CN110987393A - 可实现自动控制的航空散热器寿命试验装置及其寿命试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可实现自动控制的航空散热器寿命试验装置，包括低温热空气路、高温热空气路、低温热空气排气路、高温热空气排气路、燃油路、燃油回路和控制电路，试验测试由低温热空气路与高温热空气路进行供气，由两个排气路排气，油液端采用入口加热、出口降温，该装置包括各种阀门、泵站、加热器、压力传感器、温度传感器和流量传感器，结构简单，能快速实现大幅度温度和压力交变循环，有效缩短试验时间并节约能源和试验费用投入，降低人为因素和提高可靠性，提高自动化水平。

Description

可实现自动控制的航空散热器寿命试验装置及其寿命试验 方法

技术领域

本发明涉及一种面向航空散热器产品的寿命试验装置，用于航空燃油-空气散热器或航空滑油-空气散热器产品的寿命试验及其寿命试验方法，属于航空装备可靠性与寿命评估领域。

背景技术

航空散热器，作为飞机空调系统的第二级冷却，是飞机空调系统的重要部件。从发动机压气机引取的热空气，进入散热器后，通过燃油/滑油吸热而降低热空气温度，再将升温后的燃油供发动机使用，或将滑油提供给润滑油路使用。

航空散热器的寿命试验，用于验证散热器的耐久性指标要求，对产品服役期间的性能、制定合理的维修策略和提高综合保障能力，具有十分重要的意义。

散热器寿命试验的试验时间较长，其中交变试验试验条件要求相对较高，以某型航空燃油-空气散热器为例，按照产品规范，其寿命试验空气端和燃油端的入口压力、入口流量、入口温度及空气腔内温度等环境条件均给出了相应的规定。但控制流体在一定压力情况下，保持空气、燃油大流量的条件下，实现300℃的温度变化、0.4MPa的压力跨度且小偏差的交变试验，试验循环数超过数千次，对试验设备的试验能力提出了相对较高的要求。

现有的航空散热器寿命试验中交变试验方法，采用单路气源并电炉加热供气、大型恒温油源供油，存在如下困难：采用单路电炉控制热空气的温度，实现由大跨度的温度和压力交变，温度的调整时间较长(至少1小时以上)；由于试验条件要求中要求空气和燃油/滑油两个端口的流量大且偏差小，故空气端和油液端的入口温度不易控制，需要投入大量的高精度试验控制监控设备；采用单路电炉控制热空气温度来实现大跨度温度交变造成了能源的巨大浪费，显著提升了试验费用；恒温油箱需要大量的前期资金投入，控制及监控设备复杂，可靠性会随其复杂性的增加而显著下降，增大了试验保障的压力，同时电能耗费大，空间需求量大；试验循环次数需要人为记录，长时间的人为因素参与，会增加错误操作和错误记录的可能性，影响后续试验数据评估的准确性。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明提供了一种可在大流量和相对稳定的压力条件下，快速实现大幅度温度和压力交变循环，并可准确控温、控压的航空散热器寿命试验装置及其寿命试验方法，其可以有效缩短试验时间、保证对油液和空气的准确控温和控压、节约能源和试验费用投入、简化部分设备提高其可靠性、有效降低人为因素对试验结果的影响，能够很好地解决上述问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种可实现自动控制的航空散热器寿命试验装置，包括低温热空气路、高温热空气路、低温热空气排气路、高温热空气排气路、燃油路、燃油回路和控制电路，低温热空气路包括第一气站、第一电动球阀、流量计传感器、加热器、第一细滤、第一伺服调压阀、第一气动切断阀和第一旁通阀，所述第一气站供给的压缩空气通过所述第一电动球阀、所述流量计传感器后进入到第一加热管路，第一加热管路上依次设置有所述加热器、所述第一细滤和所述第一伺服调压阀，所述第一旁通阀的第一端与所述第一伺服调压阀、所述第一气动切断阀相连；低温热空气排气路包括相互连接的第一电磁切断阀和第三伺服调压阀，所述第一电磁切断阀与散热器的排气口相连，所述第三伺服调压阀与所述第一旁通阀的第二端相连；高温热空气路包括第二气站、第二电动球阀、流量传感器、电加热器、第二细滤、第二伺服调压阀、第二气动切断阀和第二旁通阀，所述第二气站供给的压缩空气通过所述第二电动球阀、所述流量传感器后进入到第二加热管路，第二加热管路上依次配置所述电加热器、所述第二细滤和所述第二伺服调压阀，所述第二旁通阀的第一端与所述第二伺服调压阀、所述第二气动切断阀相连；高温热空气排气路包括相互连接的第二电磁切断阀和第四伺服调压阀，所述第二电磁切断阀与散热器的排气口相连，所述第四伺服调压阀与所述第二旁通阀的第二端相连；燃油路包括燃油流量传感器、进口阀、燃油加热器、燃油增压泵、燃油油箱和泄压阀，所述燃油流量传感器的第一端通过所述第二压力传感器、所述第二温度传感器与所述散热器的进油口相连，所述燃油流量传感器的第二端通过所述进口阀、所述燃油加热器、所述燃油增压泵与所述燃油油箱的供油口相连；燃油回路包括依次相连的出口阀、冷却水散热器和第三温度传感器，所述出口阀与所述散热器的出油口相连，所述第三温度传感器与所述燃油油箱的回油口相连。

