CN102935896B - 一种机舱压力调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大中型飞机气密增压试验设备时需要用到的机舱压力调控方法，该方法首先需要通过实验确定在试验环境条件下充气气动薄膜阀的控制电流与输出气体流量之间的对应关系，合理确定机舱压力采样周期；其次需要测量在试验压力设定区间单位采样周期内的压力增量；根据以上测量数据，依次计算压力增量与充气管路流量的对应关系、采集保持机舱压力稳定的充气流量值的经验范围、充气气动薄膜阀的控制电流修正值；最后，根据计算的充气气动薄膜阀的控制电流修正值，重新设置控制电流与气体流量的折算系数，确定试验过程中充气流量的控制程序，保证充气气动薄膜阀输出精确的气体流量，实现机舱压力调控自动化。

Description

一种机舱压力调控方法

技术领域

本发明涉及一种机舱压力调控方法，主要用在大中型飞机气密增压试验需要恒压保持时的充气调控方法。

背景技术

大中型飞机在机体装配完成后或涉及机身结构的改装和大修之后，需要进行气密增压试验，以检验机舱的抗压能力。具体讲就是给机舱充气直至达到一定的压力范围，保持一定时间，然后让机舱自然泄压。

在机舱压力保持期间，由于每架飞机机舱的密封性不同，在保持机舱压力恒定时需要补充的气体流量也不同，同时，机舱容积的大小直接影响充气过程压力的响应时间，这对自动充气控制系统带来了难题，工程实践中为解决此难题，工程技术人员尝试了多种办法，有的项目采取半自动控制系统，即在机舱压力达到试验压力最低设定值后，试验人员需要一边看机舱压力显示仪表的示值，一边调节充气控制旋钮的大小，同时还要兼顾查看试验压力稳定后所持续的时间。

基于以上原因，本文提出了一种新的机舱压力调控方法，可以绕过飞机机舱的密封性，仅从机舱压力变化量、机舱容积、气动薄膜阀控制电流与气体流量的关系等几个可测参数和已知参数入手，计算出机舱漏气量和充气阀门控制电流修订系数，以此相应调整充气阀门控制电流参数，使得充气阀门充气流量等于机舱漏气量，实现保压期间机舱压力保持稳定的目的。

发明内容

本发明的目的在于：从机舱压力变化量、机舱容积、气动薄膜阀控制电流与气体流量的关系等几个可测参数和已知参数入手，计算出机舱漏气量和充气阀门控制电流修订系数，以此相应调整充气阀门控制电流参数，使得充气阀门充气流量等于机舱漏气量，实现保压期间机舱压力保持稳定。

一种机舱气密增压试验装置包括过滤器、自力式压力调节阀、涡街流量装置、粗调气动薄膜阀、细调气动薄膜阀、压力传感器、放气气动薄膜阀、多功能输入输出板、工控机主机；过滤器、自力式压力调节阀、涡街流量装置、粗调气动薄膜阀、机舱和放气气动薄膜阀通过管路相连，粗调气动薄膜阀处并联有细调气动薄膜阀，放气气动薄膜阀和机舱之间的管路上安装有压力传感器；涡街流量装置和压力传感器信号输出端接入多功能输入输出板的电流输入端，粗调气动薄膜阀、细调气动薄膜阀和放气气动薄膜阀电流受控端接入多功能输入输出板电流输出端，多功能输入输出板装在工控机主机内。

使用上述机舱气密增压试验装置的调控方法，按以下步骤：

步骤1：通过实验确定在试验环境条件下粗调、细调气动薄膜阀的控制电流与输出气体流量间的对应关系；

步骤2：确定机舱压力采样周期

首先关闭放气气动薄膜阀，给粗调、细调气动薄膜阀同时施加12mA电流并持续1min；

其次用数字示波器监测压力传感器输出的压力量值，待检测到的压力稳定后，贮存其波形；

再次调出数字示波器贮存的波形并进行分析；

最后比较t₁与t₂-60s的大小，取其大者取整后加2s作为机舱压力采样周期；

步骤3：确定在试验压力设定区间单位采样周期内的压力增量

当机舱压力达到试验压力最低设定值时，记录粗调、细调气动薄膜阀的控制电流I₁、I₂，当下一个采样周期到达时，记录机舱压力P₁，再下一个采样周期到达时，记录机舱压力P₂，则单位采样周期内机舱压力的增量为：ΔP＝P₂-P₁；

