CN102162765A - 飞机高温高压导管中高温气体泄漏探测系统及方法 - Google Patents

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一种飞机高温气体导管泄漏探测系统及方法，高温高压气体泄漏探测领域。其特征在于包括以下过程：（1）当导管有高温气体泄漏时，邻近导管周围的环境温度快速升高，由于气体的加热作用，热敏电阻随着温度的上升阻值迅速变化，以此判断是否有气体泄漏；（2）利用上述原理，同时检测AB端、AD端、CB端、CD端、AC端、BD端的阻值变化，当3路及3路以上端路电阻值与额定值有误差，即说明该区域存在气体泄漏。该系统与其他探测系统相比，具有结构简单、可靠性高等优点，可同步实现飞机高温气体导管和其他高温气体管路的泄漏判断和位置定位。该泄漏探测系统对于保障飞行安全，提高飞机运行派遣率具有十分重要的意义。

Description

飞机高温高压导管中高温气体泄漏探测系统及方法
所属技术领域
本发明涉及一种飞机高温高压导管中高温气体泄漏探测系统及方法，属高温气体泄漏探测领域。
背景技术
空气管理系统作为飞机重要的机载设备之一，其功能是为座舱和电子设备调节空气，满足其冷却、加热、增压和防冰要求，主要包括引气、座舱压力和温度调节、空气分配、发动机和机翼防冰等子系统，各系统之间通过空气导管进行交联。由于导管内流动的是高温高压气体，会施加机械应力和热应力于管道；同时导管与机身之间的连接部件还会将飞机载荷分布变化引起的位移和振动传递给管道，影响约束边界，形成附加应力；由于导管穿过机翼、发动机吊挂、机身等多个区域，应力集中引起的管道形变和疲劳破裂，不仅影响环控系统功能的实现，而且会给其它系统的安全带来隐患。因此除了采取必要的导管应力补偿措施外，减低热应力、机械应力和安装应力使导管工作在许可的应力范围内，对高温空气导管进行泄漏监测和定位，也是保障飞机安全的必要措施。
目前对飞机高温空气导管泄漏监测的方法主要有：(1)温度测量法：即通过在易损坏和泄漏部位布置温度传感器，通过感应导管周围空气温度的变化来判断是否有气体泄漏。由于高温气体导管贯穿于飞机机身、机翼，需要监测的部位很多，因此布置大量温度传感器，使得线路十分繁杂；同时，贴附于高温气体导管绝热层表面的温度传感器，经常会因绝热层的破损引起误报警；另外，温度传感器的监控区域与泄漏位置、泄漏量的大小有关，布置位置的选择难度很大，存在大量的测量盲区。(2)压力测量法：通过在高温气体导管的不同位置设置压力传感器，通过测量导管内的压力变化判断是否有泄漏，该测量方法可用于大泄漏的测量，对于小泄漏由于环控系统工况的变化，导管内部压力会有一定的波动，加上压力测量的气动滞后性，难以判断是否有泄漏。虽然小泄漏对于环控系统的性能影响很小，但由于气体温度很高，导管小泄漏对周边系统带来的危害则是不容忽视。此外，虽然上游泄漏可通过下游的压力变化进行判定，但其无法准确定位泄露的具体位置，同时该测量方法还存在质量重等缺点。
发明内容
本发明提供了一种结构简单、可靠性高，并具有定位泄漏部位能力的飞机高温高压导管中高温气体泄漏探测系统及方法。
一种飞机高温高压导管中的高温气体泄漏探测系统，由高温高压导管由导管和绝热层及绝热层外壳组成，且绝热层外壳和绝热层之间还存在间隙；其特征在于：该系统包括安装于高温高压导管上的导线安装架，通过导线安装架安装于高温高压导管外侧的两条轴向热敏电阻探测线路计作线路AB和线路CD；两条轴向热敏电阻探测线路中串联有若干周向热敏电阻探测线路，具体串联方式为周向热敏电阻探测环路串联于线路AB的一个节点与线路CD的一个节点之间；周向热敏电阻探测环路中还串联有温度触发器；与温度触发器对应的高温高压导管绝热层外壳处设有导流孔；上述探测线路通过导线安装架划分成若干个测量单元，每个测量单元由线路AB的一段轴向导线和线路CD的一段轴向导线，以及串联于该段之间的周向热敏电阻探测环路组成；不同测量单元的轴向导线阻值及其随温度的变化特性不同。
上述飞机高温高压导管中高温气体泄漏探测系统的探测方法，其特征在于包括以下过程：(1)、当导管有高温气体泄漏时，邻近导管周围的环境温度快速升高，由于气体的加热作用，热敏电阻随着温度的上升阻值迅速变化，监测热敏电阻探测线路的电阻或电流以此判断是否有气体泄漏；(2)、利用上述原理，同时检测线路AB和线路CD中的AB端、AD端、CB端、CD端、AC端、BD端的阻值或电流变化，当3路及3路以上端路阻值或电流与额定值有误差，即说明该热敏电阻探测环路监控的区域存在气体泄漏；(3)、为了进一步精确气体泄漏位置，不同测量单元的轴向导线阻值及其随温度的变化特性不同。
具体工作原理说明如下：
A、两路轴向热敏电阻导线并行布置，当某一区域的高温高压导管发生泄露时，由于气体的加热作用，热敏电阻随着温度的上升阻值急剧增加/减小，此时可通过电阻/电流测量巡检仪测量导线的电阻值或恒压源作用下的电流值判断是否存在泄漏。
