CN107748194A - 基于电化学原理的飞机燃油箱氧浓度机载测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于电化学原理的飞机燃油箱氧浓度机载测试系统及方法，该测试系统由8个通道组成，分为两组，每组为4个通道。每组由A柜和B柜组成，并安装4个通道。每组装配4台氧含量监测仪，并配以相应的取样子系统、数据采集处理子系统、辅助子系统、动力子系统。该测试系统工作过程中主要有4个步骤：工作准备、测试系统校准、样气检测、系统恢复。本发明在地面完成工作准备和校准后，可自动对被测气体进行取样、处理，以达到氧含量分析仪的输入要求，并实时分析、采集、记录整个飞行过程中的飞机燃油箱无油空间或惰化系统管路中的气体氧浓度，以此来评价飞机燃油箱惰化系统的惰化效果。该系统自动化程度高，测量精度高，操作方便。

Description

基于电化学原理的飞机燃油箱氧浓度机载测试系统及方法

技术领域

本测试系统是为验证飞机燃油箱惰化系统的性能指标而研制的一种基于电化学原理的飞机燃油箱氧浓度测试系统，该系统是根据电化学原理的氧浓度传感器入口需求，在整个飞行过程中将飞机燃油箱内无油空间或惰化系统管路的气体实时采样，并进行压力、流量和温度控制及调节，实时分析燃油箱内的氧浓度是否满足研制总要求规定的技术指标。能够实时测量、记录和显示飞机燃油箱惰化系统及各燃油箱内的氧浓度，系统自动化程度高、操作方便、精度高。属于航空试验设备领域，也可以用于煤炭、石油等化工领域。

背景技术

对现代军用飞机而言，燃油系统火灾是最普遍也是最严重的潜在危险，提高燃油箱的生存力对于提高整机的生存力有重要意义。敌方火力穿透燃油箱时，可能导致无油空间内油气点燃爆炸，造成飞机坠毁。FAA公布的资料同时也表明：燃油箱的氧含量如在12％以下不仅可以防燃而且可以防止30毫米炮弹打击引起的燃烧。因此，第四代战斗机、大型军用运输机、民用飞机等都设计了燃油箱惰化系统，即将来自发动机的引气进行降温、过滤、空气分离、惰化分配等处理后，使富氮气体进入飞机各燃油箱内，保证燃油箱内的氧浓度达到规定的技术指标。国军标GJB3212和CCAR25部适航条款对燃油箱惰化系统验证有如下要求：

a)GJB3212中规定：油箱惰化空间内气体的氧浓度不应大于10％。

b)CCAR25部规定：油箱的惰化的标准为：燃油箱每个舱室内的总体平均氧气浓度在海平面到10000ft高度之间不超过12％，10000ft到40000ft高度之间浓度值从12％线性增加至14.5％,高于40000ft线性外推。

鉴于以上要求，为了考核飞机燃油箱惰化系统的功能及技术指标，需要研制一套飞机燃油箱氧浓度机载测试系统，并安装于飞机上，用于在飞行过程中实时监测飞机燃油箱内的氧浓度。

发明内容

本发明的目的是：

研制一套基于电化学原理的飞机燃油箱氧浓度机载测试系统，在飞行过程中，实时监测飞机燃油箱内无油空间或惰化系统管路的气体氧浓度，以此来评价飞机燃油箱惰化系统的效能和评估油箱的安全性。

本发明的技术方案是：

1、基于电化学原理的飞机燃油箱氧浓度机载测试系统，其特征在于：由八个通道组成，分为两组分系统，两组分系统的功能及组成完全一致，彼此没有连接关系，互为备份；每组分系统包括四个通道，由空气处理柜和电器柜组成；每个通道上装配有氧含量监测仪，并配以相应的取样子系统、数据采集处理子系统、辅助子系统、动力子系统。

其中取样子系统包括球阀、三通阀、真空泵、过滤装置、流量计、压力传感器、温度传感器、气液分离装置、储液装置；数据采集处理子系统包括人机界面触摸屏、PLC、数据采集模块、数据处理/操控软件；辅助子系统包括可燃气体报警仪、抽气泵、气液分离装置；动力子系统包括变频电源、交流接触器。

