一種民用飛機燃油濾高低溫環(huán)境試驗方案的設(shè)計優(yōu)化

摘要：高低溫環(huán)境鑒定試驗是民用飛機機載設(shè)備適航審查的主要試驗項目之一。本文以某型飛機燃油濾設(shè)備的高低溫環(huán)境試驗需求為對象，對試驗方案的符合性進(jìn)行了分析，并提出了具體改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計方案。按改進(jìn)優(yōu)化方案安全地實施了試驗，得到的試驗數(shù)據(jù)表明符合試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，該試驗方案可以為今后其它機載設(shè)備類似的高低溫環(huán)境試驗提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞? 機載設(shè)備;RTCA/DO-160F;高低溫環(huán)境試驗;符合性

中圖分類號： TH137???????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

對于民用飛機，機載設(shè)備性能是否滿足飛機預(yù)期的各種環(huán)境，這直接關(guān)系到飛機的飛行安全，其重要性越來越受到中國民航當(dāng)局的關(guān)注。為了確定機載設(shè)備在使用過程中會遇到的典型環(huán)境條件下的性能特性，按照適航規(guī)章AP-21-AA-2011-03-R4的要求，機載設(shè)備應(yīng)進(jìn)行適航審查。為了驗證機載設(shè)備在典型環(huán)境條件下工作性能符合飛機需求，目前大都采用RTCA/DO-160F的試驗標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行考核。高低溫環(huán)境試驗作為環(huán)境試驗的主要項目之一，如何按標(biāo)準(zhǔn)實施試驗，向適航審查組表明試驗的符合性，并通過民航局的審查，已成為新的研究方向。

本文以某型飛機的燃油濾設(shè)備的高低溫環(huán)境試驗為例，開展適航符合性分析，并提出了相應(yīng)的試驗設(shè)計實施方案。

1 設(shè)備簡介

該燃油濾（見圖1）設(shè)備安裝在某小型民用飛機機翼內(nèi)的燃油箱附近，用于過濾燃油箱至發(fā)動機之間供油管路中的燃油（牌號為：RH-100/130航空汽油）雜質(zhì)。

當(dāng)供油管路中的雜質(zhì)較多，影響了該燃油濾的濾通能力時，該燃油濾內(nèi)部的旁通活門在進(jìn)油口與出油口處的壓力差作用下自動打開，燃油可以不經(jīng)過濾直接供向發(fā)動機。

2 試驗?zāi)康?/p>

通過測試該燃油濾設(shè)備進(jìn)油口與出油口之間的壓差是否滿足預(yù)定的指標(biāo)要求，考核該設(shè)備在飛機預(yù)期的高低溫環(huán)境下的性能特性，以保證該設(shè)備工作期間性能方面有足夠的可信度。

3 高低溫環(huán)境試驗參數(shù)及要求

根據(jù)該燃油濾設(shè)備在飛機上的安裝位置，結(jié)合飛機飛行高度包線，按試驗標(biāo)準(zhǔn)RTCA/DO-160F 第4章的規(guī)定，該設(shè)備類別定義為B2類。

在RTCA/DO-160F 表4-1中選擇B2類對應(yīng)的試驗溫度值，具體見表1。

對于高低溫環(huán)境試驗，RTCA/DO-160F的要求如下：

使設(shè)備處于工作狀態(tài)，而后在環(huán)境大氣壓力下調(diào)節(jié)試驗箱內(nèi)空氣溫度到規(guī)定的低溫工作溫度-45℃。在設(shè)備達(dá)到溫度穩(wěn)定后，保持試驗箱內(nèi)的空氣溫度在工作低溫條件下使設(shè)備工作至少2h，設(shè)備工作期間確定是否符合有關(guān)設(shè)備性能標(biāo)準(zhǔn)。對應(yīng)的試驗剖面見圖2。

