CN103149041B - 蓄压型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统与方法 - Google Patents

Abstract

一种蓄压型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统及方法，属于飞机燃油系统技术领域。其特征在于包括客舱压力模拟箱（4）、高压油箱（9）、低压油箱（16）和大气压力模拟箱（20）依次串联连接；其中高压油箱（9）安装于第一水平调节台（30）上、低压油箱（16）安装于第二水平调节台（24）上；客舱压力模拟箱（4）和大气压力模拟箱（20）之间采用蓄压舱（31）连接；油气分离器（32）安装于蓄压舱（31）和真空泵（36）的管路之间；高压氮气罐（1）与客舱压力模拟箱（4）连接。与传统的飞机燃油试验系统相比，不但具有飞机辅助燃油系统气压转输燃油性能的验证和测试功能，而且具有结构简单、检测方便、安全防爆等优点。

Description

蓄压型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统与方法

所属技术领域

本发明涉及一种蓄压型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统及方法，属于飞机燃油系统技术领域。

背景技术

飞机燃油系统的主要功能是存储可用燃油，保证飞机在一切飞行状态和工作条件下可以连续可靠地向发动机供油，飞机燃油系统的安全稳定运行直接影响飞机发动机性能的发挥和飞机的安全性。随着现代飞机技术在不断发展，飞机飞行高度的不断增加、飞机吨位的不断增大、飞机留空时间的延长，对飞机燃油系统的油箱容量、耗油过程的重心控制、燃油泵的高空性能以及防火防雷击防污染能力等的要求也不断提高。飞机辅助燃油系统的气压转输技术是指飞机在高空飞行时，利用飞机客舱与机舱外界大气存在的压力差，将燃油从高压区的前后货舱油箱转输至低压区的工作油箱，这种替代传统的泵传输方式的燃油传输方法，不但可避免燃油泵在高空产生气蚀或燃油的过量蒸发，节省飞机能耗并减轻重量，而且可以增加飞机载油量、提高飞机的载油系数，还可以通过各油箱的燃油按一定的顺序和比例输送到消耗油箱，以保证飞行过程中飞机重心的保持，获得良好的飞机操纵安定性。尤其是对于军用飞机，如何在舱内有限的空间内充分利用货舱油箱，采用气压转输技术进行工作油箱的燃油补给，对延长战机执行任务的时间或作战航程具有重要意义。

本试验系统的目的是，通过搭建试验台，研究飞机辅助燃油系统气压转输技术的可行性，并获得转输过程中油箱压力、流量等相关参数的定量关系，为飞机辅助燃油系统气压转输燃油系统的设计优化提供基础。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、易操作、安全防爆、检测方便的蓄压型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统及方法。

一种蓄压型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统，其特征在于包括：高压氮气罐、客舱压力模拟箱、高压油箱、低压油箱、大气压力模拟箱、蓄压舱、油气分离器、真空泵。高压油箱安装于第一水平调节台上、低压油箱安装于第二水平调节台上。高压氮气罐通过第一空气管道与客舱压力模拟箱相连，客舱压力模拟箱通过第二空气管道与高压油箱的引气出口相连，高压油箱的出口通过燃油转输管道与低压油箱的入口相连，低压油箱的出口通过燃油循环管道与高压油箱的回油入口相连，低压油箱的引气出口通过第三空气管道与大气压力模拟箱相连，大气压力模拟箱通过第四空气管道与蓄压舱相连，蓄压舱通过第五空气管道与客舱压力模拟箱相连。油气分离器安装于蓄压舱和真空泵的管路之间。第一空气管道内在高压氮气罐的出口管段安装有第一压力调节阀。第二空气管道安装有单向阀和第一截止阀。燃油转输管道内从高压油箱的出口到低压油箱的入口依次安装有流量计、第二截止阀。燃油循环管道内从低压油箱的出口到高压油箱的回油入口依次安装有第五截止阀、Y型过滤器、燃油泵、第六截止阀。第三空气管道内安装有第三截止阀。第四空气管道内从大气压力模拟箱到蓄压舱依次安装有第二压力调节阀、第四截止阀。第五空气管道内从蓄压舱到客舱压力模拟箱依次安装有第七截止阀、第三压力调节阀。该系统还包括探头位于客舱压力模拟箱内的第一压力变送器、探头位于高压油箱内的第二压力变送器、探头位于燃油转输管道内的第三压力变送器、探头位于低压油箱内的第四压力变送器、探头位于大气压力模拟箱内的第五压力变送器。

