CN102436258A - 用于民用飞机环境控制系统座舱功能试验的自动化装置 - Google Patents

Abstract

用于民用飞机环境控制系统座舱功能试验的自动化装置，包括可移动的座舱压力控制车，其气源进气口通过气源进气软管与飞机装配厂的压缩气源相连接；其座舱进气口通过飞机进气软管与试验飞机的座舱相连接；其座舱压力反馈口通过座舱压力反馈软管与试验飞机的座舱取压口相连接；其旁通排气口通过旁通排气软管与消音器相连接。本发明利用飞机装配厂的现场气源，进行飞机环境控制系统座舱功能试验，实现对飞机环境控制系统座舱功能试验过程中各参数的集中测量和自动控制，实现座舱功能试验过程的自动化，有效地提高飞机座舱功能试验测试的效率与精度，满足飞机批生产对总装过程中环控系统功能试验质量与效率提升的需求。

Description

用于民用飞机环境控制系统座舱功能试验的自动化装置

技术领域

本发明涉及飞行器制造技术领域，具体是一种用于民用飞机环控系统座舱功能试验的自动化装置。

背景技术

现代大中型客机的巡航高度一般在7000～10000米左右，高空飞行时，机舱外的大气压强仅有标准大气压的20％～30％，气温低至-60℃～-50℃，高空飞行时的低压、缺氧和低温使人体难以承受，因此现代飞机都采用了气密座舱和座舱空气调节系统，以实现对飞机座舱环境的调节控制。

飞机环境控制系统用于对飞机驾驶舱及座舱内空气温度与压力进行控制调节，限制管路供气温度与压力在要求的极限，保证驾驶舱、座舱内具有一定的温度、压力、空气流速、湿度和空气清洁度等，以满足机上乘员的正常工作和生活的必要条件。

在飞机总装配阶段，必须通过地面设备完成飞机环境控制系统的功能试验，以确保飞机在飞行过程中的飞行安全，民用飞机对飞行环境控制系统的工作性能有着极为严格的要求，试验项目主要包括座舱功能试验和空调功能试验等。座舱功能试验主要用于检测飞机气密座舱的密封性，判断座舱泄漏量是否超标、安全活门是否工作正常等。

目前，国内的民用飞机环境控制系统功能试验基本上沿用传统的试验设备与试验方法，传统的民用飞机环境控制系统座舱功能试验设备基本上靠人工手动调节的方式进行操作，测量设备多为机械指针式仪表，试验过程耗时较长，测量精度易受外界环境的影响，控制精度较低。同时座舱试验的设备与空调试验设备相同，导致设备庞大复杂，因此要提升飞机总装阶段环控系统座舱功能试验的质量与效率，应实现试验过程的自动化以及试验设备的小型化。

对现有技术的检索中发现，目前主要集中在对小型设备进行气密检测，在针对如飞机座舱类型的大型密闭设备的气密检测上缺乏相应技术，基本也没有涉及到座舱试验设备的小型化和自动化。

发明内容

本发明针对现有技术中存在上述的不足，提出了一种用于民用飞机环境控制系统座舱功能试验的自动化装置，利用飞机装配厂的现场气源，进行飞机环境控制系统座舱功能试验，实现对飞机环境控制系统座舱功能试验过程中各参数的集中测量和自动控制，实现座舱功能试验过程的自动化，有效地提高飞机座舱功能试验测试的效率与精度，满足飞机批生产对总装过程中环控系统功能试验质量与效率提升的需求。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种用于民用飞机环境控制系统座舱功能试验的自动化装置，包括气源进气软管、座舱压力控制车、飞机进气软管、座舱压力反馈软管和旁通排气软管，其中：座舱压力控制车为一可移动箱体式手推车，气源进气软管将座舱压力控制车的气源进气口与飞机装配厂的压缩气源相连接，用于将飞机装配厂的压缩气源通入座舱压力控制车进行调节控制；飞机进气软管将座舱压力控制车的座舱进气口与试验飞机的座舱相连接，用于将经过座舱压力控制车调节后的压缩空气通入试验飞机的座舱，对试验飞机的座舱进行充压；座舱压力反馈软管将试验飞机的座舱取压口与座舱压力控制车的座舱压力反馈口相连接，用于在对试验飞机的座舱进行充压时，将试验飞机的座舱压力反馈至座舱压力控制车的座舱压力反馈口，座舱压力控制车通过对座舱压力反馈口的压力测量，实现对试验飞机的座舱压力的实时监测；旁通排气软管将座舱压力控制车的旁通排气口与消音器相连接，用于在完成飞机座舱功能试验后，通过排气软管对试验飞机进行排气泄压，通过与消音器相连，降低现场噪声，改善试验环境。