优选地，所述第一气动切断阀、所述第二气动切断阀均与第一压力传感器的第一端相连，所述第一压力传感器的第二端通过第一温度传感器与散热器的进气口相连。

优选地，所述泄压阀的两端分别与所述燃油加热器、所述燃油油箱的泄油口相连，所述冷却水散热器的两端分别设有冷却水路，所述冷却水路上设有冷却水阀。

散热器的寿命试验方法包括以下步骤：

S1、开启油液增压泵，调节进口阀、出口阀、泄压阀，控制油液腔流量达到规定值Q1，进口压力小于规定值P1，然后开启燃油加热器以及冷却水路，将油液腔温度控制在规定值T1；S2、打开第一旁通阀、第一电磁切断阀，关闭第一气动切断阀，调节第一伺服调压阀和第三伺服调压阀的开度，打开第一电动球阀、第一气动切断阀，关闭第一旁通阀，调节第一伺服调压阀的开度，使流量达到规定值Q2，开启加热器，使散热器进气口温度达到T2，调节第三伺服调压阀开度至进气口压力值为P2，打开第一旁通阀，关闭第一气动切断阀、第一电磁切断阀；S3、打开第二旁通阀、第二电磁切断阀，关闭第二气动切断阀，调节第二伺服调压阀和第四伺服调压阀的开度，打开第二电动球阀、第二气动切断阀，关闭第二旁通阀，调节第二伺服调压阀开度，使流量达到规定值Q3，开启电加热器使散热器进气口温度达到T3，调节第四伺服调压阀开度至进气口压力值为P3；S4、待温度及压力参数满足试验要求，打开第二旁通阀，关闭第二气动切断阀、第二电磁切断阀，打开第一气动切断阀、第一电磁切断阀，关闭第一旁通阀，使散热器进气口压力值为P2，在该试验条件下保持t1；S5、保持油液腔流量、温度、压力，打开第一旁通阀，关闭第一气动切断阀、第一电磁切断阀后，关闭第二旁通阀，打开第二气动切断阀、第二电磁切断阀，将散热器进气口压力值由P3调节到P2，在该试验条件下保持t2；S6、重复S4、S5，达到试验要求进行的温度交变的循环次数n。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)采用两路加热空气分别控制的温度方式，仅通过控制该路对应的旁通阀打开对应的旁通气路，同时另一路加热气源的旁通气路关闭，即可实现寿命试验条件中的快速温度和压力交变循环，节约了大量试验准备时间；

(2)两路加热气路空气始终保持一定流量的稳定加热，流量大、偏差小的条件下，空气端入口温度和压力仍可很好地满足寿命试验条件要求；

(3)油液端采用入口加热、出口降温的方式，结构简单、可靠性水平高、前期资产投入少、维护成本低等优点，既相对容易地保证了油液端的入口温度，同时也使得油液油箱中油温不至于过高，避免发生危险；

