CN110271691A - 飞机气候环境实验室温度校准布局结构、采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种飞机气候环境实验室温度校准布局结构，属于飞机试验技术领域，布局结构包括：矩形结构的飞机气候环境实验室，飞机气候环境实验室的容积不小于10⁵立方米，其中飞机气候环境实验室的顶部具有多条送风管道，每条送风管道上具有多个送风口，飞机气候环境实验室其一侧壁具有回风管道，回风管道上具有回风口，通过送风管道和回风管道的气流在飞机气候环境实验室内形成有效温度区域；第一绳索和第二绳索悬挂在飞机气候环境实验室内，第一绳索和第二绳索上悬挂温度传感器，通过温度传感器测量飞机气候环境实验室的温度变化。本申请可实现超10⁵立方米超大空间实验室温度性能同步校准，充分结合气流组织分析，温度校准点数量及位置布置合理。

Description

飞机气候环境实验室温度校准布局结构、采集系统及方法

技术领域

本申请属于飞机气候环境试验技术领域，特别涉及一种飞机气候环境实验室布局结构及温度性能校准方法。

背景技术

飞机气候环境实验室为各类飞机的使用提供模拟环境，飞机气候环境实验室可模拟出低温、高温、湿热、降雪、冻雨、太阳辐照等多种自然环境工况，其最基本的是温度场的模拟，因此温度性能校准至关重要。

而飞机零部件的气候环境实验通常使用环境箱，而用于飞机环境模拟的飞机气候环境实验室相比环境箱来说，尺寸大，温度性能指标要求严格。

但现有技术中仅具有针对环境箱(试验箱)的校准/检定规范，如《JJF1101-2003环境试验设备温度、湿度校准规范》、《JJF1564-2016温湿度环境试验箱校准规范》、《HB6783.3-1993军用机载设备气候环境试验箱(室)检定方法温度试验箱(室)》等，此类校准/检定方法中给出校准点与试验箱(室)容积大小的关系为：环境箱容积不大于2m³时，温度校准点为9个；环境箱容积大于2m³时，温度校准点为15个；当环境箱容积大于50m³时，温度校准点的数量可以适当增加。

而当飞机气候环境实验室的仓体体积超过10⁵m³时，其容积远远大于校准/检定规范中的参考体积，显然现有的校准/检定方法并不适用。

为了能够使飞机气候环境实验室的温度校准满足，需要一种结合实验室的结构形式和气流组织的飞机气候环境实验室布局结构。

发明内容

本申请的目的是提供了一种飞机气候环境实验室温度校准布局结构、采集系统及方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

在一方面，本申请提供了一种飞机气候环境实验室温度校准布局结构，所述布局结构包括：

矩形结构的飞机气候环境实验室，所述飞机气候环境实验室的容积不小于10⁵立方米，其中所述飞机气候环境实验室的顶部具有多条横向设置且均布的送风管道，每条所述送风管道上具有多个沿送风管道轴线均布的送风口，所述飞机气候环境实验室内的其一侧壁具有与多个所述送风管道相适配的回风管道，所述回风管道上具有回风口，通过送风管道和回风管道的气流在所述飞机气候环境实验室内形成有效温度区域，所述有效温度区域与所述飞机气候环境实验室的各个壁面具有距地间隔、顶部间隔和侧边间隔；

多个第一绳索和多个第二绳索，所述第一绳索和第二绳索自所述飞机气候环境实验室的顶部垂向地面设置，其中，所述第一绳索位于所述有效温度区域内，所述第二绳索位于所述有效温度区域外，所述第一绳索上设置多个第一间隔距离的温度传感器，所述第二绳索上设置多个第二间隔距离的温度传感器，通过所述温度传感器测量所述飞机气候环境实验室的温度变化。

在本申请一实施例中，所述有效温度区域与所述飞机气候环境实验室的各个壁面具有距地间隔、顶部间隔和侧边间隔通过CFD建模仿真分析获得。

在本申请一实施例中，所述第一间隔小于所述第二间隔，使得所述第一绳索上的温度传感器数量大于所述第二绳索上的温度传感器数量。

在本申请一实施例中，所述第一绳索和第二绳索上的温度传感器距飞机气候环境实验室地面的距离和飞机气候环境实验室顶部的距离分别不小于所述距地间隔和顶部间隔。

在本申请一实施例中，所述飞机气候环境实验室的顶部具有多个纵向设置所述送风管道上的轨道，多个所述送风管道的出风口在纵向上形成一列，每两个所述轨道排布在所述出风口的两侧，所述第一绳索和第二绳索悬挂于所述轨道上。

在本申请一实施例中，还包括多个多个传感器支架，所述传感器支架支撑至少一个所述温度传感器，所述有效温度区域与所述飞机气候环境实验室内除设有回风管道的侧壁间的间隔距离至少设置一个所述传感器支架。