上述蓄压型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验方法，其特征在于包括以下过程：

步骤a、本系统为了实现燃油转输试验的安全，在系统运行前对客舱压力模拟箱、大气压力模拟箱和蓄压舱内充入氮气，将舱内氧气溶度降低至12％以下，且客舱压力模拟箱的补充气体采用高压氮气罐内的氮气；

步骤b、系统运行时，将高压油箱内注满试验燃油，低压油箱内为空，关闭系统内所有截止阀和压力调节阀；

步骤c、利用真空泵对客舱压力模拟箱抽真空，具体操作过程包括：打开第七截止阀和第三压力调节阀，关闭系统内其他截止阀和压力调节阀，使得客舱压力模拟箱依次通过第五空气管道、蓄压舱、油气分离器与真空泵连通，利用第一压力变送器和第三压力调节阀的压力信号，通过电控系统控制真空泵变频工作实现客舱压力模拟箱的初始压力值维持在第一高度对应的压力，模拟飞机在高空飞行时的座舱压力即飞机高压区油箱压力状况，然后关闭第七截止阀；

步骤d、利用真空泵对大气压力模拟箱抽真空，具体操作过程包括：再打开第三截止阀、第二压力调节阀和第四截止阀，关闭系统内其他截止阀和压力调节阀，使得低压油箱通过第三空气管道与大气压力模拟箱连通，大气压力模拟箱依次通过第四空气管道、蓄压舱、油气分离器与真空泵连通，利用第四压力变送器、第五压力变送器和第二压力调节阀的压力信号，通过电控系统联合控制真空泵变频工作直至低压油箱和大气压力模拟箱内的初始压力值稳定于飞机在第二高度飞行时机舱外界环境的大气压力值，模拟飞机低压区油箱压力状况，然后关闭第四截止阀；

步骤e、利用真空泵对蓄压舱抽真空，由于试验中的大气压力模拟箱内模拟的最小压力为第三高度对应的大气压力，为保证蓄压舱对大气环境模拟舱具有足够的抽吸作用，则蓄压舱的初始真空压力是在第三高度大气压力的4％～6％；

步骤f、保持客舱压力模拟箱和大气压力模拟箱的初始压力不变，利用第一水平调节台和第二水平调节台模拟高压油箱和低压油箱的相对水平高度，消除该试验工况下燃油重力引起的水力压头误差；打开单向阀、第一截止阀、第二截止阀和第三截止阀，关闭系统内其他截止阀和压力调节阀，利用客舱压力模拟箱和大气压力模拟箱之间的压力差，将高压油箱内的燃油压入燃油转输管道输入低压油箱，直至高压油箱内的燃油全部被转输至低压油箱，关闭第二截止阀和第三截止阀；至此完成飞机在第二高度时的气压转输燃油模拟试验过程；同时由于气压转输燃油过程中的燃油转输引起高压油箱内液位下降，低压油箱内液位增加、气体容积减少，导致客舱压力模拟箱内气体压力降低、大气压力模拟箱内压力升高，故为实现燃油转输试验过程中的客舱压力模拟箱和大气压力模拟箱的恒压控制，需分别利用第一压力变送器、第五压力变送器对气压转输燃油过程中的客舱压力模拟箱、大气压力模拟箱内的压力进行测量和监控；并且利用第一压力变送器联动控制第一压力调节阀从高压氮气罐中补充一定量的气体进入客舱压力模拟箱，以保证客舱压力模拟箱内压力恒定，同时利用第五压力变送器联动控制第二压力调节阀和第四截止阀从大气压力模拟箱抽吸一定量的气体进入蓄压舱，以保持大气压力模拟箱内压力的恒定；

步骤g、该系统还包括燃油循环使用功能：在上述步骤f结束后，打开第五截止阀和第六截止阀，关闭系统内其他截止阀和压力调节阀，启动燃油泵，将低压油箱的燃油泵入燃油循环管道进入高压油箱，直至高压油箱内注满燃油使得本试验系统可重复进行下一次试验，关闭第五截止阀、燃油泵和第六截止阀；