B、同时由于高温气体泄漏直接关系到的飞机安全，为了提高探测系统的可靠性，防止导线和热敏电阻断开或短路等故障引起的误警信号，高温气体导管探测系统包括了周向探测线路，该线路将轴向布置的两根热敏电阻导线联通，同时 在该线路上布置与导流孔相对应的温度触发器，温度触发器在热膨胀时具有导通或断开功能，其响应温度根据探测需要设置。绝热层和绝热层外壳之间有一定的间隙，当导管某处发生裂缝和缺口时，热气经过此间隙，最后从导流孔中射出，喷向该区域的温度触发器，当温度触发器温度高于设置值TSET时，温度触发器接通短路，两根轴向布置的导线连通。
C、绝热层外设置有绝热层外壳，其作用主要是形成气流通道，当发生气体泄漏，泄漏的气体将汇聚在绝热层与绝热层外壳的间隙中，并最后通过绝热层外壳上的导流孔射出。导流孔的布置正对着周向布置的温度触发器，其主要作用是将汇聚的气流正对着温度触发器喷射。
D、两根热敏电阻导线端点分别为A、B和C、D，此时形成的测量回路有AB、AC、AD、BC、BD、CD，可依次测量六个回路的电阻/电流值：RAB/IAB、RAC/IAC、RAD/I AD、RBC/IBC、RBD/IBD、RCD/ICD，并将上述电阻/电流值与正常工作状态下的电阻/电流值相比较，当出现3个或3个以上的测量线路的电阻或电流值发生变化时则认为发生气体泄漏情况，并根据电阻值的大小来确定发生泄漏的位置。该测量方法能避免误报警，当热敏电阻导线部分线路发生故障时，仍能有效可靠的进行泄漏探测。
E、该系统与其他探测系统相比，具有结构简单、可靠性高等优点，通过选用不同规格和种类的热敏电阻和温度触发器组成测量基元，可同步实现飞机高温气体导管和其他高温气体管路的泄漏判断和位置定位。该泄漏探测系统对于保障飞行安全，提高飞机运行派遣率具有十分重要的意义。
上述飞机高温高压导管中的高温气体泄漏探测系统，其特征在于：每个周向热敏电阻探测环路所串联的温度触发器为两个，并且对称布置。该方式能够实现周向全方位的监测。
上述的飞机高温高压导管中高温气体泄漏探测方法，其特征在于还包括以下过程：根据泄漏探测区域的大小和数量，设置若干独立的热敏电阻探测环路，每个热敏电阻探测环路检测一个区域，每个热敏电阻探测环路报警温度依据需要分别设定。
附图说明
图1为探测系统布置图；
图2为探测系统安装架布置和说明图；
图3为导管的剖面图；
图4为泄漏探测原理图；
图中的标号名称：1.轴向热敏电阻探测线路；2.导线安装架；3.导流孔；4.温度触发器；5.导管；6.绝热层；7.绝热层外壳。
具体实施方式
根据图1所示，本发明的飞机高温气体导管泄漏探测系统及方法，由两根轴向热敏电阻探测线路1、导线安装架2、导流孔3和温度触发器4组成。利用导线安装架2将热敏电阻探测线路1划分为若干个探测单元。每个测量单元由线路AB的一段轴向导线和线路CD的一段轴向导线，以及串联于该段之间的周向热敏电阻探测环路组成。每个测量单元负责监测一个区域。
测量单元中的热热敏电阻导线，具有很高电阻温度系数，根据电阻与温度的变化关系，分为正温度系统热敏电阻和负温度系数热敏电阻，前者随着温度的增加电阻值急剧增加，而后者则减小，实际使用中根据需要选用不同类型的热敏电阻。当导管有高温气体泄漏时，由于气体的加热作用，热敏电阻随着温度的上升阻值急剧增加/减小，此时可通过电阻/电流测量巡检仪测量导线的电阻值或恒压源作用下的电流值判断是否存在泄漏。
根据图4所示，本发明中的探测单元的数量可根据泄漏探测区域的大小和数量设置，每个测量单元的工作温度和监控范围可依据需要分别设定。为了能够实现在探测泄漏的同时，定位泄漏区域，不同测量单元需选用不同规格的热敏电阻，如测量单元1的轴向导线阻值为R1，测量单元2的轴向导线阻值为R2，测量单元I的轴向导线阻值为RI，为了实现定位判断的准确性，要求不同测量单元轴向导线阻值及其随温度变化特性不同。即有RI＞＞RI-1＞＞...＞＞R1和ΔRI＞＞ΔRI-1＞＞...＞＞ΔR1。
同时由于高温气体泄漏直接关系到的飞机安全，为了提高探测系统的可靠性，防止导线和热敏电阻断开或短路等故障引起的误警信号，高温气体导管探测系统包括了周向探测环路，该线路将轴向布置的两根轴向热敏电阻探测线路1联通，同时在该线路上布置与导流孔3相对应的温度触发器4。温度触发器4在热膨 胀时具有导通或断开功能，其响应温度根据探测需要设置。绝热层6和绝热层外壳7之间有一定的间隙，当导管某处发生裂缝和缺口时，热气经过此间隙，最后从导流孔3中射出，喷向该区域的温度触发器4，当温度触发器温度高于设置值TSEF时，温度触发器4接通短路，两根轴向布置的导线连通。
两根轴向热敏电阻探测线路1的端点分别为A、B和C、D，此时形成的测量线路有AB、AC、AD、BC、BD、CD，可依次测量六个回路的电阻/电流值：RAB/IAB、RAC/IAC、RAD/IAD、RBC/IBC、RBD/IBD、RCD/ICD，并将上述电阻/电流值与正常工作状态下的电阻/电流值相比较，当出现3个或3个以上的电阻或电流值发生变化时则认为发生气体泄漏情况，并根据电阻值的大小来确定发生泄漏的位置。
该系统与其他探测系统相比，具有结构简单、冗余度高等优点，通过选用不同规格和种类的热敏电阻和温度触发器组成测量基元，可同步实现飞机高温气体导管和其他高温气体管路的泄漏判断和位置定位。此外，该测量方法能避免当热敏电阻导线部分线路发生故障时，仍能有效可靠的进行泄漏探测，对于保障飞行安全，提高飞机运行派遣率具有十分重要的意义。