在本申请一实施例中，所述传感器支架支撑的所述温度传感器距地面高度不低于所述距地间隔。

在另一方面，本申请提供了一种飞机气候环境实验室温度性能校准数据采集系统，所述系统包括：

多个飞机气候环境实验室温度校准布局结构中的温度传感器，所述温度传感器用于将采集到的温度信号转化为电信号；

信号分配模块，用于接收多个所述温度传感器的电信号；

数据采集模块，用于为所述温度传感器提供激励并采集所述传感器输出的电信号；

信号交换模块，用于将信号从电信号转化为光信号或将信号从光信号转化为电信号；

数据处理模块，用于接收信号交换模块传递的电信号，并对所述电信号进行处理，以获得所述温度传感器测量的温度数据。

在最后一方面，本申请提供了一种飞机气候环境实验室温度性能校准方法，采用飞机气候环境实验室温度性能校准数据采集系统校准飞机气候环境实验室的温度性能，所述方法包括：

通过所述送风管道和回风管道加载飞机气候环境实验室的温度至温度校准点；

待温度达到温度校准点后，保持一定时间；

在温度加载及保持过程中，多个温度传感器以预定间隔频率持续获取温度测量数据；

通过所述温度测量数据判断飞机气候环境实验室的温度性能；

加载飞机气候环境实验室的温度至下一设计温度，重复上述步骤，直至所有设计温度均加载完毕。

本申请与现有技术相比，可实现超10⁵立方米超大空间实验室温度性能同步校准，充分结合气流组织分析，温度校准点数量及位置布置合理，温度校准过程简单便捷、经济性佳。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请一实施例的飞机气候环境实验室温度校准布局结构示意图。

图2为本申请一实施例的飞机气候环境实验室气流组织横向视角仿真图。

图3为本申请一实施例的飞机气候环境实验室气流组织纵向视角仿真图。

图4为本申请一实施例的飞机气候环境实验室的校准点布置示意图。

图5a为本申请一实施例的第一类绳索上的温度传感器布置示意图。

图5b为本申请一实施例的第二类绳索上的温度传感器布置示意图

图6为本申请一实施例的数据采集系统框架示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

本申请的目的是为飞机气候环境实验室的温度性能校准提供一种布局结构、采集系统及方法。通过对飞机气候环境实验室的结构及气流组织进行分析，确定飞机气候环境实验室内的有效温度空间、温度不均匀性及波动度概率较大的位置，优化室内的温度校准点数量及位置，设计温度校准点的布置方案，通过分布式数据采集系统进行校准数据采集与测量。

首先，本申请的飞机气候环境实验室温度校准布局结构中需要对飞机气候环境实验室进行气流组织分析。

如图1所示的本申请的实施例中，飞机气候环境实验室10(以下简称实验室)的尺寸为：长72m、宽60m、高24.5m，总容积为约11*10⁴立方米，采用顶部送风、侧墙回风的气流组织形式，实验室内设计有5条沿横向X延伸的送风管道1，每条送丰管道1上设计有6个送风口11，共30个送风口11均匀布置在实验室的顶部，送风管道1的相同位置的送风口11沿纵向Y成一列，每列的送风口11的两侧有滑轨12；每条送风管道1对应一个回风管道2，回风管道2上有回风口21，共5个位于实验室的右侧墙，实验室各风道结构设计完全相同，5条送风管道1成对称结构。

如图2和图3所示，气流组织决定温度场特性，通过对实验室低温及高温工况气流组织进行CFD建模分析，各送回风道的气流流动特性基本相似，由于实验室结构中大门、隔离门及墙壁对两侧风道气流组织的影响，两侧风道气流流动特性成左右对称，而中间三条风道气流流动特性基本相同。

实验室在低温工况降温过程初期，由于地面负荷较大，送风射流受地面浮力的影响，送风气流未与周围空气充分混合便被排挤至回风口，实验室垂直梯度温度差较为明显，随着地面温度的降低，送风射流受地面浮力的影响逐渐减小，送风气流和周围空气混合充分，实验室垂直梯度温度差明显改善。随着地面负载的影响逐渐减小，实验室气流组织趋于稳定点。

实验室在高温工况升温过程中，由于地面温度较低，送风射流受自身浮力的影响，很难到达地面，实验室垂直梯度温度差较为明显，随着地面温度的升高，实验室垂直梯度温度差明显改善，随着地面负载的影响逐渐减小，实验室气流组织趋于稳定点。

通过CFD建模分析，当地面负载的影响逐渐减小，并趋于稳定点，低温工况温度不均匀性及波动性主要位于实验室墙壁边缘位置及靠近送风口的空间，高温工况温度不均匀性及波动性点主要位于在实验室边缘位置及靠近地表的空间。

