)處理能力。數(shù)據(jù)采集及處理包括：采集數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化、濾波、壞值的剔除，完成 PID控制策略。

5 結(jié)論

該測(cè)試系統(tǒng)的研制，成功地解決了軍用飛機(jī)修理廠對(duì)飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)大流量電控氣壓附件的修理后的測(cè)試難的問(wèn)題，滿足了工廠修理測(cè)試的要求。測(cè)試結(jié)果證明：該系統(tǒng)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到規(guī)定的設(shè)計(jì)要求，具有自動(dòng)化程度高，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。該測(cè)試系統(tǒng)可以在其它飛機(jī)修理工廠推廣應(yīng)用，對(duì)提高軍用飛機(jī)修理廠的修理能力有著重要的意義。

[1] 趙中林.氣動(dòng)技術(shù)[M].山東：山東大學(xué)出版社，1991.

[2] 《氣動(dòng)工程手冊(cè)》編委會(huì).氣動(dòng)工程手冊(cè)[M].北京：國(guó)際工業(yè)出版社，1995.

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

[4] 汝少明，等.殲強(qiáng)飛機(jī)構(gòu)造學(xué)[M].北京：海潮出版社，2006.