步骤h、上述试验步骤f的气压转输燃油过程中，利用第二压力变送器、第四压力变送器分别测量高压油箱、低压油箱的压力，通过采集系统观测气压转输燃油过程中高压油箱和低压油箱的压力变化速率和趋势，并记录数据，得到高压油箱和低压油箱之间的压力变化关系曲线；利用第三压力变送器和流量计测量燃油转输管道内被转输的燃油压力和流量，并利用采集系统自动采集数据，得到气压转输过程中燃油转输管道内燃油压力和流量之间的关系曲线；更换所选第二高度的值，重复b-c-d-e-f-g步骤，完成不同飞行高度下的气压转输燃油试验；最后得到不同试验工况下，高压油箱和低压油箱内的压力随飞行高度改变的变化曲线，以及燃油转输管道内被转输的燃油压力和流量随飞行高度变化特性曲线，研究气压转输燃油过程中随飞行高度变化的燃油传输特性；

上述第一高度指飞机座舱内满足人体舒适要求的压力值所对应的大气高度；第三高度指试验中所模拟的飞机最大飞行高度；第二高度指模拟的飞机飞行高度，取值范围为第一高度和第三高度之间；上述所有高度和压力之间的换算公式为国际标准大气压力公式：

当高度0＜H＜H_S时，

$p=p_0{\left(\frac{T_0-\mathrm{LH}}{T_0}\right)}^{\frac{g}{\mathrm{LR}}}=101300\×{\left(\frac{288.15-0.0065\×H}{288.15}\right)}^{\frac{9..8}{0.0065\×287}}\left(\mathrm{Pa}\right)$

当高度H_S＜H＜20000m时，

$p=p_S\exp \left[\frac{g(H_S-H)}{T_{S}R}\right]=22609\×\exp \left[\frac{9.8(11000-H)}{216.65\×287}\right]\left(\mathrm{Pa}\right)$

式中，常量：p₀＝101300Pa，标准海平线压力；T₀＝288.15K，标准海平线温度；L＝0.0065K/m,初始递减率；g＝9.8m/s²，重力加速度；R＝287m²/s²/K,空气气体常数；H_S＝11000m，平流底层高度；p_S＝22609Pa，平流底层压力，T_S＝216.65K，平流底层温度；

变量：H——高度，m；p——大气压力，Pa。

蓄压型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统的工作原理在于：利用客舱压力模拟箱模拟飞机在高空飞行时的座舱压力即飞机高压区油箱压力状况，利用大气压力模拟箱模拟飞机在高空飞行时的舱外环境大气压力即飞机低压区油箱压力状况，高压油箱、低压油箱分别模拟飞机高压区油箱和飞机低压区油箱，通过利用客舱压力模拟箱和大气压力模拟箱之间的压差模拟飞机高压区油箱和飞机低压区油箱之间的压差，将燃油从高压油箱转输至低压油箱，实现对飞机高空飞行时的气压转输燃油过程的模拟。其中客舱压力模拟箱和大气压力模拟箱的初始压力值是由真空泵变频工作对客舱压力模拟箱和大气压力模拟箱抽真空实现。试验过程中利用第一水平调节台和第二水平调节台模拟高压油箱和低压油箱的相对水平高度，消除高压油箱和低压油箱内燃油重力引起的水力压头误差。同时在试验过程中，由于燃油转输引起高压油箱内液位下降，导致客舱压力模拟箱内气体压力降低，需利用第一压力变送器联动控制第一压力调节阀从高压氮气罐中补充一定量的气体进入客舱压力模拟箱以保证压力恒定；由于燃油转输引起的低压油箱内液位增加或气体容积减少，导致大气压力模拟箱内压力升高，需从大气压力模拟箱抽吸出一定量的气体以保证大气压力模拟箱的压力恒定，为保证蓄压舱对大气压力模拟舱具有足够大的抽吸作用和抽吸空间，需利用真空泵将蓄压舱的压力抽至大气压力模拟箱内模拟的最小压力的4％～6％，且蓄压舱的体积是大气压力模拟箱体积的20～40倍。本发明装置为了实现燃油转输试验的安全，高压氮气罐内存储的是氮气，通过第一压力调节阀对客舱压力模拟箱补充气体时，可降低箱内氧气浓度达到防爆目的；真空泵的入口前安装有油气分离器，主要作用是分离出真空泵抽吸出的气体中的燃油蒸汽，避免燃油试验的潜在危险发生。

蓄压型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统，其特征在于：所述高压油箱为一个独立的高压油箱，或多个独立的高压油箱串联组成。

蓄压型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统，其特征在于：所述低压油箱为一个独立的低压油箱，或多个独立低压油箱串联组成。