所述的气源进气软管一端连接飞机装配厂经过滤后的压缩气源。

所述的座舱压力控制车为三层结构：最下层为空气调节管路系统，对进入座舱压力控制车的压缩空气进行调节、中间层为气动阀控制组件和压力传感器，用于测量和控制压力、上层为控制器，用于接收空气调节管路系统、气动阀控制组件和压力传感器的信号并发送控制信号。

所述的控制器是PLC控制器。

所述的座舱压力控制车还包括一操作面板，所述操作面板上包括触摸屏、电源开关、电源指示灯和压力显示仪表，所述的PLC控制器与触摸屏相连接，进行通信和数据交换，触摸屏作为上位机连接PLC控制器，用于控制座舱试验的流程，实时显示试验系统中的设备工作状态和试验参数，并可进行数据存档。

所述的空气调节管路系统对进入座舱压力控制车的压缩空气进行调节，空气调节管路系统上依次为气源进气口、第一个气动球阀、气动减压阀和质量流量计，质量流量计之后分为三条管路，一路为第二个气动球阀和座舱进气口，另一路为气动流量调节阀和旁通排气口，第三路为安全阀和旁通排气口，其中：飞机装配厂的压缩气源通过气源进气口进入空气调节管路系统，调节后的压缩空气从座舱进气口流出空气调节管路系统进入试验飞机，排气泄压时的压缩空气从旁通排气口流出空气调节管路系统进入消音器，质量流量计与PLC控制器相连接用于传输管道的空气流量信号，气动球阀与PLC控制器相连接用于传输气动球阀的开关状态信号与控制信号，气动流量调节阀用于调节排气泄压时的速率，安全阀用于设定座舱进气口的最大压力。

所述的气动阀控制组件包括：一个空气过滤器、一个精密减压阀、两个电气比例阀和两个电磁阀，其中：空气过滤器的入口在气源进气口与第一个气动球阀之间，空气过滤器的出口端连接精密减压阀，精密减压阀出口端并联连接二条气动管路，每条气动管路上依次连接一个电磁阀和电气比例阀；第一条气动管路的电气比例阀出口端连接到空气调节管路系统的气动减压阀上；第二条气动管路的电气比例阀出口端连接到空气调节管路系统的气动流量调节阀上；二个电磁阀和二个电气比例阀分别与PLC控制器相连接并传输阀的状态信号与控制信号，通过调节电气比例阀的输入信号可控制电气比例阀的输出压力，进而控制气动减压阀和气动流量调节阀的开度，从而达到控制气动减压阀输出压力和气动流量调节阀输出流量的目的，连接电气比例阀与精密减压阀之间的电磁阀用于控制气控回路的通断。

所述的压力传感器包括：气源进气压力电子式传感器与机械式传感器，用于测量座舱压力控制车的气源进气口的压力、飞机进气压力传感器，用于测量座舱压力控制车的飞机进气口的压力、座舱压力电子式传感器与机械式传感器，用于测量座舱压力控制车的座舱压力反馈口的压力；电子式压力传感器与PLC控制器相连接并传递测量到的压力信号，机械式压力传感器直接用于机械式指针仪表的显示。

所述的座舱压力控制车的车体下方安装有脚轮，便于设备的移动。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

(1)传统的座舱功能试验设备采用人工手动操作的方式，试验过程需多人协调操作；的试验操作由程序自动控制运行，试验操作人员较少，有效提高试验效率；

(2)传统的座舱功能试验设备，试验参数的显示设备分散，且多为机械指针式仪表，测量精度低，且不同的操作人员会读出不同的试验参数；本装置测量设备均为电子式传感器，所有测量参数可集中显示在触摸屏上，同时备有指针式仪表用于粗调显示；

(3)试验的流程控制采用PLC控制，PLC能适应较为恶劣的运行环境，抗干扰和稳定性强，使得试验流程的稳定性得以提高，其模块化的组成形式方便了扩展以及故障时的更换；