其中任一分系统的连接关系如下：球阀a(1)、阻火器a(2)、三通阀a3、综合过滤器a4、除液器a5、压力控制器a6、真空泵a7、除液器a8、流量计a9、压力传感器a10、温度传感器a11、氧含量分析仪a12依次通过管路连接在一起组成一通道，球阀b1、阻火器b2、三通阀b3、综合过滤器b4、除液器b5、压力控制器b6、真空泵b7、除液器b8、流量计b9、压力传感器b10、温度传感器b11、氧含量分析仪b12依次通过管路连接在一起组成二通道，球阀c1、阻火器c2、三通阀c3、综合过滤器c4、除液器c5、压力控制器c(6)、真空泵c(7)、除液器c8、流量计c9、压力传感器c10、温度传感器c11、氧含量分析仪c12依次通过管路连接在一起组成三通道，球阀d1、阻火器d2、三通阀d3、综合过滤器d4、除液器d5、压力控制器d6、真空泵d7、除液器d8、流量计d9、压力传感器d10、温度传感器d11、氧含量分析仪d12依次通过管路连接在一起组成四个通道。

分系统的四个通道的输入端连接至油箱或惰化系统管路，输出端通过管路连接压力控制器e49、真空泵e50、阻火器e51；分系统的四个通道、可燃气体报警仪52、排气泵53集成于空气处理柜，显示/存储/控制与接口单元54、综合电源单元55通过电器线路连接在一起，集成于电器柜，通过机械接口和电气线路将空气处理柜和电器柜连接在一起。

基于电化学原理的飞机燃油箱氧浓度机载测试方法，工作过程中有4个步骤：工作准备、测试系统校准、样气检测、系统恢复。具体步骤如下：

第一步：工作准备

连接设备电源及采样气路，连接空气处理柜与电器柜的电缆及线路，依次打开电源总开关、打开24V电源。打开测量后气体排放真空泵，柜体内气体吹扫真空泵；

第二步：测试系统校准

1)各通道选择校准状态；2)打开真空泵，确认真空泵工作正常，若真空泵不能正常工作，打开真空泵后的旁通阀待其工作正常后关闭；3)按需求打开采样气体的电伴热，使采样气体的温度控制在20℃附近；4)测量大气，待其表头值稳定后，通过按压表头上的按钮将表头调到显示20.9；5)大气氧值修正：待数值稳定后，在设备液晶屏上点击大气取值后再点氧值修正，得到第一个点，6)通入两种标气，得到两组数据，用以上三点进行线性拟合，得到拟合公式：y＝b-ax，至此完成校准和校线灌入；

第三步：样气检测

各通道选择测量状态，开始测量样气；测量时注意监测设备各部分工作正常；

第四步：系统恢复

试验完成后关闭真空泵，关闭24V直流电源，关闭设备总电源，断开空气处理柜与电器柜的电缆及线路，断开设备电源及采样气路。

附图说明

附图1空气处理柜设备布置原理示意图。

附图2电器柜设备布置原理示意图。

本发明的有益效果：

该测试系统改装于飞机后，接入飞机燃油箱或惰化系统管路的取样管，在地面完成工作准备和校准后，可自动对被测气体进行取样、处理，以达到氧含量分析仪的输入要求，并实时分析、采集、记录整个飞行过程中的飞机燃油箱无油空间或惰化系统管路中的气体氧浓度，以此来评价飞机燃油箱惰化系统的惰化效果。该系统自动化程度高，测量精度高，操作方便。

实施例

本实施例是在实验室利用该系统对氮氧混合的标准气体(经过有资质的计量中心校准的气体)进行测量，验证了该测量系统的测量准确性及测量精度，在某型运输机燃油箱惰化系统飞行试验验证中，采用该测试系统对飞机燃油箱无油空间或惰化系统管路中的气体氧浓度进行了检测，验证了某型运输机燃油箱惰化系统的功能和技术性能。

本测试系统以取样的方式，实现对飞机油箱惰化系统中气体的含氧量进行连续、不间断的监测，并实时记录、存储监测数据，以验证飞机油箱惰化系统的有效性、可靠性和稳定性。该测试系统由8个通道组成，分为两组，每组为4个通道。每组由空气处理柜和电器柜组成，并安装4个通道。每组装配4台氧含量监测仪，并配以相应的取样子系统、数据采集处理子系统、辅助子系统、动力子系统。实施过程中，实行气路与电路分离的原则，其中空气处理柜内集成数据采集处理子系统和动力子系统，电器柜体内分别集成氧含量监测仪、取样子系统和辅助子系统。