与现有的飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验装置相比，本发明装置具有安全防爆、结构简单、易操作、循环使用、检测方便的特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图中标号说明：1.高压氮气罐，2.第一压力调节阀，3.第一空气管道，4.客舱压力模拟箱，5.第一压力变送器，6.第二空气管道，7.单向阀，8.第一截止阀，9.高压油箱，10.第二压力变送器，11.第三压力变送器，12.流量计，13.第二截止阀，14.燃油转输管道，15.第四压力变送器，16.低压油箱，17.第三空气管道，18.第三截止阀，19.第五压力变送器，20.大气压力模拟箱，21.第四空气管道，22.第二压力调节阀，23.第四截止阀，24.第二水平调节台，25.燃油循环管道，26.第五截止阀，27.Y型过滤器，28.燃油泵，29.第六截止阀，30.第一水平调节台，31.蓄压舱，32.油气分离器，33.第五空气管道，34.第七截止阀，35.第三压力调节阀，36.真空泵。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的蓄压型飞机辅助燃油气压转输试验系统，包括高压氮气罐1，第一压力调节阀2，第一空气管道3，客舱压力模拟箱4，第一压力变送器5，第二空气管道6，单向阀7，第一截止阀8，高压油箱9，第二压力变送器10，第三压力变送器11，流量计12，第二截止阀13，燃油转输管道14，第四压力变送器15，低压油箱16，第三空气管道17，第三截止阀18，第五压力变送器19，大气压力模拟箱20，第四空气管道21，第二压力调节阀22，第四截止阀23，第二水平调节台24，燃油循环管道25，第五截止阀26，Y型过滤器27，燃油泵28，第六截止阀29，第一水平调节台30，蓄压舱31，油气分离器32，第五空气管道33，第七截止阀34，第三压力调节阀35，真空泵36。高压氮气罐1通过第一空气管道3与客舱压力模拟箱4相连，客舱压力模拟箱4通过第二空气管道6与高压油箱9的引气出口相连，高压油箱9的出口通过燃油转输管道14与低压油箱16的入口相连，低压油箱16的出口通过燃油循环管道25与高压油箱9的回油口相连，低压油箱16的引气出口通过第三空气管道17与大气压力模拟箱20相连，大气压力模拟箱20通过第四空气管道21与蓄压舱31相连，蓄压舱31通过第五空气管道33与客舱压力模拟箱4相连。油气分离器32安装于蓄压舱31和真空泵36的管路之间。

第一空气管道3内安装有第一压力调节阀2。第二空气管道6内安装有单向阀7和第一截止阀8。燃油转输管道14内依次安装有流量计12、第二截止阀13。燃油循环管道25内依次安装有第五截止阀26、Y型过滤器27、燃油泵28、第六截止阀29。第三空气管道17内安装有第三截止阀18。第四空气管道21内从大气压力模拟箱20到蓄压舱31依次安装有第二压力调节阀22、第四截止阀23。第五空气管道33内从蓄压舱31到客舱压力模拟箱4依次安装有第七截止阀34、第三压力调节阀35。其中第一空气管道3和第五空气管道33都连接到客舱压力模拟箱4，两者之间无控制关系，可以不是三通管连接形式，也可以是如图1所示的三通管连接形式。

该系统还包括探头位于客舱压力模拟箱4内的第一压力变送器5、探头位于高压油箱9内的第二压力变送器10、探头位于燃油转输管道14内的第三压力变送器11、探头位于低压油箱16内的第四压力变送器15、探头位于大气压力模拟箱20内的第五压力变送器19。

高压油箱9安装于第一水平调节台30上、低压油箱16安装于第二水平调节台24上，试验过程中利用第一水平调节台30和第二水平调节台24模拟高压油箱9和低压油箱16的相对水平高度，消除箱内燃油重力引起的水力压头误差。其中高压油箱9为一个独立的高压油箱，或多个独立的高压油箱串联组成；低压油箱16为一个独立的低压油箱，或多个独立的低压油箱串联组成。