(4)本装置对飞机座舱的气密性检查采用基于流量计的质量流量检测法，相比于传统的压降法检测，不仅提高了测试精度，同时降低了试验时间；

(5)传统的座舱功能试验设备庞大复杂，需将飞机拖至试验设备附近场地，试验的准备时间较长，耗时耗力；本装置为可移动手推车式，将试验设备全部集成在试验控制车中，而控制车占用空间较小，在飞机总装车间，可利用车间工厂气源直接进行座舱功能试验，并且在完成后可轻松移至下一架试验飞机进行试验，大大节省了试验准备时间；

(6)传统的座舱功能试验设备需要试验操作人员手动记录试验过程数据及试验结果数据，本装置可自动完成试验过程中的数据记录存档，并且可复制到可移动存储设备中，方便试验数据处理。

附图说明

以下通过附图对本发明所公开的技术方案做一详细的描述：

图1为本装置现场布置接线示意图；

图2为本装置的座舱压力控制车外部结构示意图；

图3为本装置的座舱压力控制车内部管路控制结构原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明装置包括：气源进气软管2、不锈钢体的座舱压力控制车3、飞机进气软管5、座舱压力反馈软管4和旁通排气软管6。在飞机环境控制系统座舱功能试验现场的布置接线中，气源进气软管2连接飞机装配厂的压缩气源1和座舱压力控制车3用于向座舱压力控制车3供气。飞机进气软管5连接座舱压力控制车3和试验飞机7，用于向试验飞机7供气。座舱压力反馈软管4连接座舱压力控制车3和试验飞机7，用于将飞机座舱压力反馈至座舱压力控制车3。旁通排气软管6连接座舱压力控制车3和消音器8，用于将飞机座舱余气排出。

如图2所示，座舱压力控制车3外部包括：触摸屏9、电源显示灯10、电源开关11、气源进气压力表12、座舱压力表13、座舱压力反馈口14、座舱进气口15、旁通排气口16、脚轮17和气源进气口18。其中：触摸屏9用于显示试验过程中的设备状态和试验参数，并控制试验流程；电源显示灯10用于显示座舱压力控制车3的电源状态；电源开关11用于开启关闭座舱压力控制车3的电源；气源进气压力表12用于显示座舱压力控制车3的气源进气压力；座舱压力表13用于显示试验飞机7的座舱压力；座舱压力反馈口14用于连接座舱压力反馈软管4；座舱进气口15用于连接飞机进气软管5；旁通排气口16用于连接旁通排气软管6；车轮17位于座舱压力控制车3底部，用于移动座舱压力控制车3，便于试验准备；气源进气口18用于连接气源进气软管2。

如图3所示，座舱压力控制车3内部管路控制结构原理图，包括：空气调节管路系统、气动阀控制组件、压力传感器、PLC控制器27和触摸屏9。空气调节管路系统包括：气源进气口18、气动球阀23与34、气动减压阀22、质量流量计21、气动流量调节阀20、安全阀19、座舱进气口15和旁通排气口16，其中：飞机装配厂的压缩空气通过气源进气口18进入空气调节管路系统，调节后的压缩空气从座舱进气口15流出空气调节管路系统进入试验飞机7，排气泄压时的压缩空气从旁通排气口16流出空气调节管路系统进入室外，质量流量计21用于测量管道流量并与PLC控制器27相连接用于传输管道的空气流量信号，第一气动球阀23用于控制座舱压力控制车3气源进气的通断，第二气动球阀34用于控制试验飞机7进气的通断，气动减压阀22用于控制试验飞机7的座舱压力，气动调节阀20用于调节旁通排气的速率，安全阀19用于保证在试验过程中减压阀出口压力保持在规定值以内。气动阀控制组件包括：空气过滤器25、精密减压阀26、电气比例阀29与31和电磁阀28与30，其中：空气过滤器25用于净化进入气动阀控制组件中的空气，精密减压阀26为电气比例阀29和31设定工作气源的输入压力，电气比例阀29为气动减压阀22提供控制压力，电磁阀28用于控制电气比例阀29输入气源的通断，电气比例阀31为气动调节阀20提供控制压力，电磁阀30用于控制电气比例阀31输入气源的通断。压力传感器包括气源进气压力传感器24、飞机进气压力传感器33、座舱压力传感器32，气源进气压力传感器24用于测量气源进气口18处的压力，飞机进气压力传感器33用于测量飞机进气口15处的压力，座舱压力传感器32用于测量座舱压力反馈口14处的压力。PLC控制器27接收流量计21的流量信号、气动球阀23与34的状态开关反馈信号、电气比例阀29与31的输出压力信号和压力传感器24、32、33的测量信号，并发出气动球阀23与34和电气比例阀29与31的控制信号，PLC控制器27与上位机触摸屏9相连接，进行通信和数据交换。触摸屏9连接PLC控制器27，用于控制座舱试验的流程，实时显示试验系统中的设备工作状态和试验参数，并可进行数据存档等功能。