通过上述过程，可确定实验室的距地间隔、顶部间隔和侧边间隔，本实施例中，实验室的侧边间隔为2m、由顶部送风口向下1.5m为顶部间隔(送风口只上还有管道，因此为离地21m)、靠近地表1m为距地间隔，其余区域为试验的有效温度区域。

之后，对实验室内的传感器进行温度校准点设置。

根据实验室流场分析，大门/隔离门、墙壁、地面负载及送风口11的位置高度对气流组织有一定影响，有效温度区域中央位置温度均匀性及稳定性较好，各边缘位置温度出现不均匀性及波动概率较大，校准重点选择此类边缘位置。

在本实验室的实施例中，实验室顶部有12条运输用的轨道12，温度传感器7的安装可充分利用轨道12来布置，实验室边缘的布置的温度传感器可通过传感器支架5进行安装。

如图4和图5所示，本实验室的实施例中，实验室内安装共设置17条绳索6和6台传感器支架5。其中绳索6分成两类，第一类绳索悬挂在G1-G4、G6、G11-G12、G14-G17号悬挂点，此类绳索每条悬挂3个温度传感器7，除最低的离地1m和最高的离地21m处设置有温度传感器外，在处于两者之间的位置还设有温度传感器7，即温度传感器的悬挂高度为离地1m、11m和21m，第一类绳索处于实验室边缘位置；第二类绳索悬挂在G5、G7-G10、G13号悬挂点，其位于实验室的核心位置，即有效温度区域，此类绳索每条悬挂5个温度传感器7，除最低的离地1m和最高的离地21m处设置有温度传感器外7，在处于两者之间还均匀设置有三个传感器7，即温度传感器7的悬挂高度为离地1m、6m、11m、16m、21m。通过绳索6共计布置了温度传感器63个。

最后，传感器支架5共设置6个，设置在除回风管道2的另外三个侧壁，每个侧壁附件设置两个(上侧壁和下侧壁共用一个)，实验室中心位置设置一个。传感器支架5高度为6m，在传感器支架5离地1m、6m各安装一个温度传感器7，共12个温度传感器7。

上述绳索和传感器支架上设置的温度传感器构成实验室的75个校准点。

另外，为了对实验室的传感器进行数据采集，本申请中还提供有一种飞机气候环境实验室温度性能校准数据采集系统，数据采集系统采用分布式系统构架，用于实验室舱内环境参数、试验件表面响应参数的测量以及测量数据的处理、显示、存储。

如图6所示，数据采集系统主要包括：温度传感器7、信号分配模块35、数据采集模块34、信号交换模块33和数据处理模块31等。其中，温度传感器7可以采用A级Pt100温度传感器，其能够将实验室中的温度信号转换成可传输的电信号，通过宽温电缆接到信号分配模块35，信号分配模块35集成大型航空插头后接入数据采集模块34，数据采集模块34为温度传感器7提供激励并采集温度传感器的输出信号，采集到的输出信号接到交换模块33，交换模块33将输出的电信号转换为光信号，利用光纤37接入实验室墙壁的网络接线箱32并传递给数据处理模块31。

在数据采集系统的实施例中，实验室内设置有一保温箱36，信号分配模块35、数据采集模块34及信号交换模块33等均放置在保温箱36内予以温度保护。数据处理模块31为工作站，其设置在实验室10外的控制室20内。

在飞机气候环境实验室内的温度校准点布局安装完毕后、数据采集系统设置完毕之后，即可对飞机气候环境实验室的温度性能进行校准。

校准方法包括：首先，将实验室的温度加载到温度校准点，气候环境实验室的温度校准点主要选择不同实验工况的特殊温度点，如极限高温、50℃、40℃、21℃(基线温度)、-5℃、-25℃、-40℃、-50℃等。待观测温度稳定后，记录该时间作为气候环境实验室空仓稳定时间，开始通过温度传感器7对实验室进行温度性能校准(测量)，共记录15次。当前温度校准点校准完毕后转入下一个温度校准点测量。数据采集系统以10Hz的采样频率记录温度传感器的数据，可在校准结束后利用数据采集系统的采集数据对实验室温度性能进行计算分析。

本申请的实施例中，实验室先进行低温工况的温度校准，在常温状态下，对实验室进行除湿；除湿结束后，实验室开始降温至第一个校准点，温度到达后，进行维持，每半小时对室内温度进行观测，待室内温度稳定后，记录该时间为稳定时间，并开始进行该温度点的数据记录(此过程中数据采集系统实时记录数据)，数据测试周期1小时。实验室开始降温，进行下一个温度点的校准。低温工况点校准结束后，实验室开始回温，实验室回到常温后，由于地面温度较低，不能直接升温进行高温工况的校准，待地面温度回升后进行高温工况温度校准。