客舱压力模拟箱4和大气压力模拟箱20分别用来模拟飞机前后货舱高压油箱和飞机低压油箱的压力状况，利用客舱压力模拟箱4和大气压力模拟箱20之间恒定的压力差将高压油箱9内的燃油转输到低压油箱16内，实现气压转输燃油试验过程的模拟。上述客舱压力模拟箱4和大气压力模拟箱20内的初始真空压力是分别通过电控系统控制真空泵36变频工作对客舱压力模拟箱4和大气压力模拟箱20抽真空实现；在试验过程中，客舱压力模拟箱4的恒压控制是通过电控系统控制第一压力调节阀2从高压氮气罐1补充一定量气体进入客舱压力模拟箱4实现，大气压力模拟箱20的恒压控制是通过电控系统控制第二压力调节阀22和第四截止阀23从大气压力模拟箱20抽吸一定量气体进入蓄压舱31实现。为保证蓄压舱31对大气压力模拟箱20具有足够的抽吸作用，需利用真空泵36将蓄压舱31的压力抽至大气压力模拟箱20内模拟的最小压力的4％～6％，且蓄压舱31的体积是大气压力模拟箱20体积的20～40倍。同时为防止燃油蒸汽进入真空泵36，在真空泵36入口前安装油气分离器32对气体进行油气分离。

本发明装置的具体试验方法包括以下过程：

步骤a、系统运行前，为了保证燃油试验的安全，在高压氮气罐1内储存氮气，在客舱压力模拟箱4、大气压力模拟箱20和蓄压舱31内充入氮气，直至舱内氧气溶度降低至12％以下；

步骤b、系统运行时，将高压油箱9注满试验燃油，低压油箱16内为空，关闭系统内所有截止阀和压力调节阀；

步骤c、利用真空泵36对客舱压力模拟箱4抽真空，具体操作过程包括：打开第七截止阀34和第三压力调节阀35，关闭系统内其他截止阀和压力调节阀，使得客舱压力模拟箱4依次通过第五空气管道33、蓄压舱31、油气分离器32与真空泵36连通，利用第一压力变送器5和第三压力调节阀35的压力信号，通过电控系统控制真空泵36变频工作使得客舱压力模拟箱4的初始压力值维持在第一高度的压力值，模拟飞机在高空飞行时的座舱压力即飞机高压区油箱压力状况，然后关闭第七截止阀34；

步骤d、利用真空泵36对大气压力模拟箱20抽真空，具体操作过程包括：打开第三截止阀18、第二压力调节阀22和第四截止阀23，关闭系统内其他截止阀和压力调节阀，使得低压油箱16通过第三空气管道17与大气压力模拟箱20连通，大气压力模拟箱20依次通过第四空气管道21、蓄压舱31、油气分离器32与真空泵36连通，利用第四压力变送器15、第五压力变送器19和第二压力调节阀22的压力信号，通过电控系统联合控制真空泵36变频工作使得低压油箱16和大气压力模拟箱20内的初始压力值等于飞机在第二高度飞行时的机舱外界环境的大气压力值，模拟飞机低压区油箱压力状况，然后关闭第四截止阀23；

步骤e、利用真空泵36对蓄压舱31抽真空，由于本组试验的大气压力模拟箱20内模拟的最小压力为第三高度对应的大气压力，为保证蓄压舱31对大气环境模拟舱20具有足够的抽吸作用，则蓄压舱31的初始真空压力是在第三高度大气压力的4％～6％；

步骤f、保持客舱压力模拟箱4和大气压力模拟箱20的上述初始压力不变，利用第一水平调节台30和第二水平调节台24模拟高压油箱9和低压油箱16的相对水平高度，消除上述试验工况下燃油重力引起的水力压头误差；打开单向阀7、第一截止阀8、第二截止阀13和第三截止阀18，关闭系统内其他截止阀和压力调节阀，利用客舱压力模拟箱4和大气压力模拟箱20之间的压力差，将高压油箱9内的燃油压入燃油转输管道14输入低压油箱16；直至高压油箱9内燃油全部被气压转输至低压油箱16，关闭第二截止阀13和第三截止阀18；至此完成飞机在第二高度时的气压转输燃油模拟试验过程；

同时在步骤f的气压转输燃油过程中，由于燃油转输引起高压油箱9内液位下降，低压油箱16内液位增加、气体容积减少，导致客舱压力模拟箱4内气体压力下降、大气压力模拟箱20内压力增加，故为实现燃油转输试验过程中的客舱压力模拟箱4和大气压力模拟箱20的恒压控制，需分别利用第一压力变送器5、第五压力变送器19对试验过程中的客舱压力模拟箱4、大气压力模拟箱20内的压力进行测量和监控；并且利用第一压力变送器5的压力信号，通过电控系统联动控制第一压力调节阀2从高压氮气罐1中补充一定量的气体进入客舱压力模拟箱4，以保证客舱压力模拟箱4内压力恒定，同时利用第五压力变送器19的压力信号，通过电控系统联动控制第二压力调节阀22和第四截止阀23从大气压力模拟箱20抽吸一定量的气体进入蓄压舱31，以保持大气压力模拟箱20内压力的恒定；