步骤4：计算压力增量的充气管路折算流量

按以下方法计算压力增量的充气管路折算流量：

根据流体的连续性方程，在一个采样周期内，充入机舱的气体体积等于从机舱漏出的气体体积加上机舱压力增量折合的气体体积，可建立以下等式：

P·Q_粗阀·t+P·Q_细阀·t＝V_放+V·ΔP/P₀    (1)

式中P：管路压力、Q_粗阀：粗调气动薄膜阀的流量、Q_细阀：细调气动薄膜阀的流量、t：采样周期、V_放：机舱的漏气体积、V：机舱容积、ΔP：机舱压力增量、P₀：大气压；

将(1)式两边同除以P·t得：

Q_粗阀+Q_细阀＝V_放/P·t+V·ΔP/(P₀·P·t)   (2)

则(2)式中的V·ΔP/(P₀·P·t)为压力增量的充气管路折算流量；

步骤5：计算保持机舱压力稳定的充气流量

根据粗调、细调气动薄膜阀当前状态下的控制电流，结合步骤1中控制电流与气体流量的对应关系，计算出当前状态下的总充气流量Q_总，用总充气流量Q_总减去压力增量的充气管路折算流量V·ΔP/(P₀·P·t)，则应是保持机舱压力稳定的充气流量，即为：

Q_充＝Q_总-V·ΔP/(P0·P·t)；

步骤6：计算粗调、细调气动薄膜阀的控制电流修正值

根据计算的保持机舱压力稳定的充气流量Q_充，结合步骤1中粗调、细调气动薄膜阀控制电流与气体流量的对应关系中的实验数据，重新计算充气阀门控制电流的组合值，计算的控制电流为小数时，应取整；

步骤7：确定试验过程中充气流量的控制参数

根据计算的粗调、细调气动薄膜阀的控制电流修正值，重新设置控制电流与气体流量的折算系数，确定试验过程中充气流量的控制参数，保证在粗调、细调气动薄膜阀控制电流驱动下输出精确的气体流量。

技术效果：本方法可以将机舱压力稳定在设定值+0.5kPa以内。

附图说明

图1为机舱气密增压试验装置系统组成原理示意图，其中，1：气源入口，2：空气过滤器，3：自力式压力调节阀，4：涡街流量计，5：粗调气动薄膜阀，6：细调气动薄膜阀，7：受试飞机，8：压力传感器，9：放气气动薄膜阀，10：多功能输入输出板，11：键盘，12：工控机主机，13：显示器。

图2为本发明流程示意图；

图3为数字示波器监测的机舱压力随时间的变化曲线示意图，其中：

1)纵坐标代表机舱压力P，起点压力为气动薄膜阀打开时刻机舱内的表压，即试验现场的大气压，单位可以是Pa或kPa；

2)横坐标代表时间t，起点时刻为气动薄膜阀打开的时刻，单位是秒；

3)t₁表示从气动薄膜阀打开到机舱压力出现变化时的时间；

4)60s表示气动薄膜阀从打开到关闭的设定时间；

5)t₂表示从气动薄膜阀打开起，经历气动薄膜阀关闭后，机舱压力达到最大之后开始下降时的时间。

图4为试验充气阶段机舱压力随时间的变化曲线示意图，其中：

1)纵坐标代表机舱压力P，单位可以是Pa或kPa；

2)横坐标代表时间t，单位是秒；

3)两坐标轴的交点并不代表试验时间的起点和压力的0点，而是代表机舱压力接近试验压力区间的低点某时刻的压力值；

4)t₀表示采样周期；

5)P₀表示试验压力最低设定值，P₁表示第一个采样周期末的机舱压力，P₂第二个采样周期末的机舱压力，P₃表示试验压力最大允许值。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作具体描述。