在環(huán)境大氣壓力下，使設(shè)備處于工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)試驗箱內(nèi)空氣溫度到規(guī)定的高溫工作溫度+70℃。在設(shè)備達(dá)到溫度穩(wěn)定后，保持試驗箱內(nèi)的空氣溫度在高溫工作條件下使設(shè)備工作至少2h，設(shè)備工作期間確定是否符合有關(guān)設(shè)備性能標(biāo)準(zhǔn)。對應(yīng)的試驗剖面見圖3。

4原試驗方案簡介

該設(shè)備原定的試驗方案如下：

試驗介質(zhì)選用航空煤油，牌號為RP-3。

該飛機用航空汽油作為燃料，閃點較低且易揮發(fā)，試驗時存在易燃易爆的安全隱患。國內(nèi)進(jìn)行燃油濾此類設(shè)備的高低溫環(huán)境試驗時選用的大都是性能較為穩(wěn)定的航空煤油進(jìn)行試驗，暫無用航空汽油進(jìn)行試驗的經(jīng)驗。

將設(shè)備放入溫度試驗箱內(nèi)。通過溫度試驗箱的溫度控制系統(tǒng)，使試驗箱內(nèi)環(huán)境溫度達(dá)到試驗所規(guī)定的溫度。

保溫一定的時間，使設(shè)備本體的溫度達(dá)到試驗所規(guī)定的溫度極限值。

考慮到試驗的安全，不能將試驗用的油箱安裝在溫度試驗箱內(nèi)，避免油氣揮發(fā)聚集在試驗箱內(nèi)，故將設(shè)備從溫度試驗箱內(nèi)取出，將其置于安裝架上，連接好相應(yīng)管路和監(jiān)測儀表。試驗設(shè)備簡圖見圖4。

其中，流量計用于監(jiān)測流經(jīng)燃油濾的燃油流量;壓差表用于監(jiān)測燃油濾工作時進(jìn)油口與出油口處的壓力差的變化。

按圖2、圖3的試驗剖面開展試驗，在規(guī)定的壓力、流量條件下，使試驗介質(zhì)持續(xù)流經(jīng)該設(shè)備，模擬設(shè)備的工作狀態(tài);期間檢測設(shè)備進(jìn)油口與出油口兩端的壓力差。

4 試驗符合性分析

按照RTCA/DO-160F的規(guī)定，關(guān)于溫度極限的定義如下：

是指設(shè)備正常暴露于其中并要求工作的最低溫度。

是在特殊安裝區(qū)內(nèi)，如儀表板后面的密閉空間、設(shè)備支架、動力艙區(qū)等的設(shè)備在正常工作條件下暴露于其中的最高溫度量級。

按照上述定義，在飛機的極限溫度環(huán)境下，設(shè)備（燃油濾）與試驗介質(zhì)（燃油）此時應(yīng)處于同一溫度環(huán)境，故進(jìn)行該設(shè)備的高低溫度試驗時應(yīng)考慮將試驗介質(zhì)也處于相同的極限溫度下，才能真實模擬設(shè)備的實際工作狀態(tài)，這樣做出的試驗結(jié)果才真實有效。

而原試驗方案是將設(shè)備從溫度試驗箱內(nèi)取出后，再通入試驗介質(zhì)進(jìn)行試驗。盡管此時設(shè)備本體的溫度符合規(guī)定，但試驗介質(zhì)的溫度為室溫，實際試驗時設(shè)備與試驗介質(zhì)、周圍大氣環(huán)境之間還存在溫度差，導(dǎo)致熱交換的產(chǎn)生，隨著試驗時間的延長，設(shè)備的真實工作溫度會發(fā)生變化，因此造成試驗的符合性發(fā)生偏離，故該試驗方案不滿足試驗要求。

另外，試驗介質(zhì)如果選用航空煤油，同航空汽油相比，二者的流阻特性不一樣，也會對試驗結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。