每个子系统的功能及组成：

1)取样子系统

取样子系统的主要功能是针对氧含量监测仪的输入条件需求，对飞机燃油箱无油空间或惰化系统管路中的气体进行抽样、除液、增压、过滤、稳压、稳流、排放等进行处理，使氧含量监测仪能够准确测量飞机燃油箱无油空间或惰化系统管路中气体的氧气浓度，同时实现对氧含量监测仪的标定工作。

取样子系统主要由球阀、三通阀、真空泵、过滤装置、流量计、压力传感器、温度传感器、气液分离装置、储液装置等组成。

2)数据采集处理子系统

数据采集处理子系统的主要功能是针对氧含量监测仪及相关传感器的输出值进行采集、处理、记录、报警、报表输出、历史曲线输出；控制取样子系统中相关电气部件的开断，实时监测取样子系统泄漏状况，及时做出相应操控动作。

数据采集处理子系统主要由人机界面触摸屏、PLC、数据采集模块、数据处理/操控软件等组成。

3)辅助子系统

辅助子系统的主要功能是实时监测取样子系统密闭情况，探测泄漏事件，并输出信号至数据采集处理子系统；抽取柜中的环境气体，排至机舱外，保持柜体内气体流通。

辅助子系统主要由可燃气体报警仪、抽气泵、气液分离装置等组成。

4)动力子系统

动力子系统的主要功能是从飞机电源转换为系统内部电源，提供24V直流电源、110V交流电源，并配置系统急停按钮等。

动力子系统主要由变频电源、交流接触器等组成。

该测试系统内部部件的连接关系如下：

球阀a1、阻火器a2、三通阀a3、综合过滤器a4、除液器a5、压力控制器a6、真空泵a7、除液器a8、流量计a9、压力传感器a10、温度传感器a11、氧含量分析仪a12依次通过管路连接在一起组成一通道，球阀b1、阻火器b2、三通阀b3、综合过滤器b4、除液器b5、压力控制器b6、真空泵b7、除液器b8、流量计b9、压力传感器b10、温度传感器b11、氧含量分析仪b12依次通过管路连接在一起组成二通道，球阀c1、阻火器c2、三通阀c3、综合过滤器c4、除液器c5、压力控制器c6、真空泵c7、除液器c8、流量计c9、压力传感器c10、温度传感器c11、氧含量分析仪c12依次通过管路连接在一起组成三通道，球阀d1、阻火器d2、三通阀d3、综合过滤器d4、除液器d5、压力控制器d6、真空泵d7、除液器d8、流量计d9、压力传感器d10、温度传感器d11、氧含量分析仪d12依次通过管路连接在一起组成四通道。四个通道的输入端连接至油箱或惰化系统管路，输出端通过管路连接压力控制器e49、真空泵e50、阻火器e51。四个通道、可燃气体报警仪52、排气泵53等集成于空气处理柜，显示/存储/控制与接口单元54、综合电源单元55通过电器线路连接在一起，集成于电器柜，通过机械接口和电气线路将空气处理柜和电器柜连接在一起。

该测试系统工作过程中主要有4个步骤：工作准备、测试系统校准、样气检测、系统恢复。

工作准备：连接设备电源及采样气路，连接空气处理柜与电器柜的电缆及线路，依次打开电源总开关、打开24V电源。打开测量后气体排放真空泵，柜体内气体吹扫真空泵。

测试系统校准：1)各测量通道(1通道、2通道、3通道、4通道)选择校准通道；2)打开各个真空泵，确认真空泵工作正常(对应流量计流量正常，调整流量计上旋钮使其为30L/h)，若真空泵不能正常工作，打开真空泵后的旁通阀待其工作正常后关闭；3)按需求打开采样气体的电伴热，使采样气体的温度控制在20℃附近；4)测量大气，待其表头值稳定后，通过按压表头上的按钮将表头调到显示20.9；5)大气氧值修正：待数值稳定后，在设备液晶屏上点击大气取值后再点氧值修正(修正电信号)，得到第一个点(20.9，20.9)，6)通入两种标气，得到两组数据，用以上三点进行线性拟合，得到拟合公式：y＝b-ax，至此完成校准和校线灌入(内置程序自动完成)。