本机舱压力调控方法的应用基于图1所示机舱气密增压试验装置，其包括过滤器2、自力式压力调节阀3、涡街流量装置4、粗调气动薄膜阀5、细调气动薄膜阀6、压力传感器8、放气气动薄膜阀9、多功能输入输出板10、键盘11、工控机主机12、显示器13；过滤器2、自力式压力调节阀3、涡街流量装置4、粗调气动薄膜阀5、机舱7和放气气动薄膜阀9通过管路相连，粗调气动薄膜阀5处并联有细调气动薄膜阀6，放气气动薄膜阀9和机舱7之间的管路上安装有压力传感器8；涡街流量装置4和压力传感器8信号输出端接入多功能输入输出板10的电流输入端，粗调气动薄膜阀5、细调气动薄膜阀6和放气气动薄膜阀9电流受控端接入多功能输入输出板10电流输出端，多功能输入输出板10装在工控机主机12内，试验时外接气源从气源入口1处进入机舱气密增压试验装置。

一种机舱压力调控方法，其流程如图2所示，包括以下步骤：

步骤1：通过实验分别确定在试验环境条件下粗调气动薄膜阀5和细调充气气动薄膜阀6的控制电流与输出气体流量间的对应关系，并将实验结果填入表1和表2；

表1粗调气动薄膜阀控制电流与通过流量对应关系表

表2细调气动薄膜阀控制电流与通过流量对应关系表

步骤2：确定机舱7压力采样周期

按以下步骤确定机舱7压力采样周期：

(1)关闭放气气动薄膜阀9，给粗调和细调气动薄膜阀5、6同时施加12mA电流并持续1min；

(2)用数字示波器监测压力传感器8输出的压力量值，待检测到的压力稳定后，贮存其波形；

(3)调出数字示波器贮存的波形，并进行分析；

(4)比较t₁与t₂-60s的大小，取其大者取整后加2s作为机舱压力采样周期；其波形如图3所示。

步骤3：确定在试验压力设定区间单位采样周期内的压力增量

按以下方法确定在试验压力设定区间单位采样周期内的压力增量：当机舱压力达到试验压力最低设定值时，记录粗调气动薄膜阀5和细调气动薄膜阀6的控制电流I₁、I₂，当下一个采样周期到达时，记录机舱压力P₁，再下一个采样周期到达时，记录机舱压力P₂，P₁、P₂在机舱压力变化曲线上的表示如图4所示，则单位采样周期内机舱压力的增量为：ΔP＝P₂-P₁；

步骤4：计算压力增量的充气管路折算流量

按以下方法计算压力增量的充气管路折算流量：

根据流体的连续性方程，在一个采样周期内，充入机舱7的气体体积等于从机舱7漏出的气体体积加上机舱7压力增量折合的气体体积，可建立以下等式：

P·Q_粗阀·t+P·Q_细阀·t＝V_放+V·ΔP/P₀   (1)

式中P：管路压力、Q_粗阀：粗调气动薄膜阀5的流量、Q_细阀：细调气动薄膜阀6的流量、t：采样周期、V_放：机舱的漏气体积、V：机舱容积、ΔP：机舱压力增量、P₀：大气压；

将(1)式两边同除以P·t得：

Q_粗阀+Q_细阀＝V_放/P·t+V·ΔP/(P₀·P·t)   (2)

则(2)式中的V·ΔP/(P₀·P·t)为压力增量的充气管路折算流量；

步骤5：计算保持机舱7压力稳定的充气流量

根据粗调气动薄膜阀5、细调气动薄膜阀6当前状态下的控制电流，结合步骤1中控制电流与气体流量的对应关系，计算出当前状态下的总充气流量Q_总，用总充气流量Q_总减去压力增量的充气管路折算流量V·ΔP/(P₀·P·t)，则应是保持机舱压力稳定的充气流量，即为：