(4)试验循环次数无需人为记录，试验温度切换无需人为操作，既节省了人力资源，有可以很好地保证了对寿命试验的精确控制，为后续的寿命评估工作提供准确的数据支撑。

附图说明有

图1为航空散热器寿命试验装置试验原理图；

图2为控制电路示意图。

图中：

第一气站1、第一电动球阀2、流量计传感器3、加热器4、第一细滤5、第一伺服调压阀6、第一气动切断阀7、第一旁通阀8、第二气站9、第二电动球阀10、流量传感器11、电加热器12、第二细滤13、第二伺服调压阀14、第二气动切断阀15、第二旁通阀16、散热器17、第一电磁切断阀18、第三伺服调压阀19、第二电磁切断阀20、第四伺服调压阀21、油流量传感器22、进口阀23、油加热器24、油液增压泵25、常压油箱26、泄压阀27、冷却水换热器28、出口阀29、冷却水阀30、冷却水路31、第一压力传感器32、第一温度传感器33、第二温度传感器34、第二压力传感器35、第三温度传感器36和控制电路37。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的为，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

附图1所示的为本发明提供的一个实施案例，一种可分别控温的双路空气气路并可实现双向控温油液路的航空散热器温度交变寿命试验装置，包括低温热空气路中的第一气站1、第一电动球阀2、流量计传感器3、加热器4、第一细滤5、第一伺服调压阀6、第一气动切断阀7、第一旁通阀8，高温热空气路中的第二气站9、第二电动球阀10、流量传感器11、电加热器12、第二细滤13、第二伺服调压阀14、第二气动切断阀15、第二旁通阀16，被测试的散热器17，低温热空气排气路的第一电磁切断阀18、第三伺服调压阀19，高温热空气排气路的第二电磁切断阀20、第四伺服调压阀21，燃油路中的燃油流量传感器22、进口阀23、燃油加热器24、油液增压泵25、常压油箱26，油液回路的出口阀29、冷却水换热器28、第三温度传感器36，空气入口的第一压力传感器32、第一温度传感器33，油液入口的第二温度传感器34、第二压力传感器35，冷却水阀30、冷却水路31，以及控制电路37。

第一气站1供给的压缩空气通过第一电动球阀2、流量计3后进入到加热管路，加热管路上依次配置电加热器4、第一细滤5和第一伺服调压阀6，第一细滤5可过滤颗粒杂质，提高管路各阀的可靠度和使用寿命，第一旁通阀8设置在换热器热边入口前端的第一气动切断阀7之前。当两个气路交替向换热器热边供给热空气时，可控制第一旁通阀8与第一气动切断阀7的通断顺序，实现低温热空气路的间隔通气，同时不影响电加热器4对空气的加热。

第一电磁切断阀18连接在换热器热边出口，其下游连接了第三伺服调压阀19，可用于模拟换热器的阻力状态。最后气流流向排气总管，经消声后排入大气。

第二气站9供给的压缩空气通过第二电动球阀10、流量计11后进入到加热管路，加热管路上依次配置电加热器12、第二细滤13和第二伺服调压阀14，第二细滤13用以过滤管路中的颗粒杂质，提高各阀的可靠度和使用寿命，第二旁通阀16设置在换热器热边入口前端的第二气动切断阀15之前。当两个气路交替向换热器热边供给热空气时，可控制第二旁通阀16与第二气动切断阀15的通断顺序，实现高温热空气路的间隔通气，同时不影响电加热器12对空气的加热。

第二电磁切断阀20连接在换热器热边出口，其下游连接了第四伺服调压阀21，可用于模拟换热器的阻力状态。最后气流流向排气总管，经消声后排入大气。

采用两路加热空气分别控制的方式，仅通过控制该路旁通阀打开旁通气路，同时关闭另一路的旁通气路，即可实现寿命试验条件中的快速温度和压力交变循环，节约了大量试验准备时间和成本。

油液增压泵25从常压油箱26中吸取油液，油液增压泵25供给的压力油液在油液加热管路上经过燃油加热器24加热后，使燃油达到设定温度，再通过进口阀23进入到散热器热边入口，为了保证油液管路的安全在燃油加热器24前增加旁通油路，并由泄压阀27控制旁通的泄压油路的开闭。

出口阀29与散热器的油液端出口相连，油液经过冷却水换热器28的降温后流回常压油箱26，冷却水路31的进水路上布置有冷却水阀30，通过控制冷却水阀30的开闭，来控制冷却水换热器28对油液的冷却效果。