6 試驗符合性設(shè)計及優(yōu)化考慮

為確保試驗的符合性和安全，在原試驗方案的基礎(chǔ)上，對試驗方案進(jìn)行了改進(jìn)，具體如下：

試驗介質(zhì)選用RH-100/130航空汽油，與飛機燃油牌號一致。

將該設(shè)備置于溫度試驗箱內(nèi)，利用溫度試驗箱上的溫度表實時監(jiān)測箱內(nèi)溫度，確保試驗過程中，設(shè)備始終能保持規(guī)定的試驗溫度范圍內(nèi)。

試驗用到的監(jiān)測儀表均選用防爆型，且將試驗監(jiān)測儀表、油箱等盡量布置在試驗箱的外面，避免試驗時，試驗介質(zhì)（飛機燃油）可能會因泄露、揮發(fā)，導(dǎo)致可燃液體或氣體積聚在溫度試驗箱內(nèi)產(chǎn)生危險。同時，試驗場地應(yīng)確保通風(fēng)。

利用壓力源和管路將試驗介質(zhì)流經(jīng)位于溫度試驗箱內(nèi)的設(shè)備，不斷循環(huán)。

在設(shè)備的進(jìn)油口處增加溫度表，可以實時監(jiān)測通過設(shè)備的試驗介質(zhì)溫度是否滿足試驗要求。

為降低試驗過程中，處于溫度試驗箱外部的管路、油箱、監(jiān)測儀表等試驗設(shè)備與大氣發(fā)生熱交換，引起試驗介質(zhì)溫度的波動，造成試驗偏差，在這些試驗設(shè)備的表面增加金屬箔和玻璃棉作為熱防護層，見圖5。

在溫度試驗箱內(nèi)的試驗介質(zhì)管路上增加熱交換器，這樣可以加大試驗介質(zhì)與溫度試驗箱內(nèi)部的熱交換面積，使試驗介質(zhì)、試驗設(shè)備的溫度迅速達(dá)到極限溫度值，既節(jié)省了試驗準(zhǔn)備時間，正式試驗時又可使試驗介質(zhì)溫度保持相對穩(wěn)定。

改進(jìn)后的試驗方案簡圖見圖6。

按圖2、圖3的試驗剖面開展試驗，在規(guī)定的壓力、流量條件下，使試驗介質(zhì)持續(xù)流經(jīng)該設(shè)備，模擬設(shè)備的工作狀態(tài);期間檢測設(shè)備進(jìn)油口與出油口兩端的壓力差。

6 試驗過程分析

整個改進(jìn)后的試驗過程中，測得試驗介質(zhì)溫度比溫度環(huán)境試驗箱內(nèi)部的溫度偏差最大2℃，滿足RTCA/DO-160F 規(guī)定的環(huán)境溫度試驗容差±3℃的要求。

試驗介質(zhì)選用航空汽油，與飛機燃油牌號一致，確保試驗的真實性，并通過試驗安全性防護設(shè)計，將試驗危險大大地降低;

通過增加熱交換器，既縮短了設(shè)備和試驗介質(zhì)達(dá)到溫度穩(wěn)定的準(zhǔn)備時間，又能在試驗過程中降低熱交換帶來的誤差偏離。

本次試驗方法、檢測手段以及試驗結(jié)果均得到適航當(dāng)局的批準(zhǔn)，試驗獲得了成功。

5 結(jié)束語

高低溫環(huán)境試驗是機載設(shè)備環(huán)境鑒定試驗的主要內(nèi)容之一，是驗證設(shè)備是否能滿足飛機使用環(huán)境溫度要求的重要手段。本文基于某型飛機的燃油濾設(shè)備的溫度環(huán)境試驗要求，進(jìn)行了試驗符合性分析，改進(jìn)了試驗方案，并順利完成了試驗。

按該方案實施的試驗，已在某型飛機燃油濾設(shè)備的高低溫試驗中成功應(yīng)用，試驗方案和結(jié)果得到適航當(dāng)局的批準(zhǔn)，可為后續(xù)民機的機載設(shè)備鑒定試驗提供一定的參考。

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作者簡介：

邵飛（1976年5月-），男，漢族，江蘇宜興人，碩士，現(xiàn)從事民用飛行器動力燃油系統(tǒng)方向的研究。