样气检测：各通道选择测量通道，开始测量样气；测量时注意监测设备各部分工作正常(流量计、过滤器、真空泵等)。

系统恢复：试验完成后关闭真空泵，关闭24V直流电源，关闭设备总电源，断开空气处理柜与电器柜的电缆及线路，断开设备电源及采样气路。

Claims (6)

1.基于电化学原理的飞机燃油箱氧浓度机载测试系统，其特征在于：由八个通道组成，分为两组分系统，两组分系统的功能及组成完全一致，彼此没有连接关系，互为备份；每组分系统包括四个通道，由空气处理柜和电器柜组成；每个通道上装配有氧含量监测仪，并配以相应的取样子系统、数据采集处理子系统、辅助子系统、动力子系统。

2.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于：其中取样子系统包括球阀、三通阀、真空泵、过滤装置、流量计、压力传感器、温度传感器、气液分离装置、储液装置；数据采集处理子系统包括人机界面触摸屏、PLC、数据采集模块、数据处理/操控软件；辅助子系统包括可燃气体报警仪、抽气泵、气液分离装置；动力子系统包括变频电源、交流接触器。

3.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于：其中任一分系统的连接关系如下：球阀a(1)、阻火器a(2)、三通阀a(3)、综合过滤器a(4)、除液器a(5)、压力控制器a(6)、真空泵a(7)、除液器a(8)、流量计a(9)、压力传感器a(10)、温度传感器a(11)、氧含量分析仪a(12)依次通过管路连接在一起组成第一通道；球阀b(1)、阻火器b(2)、三通阀b(3)、综合过滤器b(4)、除液器b(5)、压力控制器b(6)、真空泵b(7)、除液器b(8)、流量计b(9)、压力传感器b(10)、温度传感器b(11)、氧含量分析仪b(12)依次通过管路连接在一起组成第二通道；球阀c(1)、阻火器c(2)、三通阀c(3)、综合过滤器c(4)、除液器c(5)、压力控制器c(6)、真空泵c(7)、除液器c(8)、流量计c(9)、压力传感器c(10)、温度传感器c(11)、氧含量分析仪c(12)依次通过管路连接在一起组成第三通道，球阀d(1)、阻火器d(2)、三通阀d(3)、综合过滤器d(4)、除液器d(5)、压力控制器d(6)、真空泵d(7)、除液器d(8)、流量计d(9)、压力传感器d(10)、温度传感器d(11)、氧含量分析仪d(12)依次通过管路连接在一起组成第四通道。

4.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于：分系统的四个通道的输入端连接至油箱或惰化系统管路，输出端通过管路连接压力控制器e4(9)、真空泵e(50)、阻火器e(51)；分系统的四个通道、可燃气体报警仪(52)、排气泵(53)集成于空气处理柜，显示/存储/控制与接口单元(54)、综合电源单元(55)通过电器线路连接在一起，集成于电器柜，通过机械接口和电气线路将空气处理柜和电器柜连接在一起。

5.基于电化学原理的飞机燃油箱氧浓度机载测试方法，其特征在于，工作过程中有4个步骤：工作准备、测试系统校准、样气检测、系统恢复。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：

第一步：工作准备

连接设备电源及采样气路，连接空气处理柜与电器柜的电缆及线路，依次打开电源总开关、打开24V电源。打开测量后气体排放泵，柜体内气体吹扫泵；

第二步：测试系统校准

1)各通道选择校准状态；2)打开真空泵，确认真空泵工作正常，若真空泵不能正常工作，打开真空泵后的旁通阀待其工作正常后关闭；3)按需求打开采样气体的电伴热，使采样气体的温度控制在20℃附近；4)测量大气，待其表头值稳定后，通过按压表头上的按钮将表头调到显示20.9；5)大气氧值修正：待数值稳定后，在设备液晶屏上点击大气取值后再点氧值修正，得到第一个点，6)通入两种标气，得到两组数据，用以上三点进行线性拟合，得到拟合公式：y＝b-ax，至此完成校准和校线灌入；

第三步：样气检测

各通道选择测量状态，开始测量样气；测量时注意监测设备各部分工作正常；

第四步：系统恢复

试验完成后关闭真空泵，关闭24V直流电源，关闭设备总电源，断开空气处理柜与电器柜的电缆及线路，断开设备电源及采样气路。