步骤g、该系统还包括燃油循环使用功能：在上述步骤f结束后，打开第五截止阀26和第六截止阀29，关闭系统内其他截止阀和压力调节阀，启动燃油泵28，将低压油箱16的燃油泵入燃油循环管道25依次流经第五截止阀26、Y型过滤器27、燃油泵28、第六截止阀29进入高压油箱9，直至高压油箱9内注满燃油使得本试验系统可重复进行下一次试验，关闭第五截止阀26、燃油泵28和第六截止阀29；

步骤h、上述试验步骤f的气压转输燃油过程中，利用第二压力变送器10、第四压力变送器15分别测量高压油箱9、低压油箱16的压力，通过采集系统观测气压转输燃油过程中高压油箱9和低压油箱16的压力变化速率和趋势，并记录数据，得到相同试验工况下的高压油箱9和低压油箱16之间的压力变化关系曲线；利用第三压力变送器11和流量计12测量燃油转输管道14内被转输的燃油压力和流量，并利用采集系统自动采集数据，得到气压转输过程中燃油转输管道14内的燃油压力和流量两者之间的关系曲线；更换所选第二高度的值，重复b-c-d-e-f-g步骤，完成不同飞行高度下的气压转输燃油试验；最后得到不同试验工况下，高压油箱9和低压油箱16内的压力随飞行高度改变的变化曲线，以及燃油转输管道14内的燃油在气压转输过程中的压力和流量随飞行高度变化特性曲线，研究气压转输燃油过程中随飞行高度变化的燃油传输特性；

上述第一高度指飞机座舱内满足人体舒适要求的压力值所对应的大气高度；第三高度指试验中所模拟的飞机最大飞行高度；第二高度指模拟的飞机飞行高度，取值范围为第一高度和第三高度之间；上述所有高度和压力之间的换算公式为国际标准大气压力公式：

当高度0＜H＜H_S时，

$p=p_0{\left(\frac{T_0-\mathrm{LH}}{T_0}\right)}^{\frac{g}{\mathrm{LR}}}=101300\×{\left(\frac{288.15-0.0065\×H}{288.15}\right)}^{\frac{9..8}{0.0065\×287}}\left(\mathrm{Pa}\right)$

当高度H_S＜H＜20000m时，

$p=p_S\exp \left[\frac{g(H_S-H)}{T_{S}R}\right]=22609\×\exp \left[\frac{9.8(11000-H)}{216.65\×287}\right]\left(\mathrm{Pa}\right)$

上式中，常量：p₀＝101300Pa，标准海平面压力；T₀＝288.15K，标准海平面温度；L＝0.0065K/m,初始递减率；g＝9.8m/s²，重力加速度；R＝287m²/s²/K,空气气体常数；H_S＝11000m，平流底层高度；p_S＝22609Pa，平流底层压力，T_S＝216.65K，平流底层温度；

变量：H——高度，m；p——大气压力，Pa。

Claims (5)

1.一种蓄压型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统，其特征在于包括：高压氮气罐(1)、客舱压力模拟箱(4)、高压油箱(9)、低压油箱(16)、大气压力模拟箱(20)、蓄压舱(31)、油气分离器(32)、真空泵(36)；

其中高压油箱(9)安装于第一水平调节台(30)上、低压油箱(16)安装于第二水平调节台(24)上；

高压氮气罐(1)通过第一空气管道(3)与客舱压力模拟箱(4)相连；

客舱压力模拟箱(4)通过第二空气管道(6)与高压油箱(9)的引气出口相连；高压油箱(9)的出口通过燃油转输管道(14)与低压油箱(16)的入口相连；低压油箱(16)的出口通过燃油循环管道(25)与高压油箱(9)的回油入口相连；低压油箱(16)的引气出口通过第三空气管道(17)与大气压力模拟箱(20)相连；大气压力模拟箱(20)通过第四空气管道(21)与蓄压舱(31)相连；蓄压舱(31)通过第五空气管道(33)与客舱压力模拟箱(4)相连；油气分离器(32)安装于蓄压舱(31)和真空泵(36)的管路之间；

上述第一空气管道(3)内安装有第一压力调节阀(2)；

上述第二空气管道(6)内安装有单向阀(7)和第一截止阀(8)；

上述燃油转输管道(14)内从高压油箱(9)的出口到低压油箱(16)的入口依次安装有流量计(12)、第二截止阀(13)；

上述燃油循环管道(25)内从低压油箱(16)的出口到高压油箱(9)的回油入口依次安装有第五截止阀(26)、Y型过滤器(27)、燃油泵(28)、第六截止阀(29)；