油液端采用入口加热、出口降温的方式，既相对容易地保证了油液端的入口温度，同时也使得油液油箱中油温不至于过高，避免发生危险，进一步减少前期资产投入少、降低维护成本低等。

空气入口设有第一压力传感器32、第一温度传感器33，油液入口设有第二温度传感器34、第二压力传感器35，以及油液回路口设有的第三温度传感器36用于测量空气端和油液端的空气温度、压力。流量计传感器3、流量传感器11，燃油流量传感器22，分别测量通过被测产品空气或油液的流量。

控制电路37将第一温度传感器33、第二温度传感器34、第三温度传感器36、第一压力传感器32、第二压力传感器35、流量计传感器3、流量传感器11和燃油流量传感器22的输出信号经送到分布式数据采集与控制装置，转换为数字信号后通过网络传输至工业计算机，经过计算机解析后由液晶显示器向操作员指示压力、温度、流量的测量数据，计算机根据所要调节的流量或压力参数向相应需要控制的执行器，如第一伺服调压阀6、油液增压泵25等发出指令，指令通过网络传输到分布式数据采集与控制装置，由分布式数据采集与控制装置转换为模拟量信号后传给执行器，执行器按照信号进行动作，通过测控软件中的PID算法自动控制目标参数。

实现温度交变寿命试验过程中，需按照如下试验操作步骤，开展航空散热器的寿命试验：

S1、开启油液增压泵25，通过调节进口阀23、出口阀29、泄压阀27控制油液腔流量达到规定值Q1，进口压力不大于规定值P1，然后开启燃油加热器24以及冷却水路31将油液腔温度控制在规定值T1；

S2、打开第一旁通阀8、第一电磁切断阀18，关闭第一气动切断阀7，将第一伺服调压阀6开度调至5％，第三伺服调压阀19开度调至100％，然后打开低温空气路的第一电动球阀2，通入空气待流量稳定后，打开第一气动切断阀7，关闭第一旁通阀8，调节第一伺服调压阀6开度，按寿命试验要求使流量达到规定值Q₂，按寿命试验要求设定入口温度值T₂，开启低温空气一路的加热器4，待入口温度达到产品试验要求温度值T₂，调节第三伺服调压阀19开度至入口压力值P₂后，打开第一旁通阀8，关闭第一气动切断阀7、第一电磁切断阀18。

S3、打开第二旁通阀16、第二电磁切断阀20，关闭第二气动切断阀15，将第二伺服调压阀14开度调至5％，第四伺服调压阀21开度调至100％，然后打开高温空气路的第二电动球阀10，通入空气待流量稳定后，打开第二气动切断阀15，关闭第二旁通阀16，调节第二伺服调压阀14开度，按寿命试验要求使流量达到规定值Q₃，按寿命试验要求设定入口温度值T₃，开启高温空气二路的电加热器12，待入口温度达到产品试验要求温度值T₃，调节第四伺服调压阀21开度至入口压力值P₃。

S4、通过步骤S2、S3，使各参数稳定且满足试验要求后，打开第二旁通阀16，关闭第二气动切断阀15、第二电磁切断阀20，打开第一气动切断阀7、第一电磁切断阀18，关闭第一旁通阀8，产品入口压力值为P₂，在该试验条件下保持3min；

S5、保持油液腔流量、温度、压力，打开第一旁通阀8，关闭第一气动切断阀7、第一电磁切断阀18后，关闭第二旁通阀16，打开第二气动切断阀15、第二电磁切断阀20，将产品入口压力值由P₃调节到P₂，在该试验条件下保持3min。

S6、重复S4、S5，达到试验大纲要求进行的温度交变的循环次数。试验循环次数、试验温度切换无需人为操作，既节省了人力资源，有可以很好地保证了对寿命试验的精确控制，为后续的寿命评估工作提供准确的数据支撑。

以上所述各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应该理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种可实现自动控制的航空散热器寿命试验装置，包括低温热空气路、高温热空气路、低温热空气排气路、高温热空气排气路、燃油路、燃油回路和控制电路，其特征在于：