实验室校准过程中，地面温度及降温速率对实验室温度梯度影响较大，校准数据应在地面温度负载较小并趋于稳定后进行测量。

本申请的飞机气候环境实验室温度校准布局结构、采集系统及方法与现有技术相比具有如下优点：

1)可实现超10⁵立方米的超大空间实验室温度性能同步校准；

2)充分结合气流组织分析，温度校准点数量及位置设置更加合理；

3)校准过程简单便捷，投入少、经济性佳，易于应用。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种飞机气候环境实验室温度校准布局结构，其特征在于，所述布局结构包括：

矩形结构的飞机气候环境实验室(10)，所述飞机气候环境实验室的容积不小于10⁵立方米，其中所述飞机气候环境实验室的顶部具有多条横向设置且均布的送风管道(1)，每条所述送风管道(1)上具有多个沿送风管道(1)轴线均布的送风口(11)，所述飞机气候环境实验室内的其一侧壁具有与多个所述送风管道(1)相适配的回风管道(2)，所述回风管道(2)上具有回风口(21)，通过送风管道(1)和回风管道(2)的气流在所述飞机气候环境实验室内形成有效温度区域，所述有效温度区域与所述飞机气候环境实验室的各个壁面具有距地间隔、顶部间隔和侧边间隔；

多个第一绳索和多个第二绳索，所述第一绳索和第二绳索自所述飞机气候环境实验室的顶部垂向地面设置，其中，所述第一绳索位于所述有效温度区域内，所述第二绳索位于所述有效温度区域外，所述第一绳索上设置多个第一间隔距离的温度传感器(7)，所述第二绳索上设置多个第二间隔距离的温度传感器(7)，通过所述温度传感器测量所述飞机气候环境实验室的温度变化。

2.如权利要求1所述的飞机气候环境实验室温度校准布局结构，其特征在于，所述有效温度区域与所述飞机气候环境实验室的各个壁面具有距地间隔、顶部间隔和侧边间隔通过CFD建模仿真分析获得。

3.如权利要求1所述的飞机气候环境实验室温度校准布局结构，其特征在于，所述第一间隔小于所述第二间隔，使得所述第一绳索上的温度传感器数量大于所述第二绳索上的温度传感器数量。

4.如权利要求1或2所述的飞机气候环境实验室温度校准布局结构，其特征在于，所述第一绳索和第二绳索上的温度传感器距飞机气候环境实验室地面的距离和飞机气候环境实验室顶部的距离分别不小于所述距地间隔和顶部间隔。

5.如权利要求1所述的飞机气候环境实验室温度校准布局结构，其特征在于，所述飞机气候环境实验室(10)的顶部具有多个纵向设置所述送风管道(1)上的轨道(12)，多个所述送风管道(1)的出风口(11)在纵向上形成一列，每两个所述轨道(12)排布在所述出风口(11)的两侧，所述第一绳索和第二绳索悬挂于所述轨道(12)上。

6.如权利要求1所述的飞机气候环境实验室温度校准布局结构，其特征在于，还包括多个多个传感器支架(5)，所述传感器支架(5)支撑至少一个所述温度传感器(7)，所述有效温度区域与所述飞机气候环境实验室内除设有回风管道(2)的侧壁间的间隔距离至少设置一个所述传感器支架(5)。

7.如权利要求6所述的飞机气候环境实验室温度校准布局结构，其特征在于，所述传感器支架(5)支撑的所述温度传感器距地面高度不低于所述距地间隔。

8.一种飞机气候环境实验室温度性能校准数据采集系统，其特征在于，所述系统包括

多个如权利要求1至7任一所述的飞机气候环境实验室温度校准布局结构中的温度传感器(7)，所述温度传感器用于将采集到的温度信号转化为电信号；

信号分配模块(35)，用于接收多个所述温度传感器的电信号；

数据采集模块(34)，用于为所述温度传感器提供激励并采集所述传感器输出的电信号；

信号交换模块(32，33)，用于将信号从电信号转化为光信号或将信号从光信号转化为电信号；

数据处理模块(31)，用于接收信号交换模块传递的电信号，并对所述电信号进行处理，以获得所述温度传感器(7)测量的温度数据。

9.一种飞机气候环境实验室温度性能校准方法，其特征在于，采用如权利要求8所述的系统校准如权利要求1至7所述的飞机气候环境实验室的温度性能，所述方法包括

通过所述送风管道和回风管道加载飞机气候环境实验室的温度至温度校准点；

待温度达到温度校准点后，保持一定时间；

在温度加载及保持过程中，多个温度传感器以预定间隔频率持续获取温度测量数据；

通过所述温度测量数据判断飞机气候环境实验室的温度性能；

加载飞机气候环境实验室的温度至下一设计温度，重复上述步骤，直至所有设计温度均加载完毕。