上述第三空气管道(17)内安装有第三截止阀(18)；

上述第四空气管道(21)内从大气压力模拟箱(20)到蓄压舱(31)依次安装有第二压力调节阀(22)、第四截止阀(23)；

上述第五空气管道(33)内从蓄压舱(31)到客舱压力模拟箱(4)依次安装有第七截止阀(34)、第三压力调节阀(35)；

该系统还包括探头位于客舱压力模拟箱(4)内的第一压力变送器(5)、探头位于高压油箱(9)内的第二压力变送器(10)、探头位于燃油转输管道(14)内的第三压力变送器(11)、探头位于低压油箱(16)内的第四压力变送器(15)、探头位于大气压力模拟箱(20)内的第五压力变送器(19)。

2.权利要求1所述蓄压型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统，其特征在于：上述高压油箱(9)为一个独立的高压油箱，或多个独立的高压油箱串联组成。

3.权利要求1所述蓄压型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统，其特征在于：上述低压油箱(16)为一个独立的低压油箱，或多个独立的低压油箱串联组成。

4.权利要求1所述蓄压型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统，其特征在于：所述蓄压舱(31)的体积是大气压力模拟箱(20)的体积的20～40倍。

5.利用权利要求1所述蓄压型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统的试验方法，其特征在于包括以下过程：

步骤a、系统运行前，为了实现燃油转输试验的安全，在高压氮气罐(1)内储存高压氮气，在客舱压力模拟箱(4)、大气压力模拟箱(20)和蓄压舱(31)内充入氮气，直至舱内氧气溶度降低至12％以下；

步骤b、系统运行时，将高压油箱(9)内注满试验燃油，低压油箱(16)内为空，关闭系统内所有截止阀和压力调节阀；

步骤c、利用真空泵(36)对客舱压力模拟箱(4)抽真空，具体操作过程包括：打开第七截止阀(34)和第三压力调节阀(35)，关闭系统内其他截止阀和压力调节阀，使得客舱压力模拟箱(4)依次通过第五空气管道(33)、蓄压舱(31)、油气分离器(32)与真空泵(36)连通，利用第一压力变送器(5)和第三压力调节阀(35)的压力信号，通过电控系统控制真空泵(36)变频工作实现客舱压力模拟箱(4)的初始压力值维持在第一高度对应的压力值，模拟飞机在高空飞行时的座舱压力即飞机高压油箱所在的高压区压力状况，然后关闭第七截止阀(34)；

步骤d、利用真空泵(36)对大气压力模拟箱(20)抽真空，具体操作过程包括：打开第三截止阀(18)、第二压力调节阀(22)和第四截止阀(23)，关闭系统内其他截止阀和压力调节阀，使得低压油箱(16)通过第三空气管道(17)与大气压力模拟箱(20)连通，大气压力模拟箱(20)依次通过第四空气管道(21)、蓄压舱(31)、油气分离器(32)与真空泵(36)连通，利用第四压力变送器(15)、第五压力变送器(19)和第二压力调节阀(22)的压力信号，通过电控系统联合控制真空泵(36)变频工作使得低压油箱(16)和大气压力模拟箱(20)内的初始压力值等于飞机在第二高度飞行时的舱外环境大气压力值，模拟飞机低压油箱所在的低压区压力状况，然后关闭第四截止阀(23)；

步骤e、利用真空泵(36)对蓄压舱(31)抽真空，由于试验中的大气压力模拟箱(20)内模拟的最小压力为第三高度对应的大气压力，则为保证蓄压舱(31)对大气环境模拟舱(20)具有足够的抽吸作用，故蓄压舱(31)的初始真空压力是第三高度大气压力值的4％～6％；

步骤f、保持客舱压力模拟箱(4)和大气压力模拟箱(20)的上述初始压力不变，利用第一水平调节台(30)和第二水平调节台(24)模拟高压油箱(9)和低压油箱(16)的相对水平高度，消除上述试验工况下燃油重力引起的水力压头误差；打开单向阀(7)、第一截止阀(8)、第二截止阀(13)和第三截止阀(18)，关闭系统内其他截止阀和压力调节阀，利用客舱压力模拟箱(4)和大气压力模拟箱(20)之间的压力差，将高压油箱(9)内的燃油压入燃油转输管道(14)输入低压油箱(16)；直至高压油箱(9)内燃油全部被气压转输至低压油箱(16)，关闭第二截止阀(13)和第三截止阀(18)；至此完成飞机在第二高度时的气压转输燃油模拟试验过程；