所述低温热空气路包括第一气站、第一电动球阀、流量计传感器、加热器、第一细滤、第一伺服调压阀、第一气动切断阀和第一旁通阀，所述第一气站供给的压缩空气通过所述第一电动球阀、所述流量计传感器后进入到第一加热管路，第一加热管路上依次设置有所述加热器、所述第一细滤和所述第一伺服调压阀，所述第一旁通阀的第一端与所述第一伺服调压阀、所述第一气动切断阀相连；

所述低温热空气排气路包括相互连接的第一电磁切断阀和第三伺服调压阀，所述第一电磁切断阀与散热器的排气口相连，所述第三伺服调压阀与所述第一旁通阀的第二端相连；

所述高温热空气路包括第二气站、第二电动球阀、流量传感器、电加热器、第二细滤、第二伺服调压阀、第二气动切断阀和第二旁通阀，所述第二气站供给的压缩空气通过所述第二电动球阀、所述流量传感器后进入到第二加热管路，第二加热管路上依次配置所述电加热器、所述第二细滤和所述第二伺服调压阀，所述第二旁通阀的第一端与所述第二伺服调压阀、所述第二气动切断阀相连；

所述高温热空气排气路包括相互连接的第二电磁切断阀和第四伺服调压阀，所述第二电磁切断阀与散热器的排气口相连，所述第四伺服调压阀与所述第二旁通阀的第二端相连；

所述燃油路包括燃油流量传感器、进口阀、燃油加热器、燃油增压泵、燃油油箱和泄压阀，所述燃油流量传感器的第一端通过所述第二压力传感器、所述第二温度传感器与所述散热器的进油口相连，所述燃油流量传感器的第二端通过所述进口阀、所述燃油加热器、所述燃油增压泵与所述燃油油箱的供油口相连；

所述燃油回路包括依次相连的出口阀、冷却水散热器和第三温度传感器，所述出口阀与所述散热器的出油口相连，所述第三温度传感器与所述燃油油箱的回油口相连。

2.根据权利要求1所述的可实现自动控制的航空散热器寿命试验装置，其特征在于，所述第一气动切断阀、所述第二气动切断阀均与第一压力传感器的第一端相连，所述第一压力传感器的第二端通过第一温度传感器与散热器的进气口相连。

3.根据权利要求2所述的可实现自动控制的航空散热器寿命试验装置，其特征在于，所述泄压阀的两端分别与所述燃油加热器、所述燃油油箱的泄油口相连，所述冷却水散热器的两端分别设有冷却水路，所述冷却水路上设有冷却水阀。

4.一种根据权利要求1至3之一所述可实现自动控制的航空散热器寿命试验装置的寿命试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、开启油液增压泵，调节进口阀、出口阀、泄压阀，控制油液腔流量达到规定值Q1，进口压力小于规定值P1，然后开启燃油加热器以及冷却水路，将油液腔温度控制在规定值T1；

S2、打开第一旁通阀、第一电磁切断阀，关闭第一气动切断阀，调节第一伺服调压阀和第三伺服调压阀的开度，打开第一电动球阀、第一气动切断阀，关闭第一旁通阀，调节第一伺服调压阀的开度，使流量达到规定值Q2，开启加热器，使散热器进气口温度达到T2，调节第三伺服调压阀开度至进气口压力值为P2，打开第一旁通阀，关闭第一气动切断阀、第一电磁切断阀；

S3、打开第二旁通阀、第二电磁切断阀，关闭第二气动切断阀，调节第二伺服调压阀和第四伺服调压阀的开度，打开第二电动球阀、第二气动切断阀，关闭第二旁通阀，调节第二伺服调压阀的开度，使流量达到规定值Q3，开启电加热器使散热器进气口温度达到T3，调节第四伺服调压阀开度至进气口压力值为P3；

S4、待温度及压力参数满足试验要求，打开第二旁通阀，关闭第二气动切断阀、第二电磁切断阀，打开第一气动切断阀、第一电磁切断阀，关闭第一旁通阀，使散热器进气口压力值为P2，在该试验条件下保持t1；

S5、保持油液腔流量、温度、压力，打开第一旁通阀，关闭第一气动切断阀、第一电磁切断阀后，关闭第二旁通阀，打开第二气动切断阀、第二电磁切断阀，将散热器进气口压力值由P3调节到P2，在该试验条件下保持t2；

S6、重复S4、S5，达到试验要求进行的温度交变的循环次数n。

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