Q_充＝Q_总-V·ΔP/(P0·P·t)；

步骤6：计算粗调、细调气动薄膜阀5、6的控制电流修正值

根据计算的保持机舱压力稳定的充气流量Q_充，结合步骤1中粗、细调气动薄膜阀5、6控制电流与气体流量的对应关系中的实验数据，重新计算粗、细调气动薄膜阀5、6控制电流的组合值，计算的控制电流为小数时，应取整；

步骤7：确定试验过程中充气流量的控制参数

根据计算的粗调、细调气动薄膜阀5、6的控制电流修正值，重新设置控制电流与气体流量的折算系数，确定试验过程中充气流量的控制参数，保证在粗、细调气动薄膜阀5、6控制电流驱动下输出精确的气体流量。

Claims (1)

1.一种机舱压力调控方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：通过实验确定在试验环境条件下粗调、细调气动薄膜阀的控制电流与输出气体流量间的对应关系；

步骤2：确定机舱压力采样周期

首先关闭放气气动薄膜阀，给粗调、细调气动薄膜阀同时施加12mA电流并持续1min；

其次用数字示波器监测压力传感器输出的压力量值，待检测到的压力稳定后，贮存其波形；

再次调出数字示波器贮存的波形，并进行分析；

最后比较t₁与t₂-60s的大小，取其大者取整后加2s作为机舱压力采样周期；

步骤3：确定在试验压力设定区间单位采样周期内的压力增量

当机舱压力达到试验压力最低设定值时，记录粗调、细调气动薄膜阀的控制电流I₁、I₂，当下一个采样周期到达时，记录机舱压力P₁，再下一个采样周期到达时，记录机舱压力P₂，则单位采样周期内机舱压力的增量为：ΔP＝P₂-P₁；

步骤4：计算压力增量的充气管路折算流量

按以下方法计算压力增量的充气管路折算流量：

根据流体的连续性方程，在一个采样周期内，充入机舱的气体体积等于从机舱漏出的气体体积加上机舱压力增量折合的气体体积，可建立以下等式：

P·Q_粗阀·t+P·Q_细阀·t＝V_放+V·ΔP/P₀   (1)

式中P：管路压力、Q_粗阀：粗调气动薄膜阀的流量、Q_细阀：细调气动薄膜阀的流量、t：采样周期、V_放：机舱的漏气体积、V：机舱容积、ΔP：机舱压力增量、P₀：大气压；

将(1)式两边同除以P·t得：

Q_粗阀+Q_细阀＝V_放/P·t+V·ΔP/(P₀·P·t)   (2)

则(2)式中的V·ΔP/(P₀·P·t)为压力增量的充气管路折算流量；

步骤5：计算保持机舱压力稳定的充气流量

根据粗调、细调气动薄膜阀当前状态下的控制电流，结合步骤1中控制电流与气体流量的对应关系，计算出当前状态下的总充气流量Q_总，用总充气流量Q_总减去压力增量的充气管路折算流量V·ΔP/(P₀·P·t)，则应是保持机舱压力稳定的充气流量，即为：

Q_充＝Q_总-V·ΔP/(P₀·P·t)；

步骤6：计算粗调、细调气动薄膜阀的控制电流修正值

根据计算的保持机舱压力稳定的充气流量Q_充，结合步骤1中粗调、细调气动薄膜阀控制电流与气体流量的对应关系中的实验数据，重新计算充气阀门控制电流的组合值，计算的控制电流为小数时，应取整；

步骤7：确定试验过程中充气流量的控制参数

根据计算的粗调、细调气动薄膜阀的控制电流修正值，重新设置控制电流与气体流量的折算系数，确定试验过程中充气流量的控制参数，保证在粗调、细调气动薄膜阀控制电流驱动下输出精确的气体流量。