同时在上述步骤f的气压转输燃油过程中，由于燃油转输引起高压油箱(9)内液位下降，低压油箱(16)内液位增加、气体容积减少，导致客舱压力模拟箱(4)内气体压力下降、大气压力模拟箱(20)内压力增加，故为实现燃油转输试验过程中的客舱压力模拟箱(4)和大气压力模拟箱(20)的恒压控制，需分别利用第一压力变送器(5)、第五压力变送器(19)对气压转输燃油过程中的客舱压力模拟箱(4)、大气压力模拟箱(20)内的压力进行测量和监控；并利用第一压力变送器(5)的压力信号，通过电控系统联动控制第一压力调节阀(2)从高压氮气罐(1)中补充一定量的气体进入客舱压力模拟箱(4)，以保证客舱压力模拟箱(4)内压力恒定，同时利用第五压力变送器(19)的压力信号，通过电控系统联动控制第二压力调节阀(22)和第四截止阀(23)从大气压力模拟箱(20)抽吸一定量的气体进入蓄压舱(31)，以保持大气压力模拟箱(20)内压力的恒定；

步骤g、该系统还包括燃油循环使用功能：在上述试验过程(f)结束后，打开第五截止阀(26)和第六截止阀(29)，关闭系统内其他截止阀和压力调节阀，启动燃油泵(28)，将低压油箱(16)的燃油泵入燃油循环管道(25)依次流经第五截止阀(26)、Y型过滤器(27)、燃油泵(28)、第六截止阀(29)进入高压油箱(9)，直至高压油箱(9)内注满燃油使得本试验系统可重复进行下一次试验，关闭第五截止阀(26)、燃油泵(28)和第六截止阀(29)；

步骤h、上述试验步骤f的气压转输燃油过程中，利用第二压力变送器(10)、第四压力变送器(15)分别测量高压油箱(9)、低压油箱(16)的压力，通过采集系统观测气压转输燃油过程中高压油箱(9)和低压油箱(16)的压力变化速率和趋势，并记录数据，得到相同试验工况下的高压油箱(9)和低压油箱(16)之间的压力变化关系曲线；利用第三压力变送器(11)和流量计(12)测量燃油转输管道(14)内被转输的燃油压力和流量，并利用采集系统自动采集数据，得到气压转输过程中燃油转输管道(14)内的燃油压力和流量两者之间的关系曲线；更换所选第二高度的值，重复b-c-d-e-f-g步骤，完成不同飞行高度下的气压转输燃油试验；可得到不同试验工况下，高压油箱(9)和低压油箱(16)内的压力随飞行高度改变的变化曲线，以及燃油转输管道(14)内的燃油在气压转输过程中的压力和流量随飞行高度变化特性曲线，研究气压转输燃油过程中随飞行高度变化的燃油传输特性；

上述第一高度指飞机座舱内满足人体舒适要求的压力所对应的大气高度；第三高度指试验中所模拟的飞机最大飞行高度；第二高度指模拟的飞机飞行高度，取值范围为第一高度和第三高度之间；上述所有高度和压力之间的换算公式为国际标准大气压力公式：

当高度0＜H＜H_S时，

$p=p_0{\left(\frac{T_0-\mathrm{LH}}{T_0}\right)}^{\frac{g}{\mathrm{LR}}}=101300\×{\left(\frac{288.15-0.0065\×H}{288.15}\right)}^{\frac{9.8}{0.0065\×287}}\left(\mathrm{Pa}\right)$

当高度H_S＜H＜20000m时，

$p=p_S\exp \left[\frac{g(H_S-H)}{T_{S}R}\right]=22609\×\exp \left[\frac{9.8(11000-H)}{216.65\×287}\right]\left(\mathrm{Pa}\right)$

式中，常量：p₀＝101300Pa，标准海平线压力；T₀＝288.15K，标准海平线温度；L＝0.0065K/m,初始递减率；g＝9.8m/s²，重力加速度；R＝287m²/s²/K,空气气体常数；H_S＝11000m，平流底层高度；p_S＝22609Pa，平流底层压力，T_S＝216.65K，平流底层温度；

变量：H——高度，m；p——大气压力，Pa。