飞机环境控制系统座舱功能试验主要包括4PSI气密座舱检查、8PSI气密座舱检查和释压能力检查等试验项目。下面结合附图说明本专利在进行飞机环境控制系统座舱功能试验的详细实施方式和具体的操作过程。

(1)分别将气源进气软管2连接飞机装配厂的压缩气源1和座舱压力控制车3，飞机进气软管5连接座舱压力控制车3和试验飞机7，座舱压力反馈软管4连接座舱压力控制车3和试验飞机7，旁通排气软管6连接座舱压力控制车3和消音器8。试验准备工作完成后，开启电源开关11，由上位机触摸屏9启动试验操作程序。

(2)自动打开气动球阀23和34，压缩气源进入座舱压力控制车3，此时电气比例阀31无压力信号输出，气动流量调节阀20处于关闭，电气比例阀29根据飞机座舱的压力传感器32的反馈信号调节气动减压阀22的控制压力，调节气动减压阀22的开度。

(3)经气动减压阀22调压后的压缩空气流经过流量计21和气动球阀34后，通过飞机进气软管5进入试验飞机7，向座舱充压。

(4)PLC控制器27依据座舱压力传感器32的压力信号，不断调节控制电气比例阀29的输出压力大小，从而控制气动减压阀22的开度，以试验规定的充压速度向飞机座舱充压，直至飞机座舱压力达到规定值并保持稳定。

(5)当触摸屏9显示试验飞机7的座舱压力已达到规定值并保持稳定时，此时流量计21测量到的管道流量会显示在触摸屏9上，通过该流量来判断飞机座舱泄漏量是否符合标准、释压能力是否正常以及座舱调压功能是否正常。

(6)当座舱试验出现异常时，可通过触摸屏9暂停试验，PLC控制器27控制电气比例阀29输出压力为零将气动减压阀22关闭，控制电气比例阀31输出压力缓慢打开气动调节阀20，将飞机座舱余气通过消音器8排出，当座舱压力为零时，由试验人员对飞机进行检修排故。

(7)排故完成后，通过触摸屏9重复上述3至5步骤。试验完成后，通过触摸屏9退出试验，PLC控制器27控制气动球阀23关闭，控制电气比例阀29输出压力为零关闭气动球阀23，关闭电磁阀28，控制电气比例阀31调节气动调节阀20的开度，将飞机座舱余压空气按要求速率排出，之后控制电气比例阀31输出压力为零关闭气动调节阀20，关闭电磁阀30，关闭气动球阀34。

(8)整个试验过程的试验数据由触摸屏9全程记录存档，并且可拷贝至可移动存储设备，方便对数据进行整理总结。

本试验装置采用了PLC控制技术和自动控制技术，实现环控系统座舱功能试验的多参数集中控制和自动控制，应用质量流量法检测飞机座舱的气密性，提高了试验精度，同时降低了试验时间，可移动的试验装置快捷了试验的现场准备，提高试验效率。

Claims (9)

1.一种用于民用飞机环境控制系统座舱功能试验的自动化装置，包括气源进气软管、座舱压力控制车、飞机进气软管、座舱压力反馈软管和旁通排气软管，其中：座舱压力控制车为可移动的，气源进气软管将座舱压力控制车的气源进气口与飞机装配厂的压缩气源相连接，用于将飞机装配厂的压缩气源通入座舱压力控制车进行调节控制；飞机进气软管将座舱压力控制车的座舱进气口与试验飞机的座舱相连接，用于将经过座舱压力控制车调节后的压缩空气通入试验飞机的座舱；座舱压力反馈软管将试验飞机的座舱取压口与座舱压力控制车的座舱压力反馈口相连接，用于在对试验飞机的座舱进行充压时，将试验飞机的座舱压力反馈至座舱压力控制车的座舱压力反馈口，座舱压力控制车通过对座舱压力反馈口的压力测量，实现对试验飞机的座舱压力的实时监测；旁通排气软管将座舱压力控制车的旁通排气口与消音器相连接，用于在完成飞机座舱试验后，通过旁通排气软管对试验飞机进行排气泄压，通过与消音器相连，降低现场噪声，改善试验环境。