Claims (4)

1.一种飞机高温高压导管中的高温气体泄漏探测系统，由高温高压导管由导管（5）和绝热层（6）及绝热层外壳（7）组成，且绝热层外壳（7）和绝热层（6）之间还存在间隙；
其特征在于：
该系统包括安装于高温高压导管上的导线安装架（2），通过导线安装架（2）安装于高温高压导管外侧的两条轴向热敏电阻探测线路（1）计作线路AB和线路CD；
两条轴向热敏电阻探测线路（1）中串联有若干周向热敏电阻探测线路，具体串联方式为周向热敏电阻探测环路串联于线路AB的一个节点与线路CD的一个节点之间；周向热敏电阻探测环路中还串联有温度触发器（4）；与温度触发器（4）对应的高温高压导管绝热层外壳（7）处设有导流孔（3）；
上述探测线路通过导线安装架（2）划分成若干个测量单元，每个测量单元由线路AB的一段轴向导线和线路CD的一段轴向导线，以及串联于该段之间的周向热敏电阻探测环路组成；不同测量单元的轴向导线阻值及其随温度的变化特性不同。
2.根据权利要求1所述的飞机高温高压导管中的高温气体泄漏探测系统，其特征在于： 每个周向热敏电阻探测环路所串联的温度触发器为两个，并且对称布置。
3.利用权利要求1所述飞机高温高压导管中高温气体泄漏探测系统的探测方法，其特征在于包括以下过程：
（1）、当导管有高温气体泄漏时，邻近导管周围的环境温度快速升高，由于气体的加热作用，热敏电阻随着温度的上升阻值迅速变化，监测热敏电阻探测线路的电阻或电流以此判断是否有气体泄漏；
（2）、利用上述原理，同时检测线路AB和线路CD中的AB端、AD端、 CB端、 CD端、 AC端、 BD端的阻值或电流变化，当3路及3路以上端路阻值或电流与额定值有误差，即说明该热敏电阻探测环路监控的区域存在气体泄漏；
（3）、为了进一步精确气体泄漏位置，不同测量单元的轴向导线阻值及其随温度的变化特性不同。
4.根据权利要求2所述的飞机高温高压导管中高温气体泄漏探测方法，其特征在于还包括以下过程：
（4）、根据泄漏探测区域的大小和数量，设置若干独立的热敏电阻探测线路，每个热敏电阻探测线路检测一个区域，每个热敏电阻探测环路报警温度依据需要分别设定。
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