2.根据权利要求1所述的用于民用飞机环境控制系统座舱功能试验的自动化装置，其特征在于，所述的气源进气软管一端连接飞机装配厂经过滤后的压缩气源。

3.根据权利要求1所述的用于民用飞机环境控制系统座舱功能试验的自动化装置，其特征在于，所述的座舱压力控制车为三层结构：最下层为空气调节管路系统，对进入座舱压力控制车的压缩空气进行调节；中间层为气动阀控制组件和压力传感器，用于测量和控制压力；上层为控制器，用于接收空气调节管路系统、气动阀控制组件和压力传感器的信号并发送控制信号。

4.根据权利要求3所述的用于民用飞机环境控制系统座舱功能试验的自动化装置，其特征在于，所述的控制器为PLC控制器。

5.根据权利要求4所述的用于民用飞机环境控制系统座舱功能试验的自动化装置，其特征在于，所述的座舱压力控制车还包括一操作面板，所述的操作面板上包括触摸屏、电源开关、电源指示灯和压力显示仪表，所述的PLC控制器与触摸屏相连接，进行通信和数据交换，触摸屏作为上位机连接PLC控制器，用于控制座舱试验的流程，实时显示试验系统中的设备工作状态和试验参数，并可进行数据存档。

6.根据权利要求4所述的用于民用飞机环境控制系统座舱功能试验的自动化装置，其特征在于，所述的空气调节管路系统上依次为气源进气口、第一个气动球阀、气动减压阀和质量流量计，质量流量计之后分为三条管路，一路为第二个气动球阀和座舱进气口，另一路为气动流量调节阀和旁通排气口，第三路为安全阀和旁通排气口，其中：飞机装配厂的压缩气源通过气源进气口进入空气调节管路系统，调节后的压缩空气从座舱进气口流出空气调节管路系统进入试验飞机，排气泄压时的压缩空气从旁通排气口流出空气调节管路系统进入消音器，质量流量计与PLC控制器相连接用于传输管道的空气流量信号，气动球阀与PLC控制器相连接用于传输气动球阀的开关状态信号与控制信号，气动流量调节阀用于调节排气泄压时的速率，安全阀用于设定座舱进气口的最大压力。

7.根据权利要求6所述的用于民用飞机环境控制系统座舱功能试验的自动化装置，其特征在于，所述的气动阀控制组件包括：一个空气过滤器、一个精密减压阀、两个电气比例阀和两个电磁阀，其中：空气过滤器的入口在气源进气口与第一个气动球阀之间，空气过滤器的出口端连接精密减压阀，精密减压阀出口端并联连接二条气动管路，每条气动管路上依次连接一个电磁阀和电气比例阀；第一条气动管路的电气比例阀出口端连接到空气调节管路系统的气动减压阀上；第二条气动管路的电气比例阀出口端连接到空气调节管路系统的气动流量调节阀上；二个电磁阀和二个电气比例阀分别与PLC控制器相连接并传输阀的状态信号与控制信号，通过调节电气比例阀的输入信号可控制电气比例阀的输出压力，进而控制气动减压阀和气动流量调节阀的开度，从而达到控制气动减压阀输出压力和气动流量调节阀输出流量的目的，连接电气比例阀与精密减压阀之间的电磁阀用于控制气控回路的通断。

8.根据权利要求6所述的用于民用飞机环境控制系统座舱功能试验的自动化装置，其特征在于，所述的压力传感器包括：气源进气压力电子式传感器与机械式传感器，用于测量座舱压力控制车的气源进气口的压力；飞机进气压力传感器，用于测量座舱压力控制车的飞机进气口的压力；座舱压力电子式传感器与机械式传感器，用于测量座舱压力控制车的座舱压力反馈口的压力；其中，电子式压力传感器与PLC控制器相连接并传递测量到的压力信号，机械式压力传感器直接用于机械式指针仪表的显示。

9.根据权利要求1所述的用于民用飞机环境控制系统座舱功能试验的自动化装置，其特征在于，所述的座舱压力控制车的车体下方安装有脚轮，便于设备的移动。

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