CN112254773B - 机载空气管路系统流量在线测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机载空气管路系统流量在线测量方法，属于飞行器机载设备技术领域；本发明的方法提出了一种有待定系数的空气流量在线测量公式，给出了确定所述待定系数的方法和使用该公式的方法；选用实际空气管路系统中一段直管道，通过标定获得所述待定系数；使用中，通过测量所标定直管道的压力、压差和温度损失，通过迭代计算获得流过该空气管路系统的空气流量。该方法可用于飞行器机载空气管路系统在线监测和试飞验证中的流量测量，也可用于非机载系统的在线流量测量。

Description

机载空气管路系统流量在线测量方法
技术领域
本发明属于飞行器机载设备系统技术领域，具体指代一种机载空气管路系统流量在线测量方法。
背景技术
飞行器机载设备系统中有空气管路，例如空气循环飞行器环境控制系统(以下简称环控系统)。为了满足飞行器在不同飞行环境下的需求，环控系统不仅要保证机上人员有良好的舒适环境，还要确保日趋增多的电子电气设备的通风冷却需求，以保障机载电子设备的高可靠性和长周期使用寿命。环控系统规模日益庞大，其复杂程度也越来越高，在系统运行过程中不可避免地会出现各种故障或故障征候，如：阀门卡死或产生泄漏、涡轮卡死、散热器结垢严重导致换热不良等故障。这些故障如果得不到及时的排除，势必导致系统运行参数严重偏离要求的设定值，给机内工作人员带来不舒适感而影响工作效率和工作质量，增加系统能耗，缩短设备使用寿命，甚至导致严重空难。这就提出了环控系统空气管路在线测量的技术需求，为环控系统故障监测和预测提供基本数据。
对于新研制的环控系统，需要装机试飞，检验环控系统的技术指标是否满足设计要求。这也需要对环控系统空气管路进行在线测量。
由于流量计的体积、重量、压力损失等原因，环控系统装机时，一般没有配备空气流量测量装置。这就需要提供一种简单易行的空气流量测量方法，在不改变环控系统管路结构的前提下，测得空气管路系统流量。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种机载空气管路系统流量在线测量方法，以解决现有技术中针对机载空气管路系统没有流量计，无法测量飞行器飞行过程中空气管路系统流量的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的一种机载空气管路系统流量在线测量方法，步骤如下：
根据待测空气管路系统中一段直管道的压力、压差和温度，用下式计算出流过该直管道的空气流量G：
Figure BDA0002682143190000011
式中：A、B、C和D为由试验标定方法获得的常数；流量G单位为kg/s，Δp为该段直管道靠近进、出口压力接嘴之间的压差；p为进口压力接嘴处绝对压力；T为进口压力接嘴附近空气温度，单位为K。
实际使用中，压力、压差的单位与标定获得系数A、B、C和D时使用的单位一致；上述系数A、B、C和D通过试验标定方法获得。
标定所选直管道为所述机载空气管路系统中的一段直管；在所述直管道靠近进、出口各设一个压力接嘴，压差变送器连接所述两个压力接嘴；在进口压力接嘴位置附近设置一个管道空气温度测点；利用进口压力接嘴安装一个绝对压力变送器，进口压力接嘴与出口压力接嘴之间的距离大于等于15d，d为流道内径或当量直径；标定时，进口压力接嘴的上游设有一段与被标定直管道入口直径相同的长度大于等于5d的直管道；出口压力接嘴的下游接有一段与被标定直管道出口直径相同的长度大于等于3d的直管道，在该直管道的出口设置一个压力调节阀，控制通过所标定直管道的流量。
标定中，所用温度、压力和流量范围包含了所标定直管道内空气实际工作时的温度、压力和流量范围。
标定时的测量样本数大于等于4个，以不少于20个为佳。获得样本数据后，进行拟合获得系数A、B、C和D；拟合系数时，流量G单位为kg/s，温度T单位为K，压力单位为Pa，kPa或MPa。
通过标定获得A、B、C和D常数后，根据测得的温度、压力和压差，用迭代方法获得流量G的数值；各物理量的单位与拟合获得系数A、B、C和D时使用的单位一致。
当空气管路中没有合适的直管道可用时，允许采用局部阻力损失不大于沿程阻力损失10％的非直管道。
本发明的有益效果：
现有的飞行器机载设备系统中的空气管路，尤其是飞机环控系统空气管路，在飞机试飞和正常飞行时，需要进行流量测量。而由于流量计的体积、重量、压力损失等原因，机载空气管路一般不配备空气流量测量装置，空气流量测量成为难题。本发明提供了一种简单易行的空气流量在线测量方法，在不改变空气管路结构的前提下，测得空气管路系统流量，有效解决了这个难题。
本发明方法可用于飞行器机载空气管路系统在线监测和试飞验证中的流量测量，也可用于非机载系统(例如地面试验系统)的在线流量测量。
附图说明
图1为机载空气管路系统流量标定的一种装置示意图；
图2为获得流量G的数值计算流程图；
图中：1为气源，2为标准流量计，3为气源与标准流量计之间的连接直管道，4为被标定直管道与标准流量计之间的连接直管道(被标定直管道上游直管道)，5为被标定直管道与其上游直管道的连接，6为绝对压力传感器，7为被标定直管道入口压力测点接口，8为被标定直管道，9为压差传感器，10为被标定直管道出口压力测点接口，11为温度传感器，12为被标定直管道与其下游直管道的连接，13为控制阀，14为被标定直管道下游的直管道。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
参照图1所示，本发明的一种机载空气管路系统流量在线测量方法，步骤如下：
根据待测空气管路系统中一段直管道的压力、压差和温度，用下式计算出流过该直管道的空气流量G：
Figure BDA0002682143190000031
式中：A、B、C和D为由试验标定方法获得的常数；流量G单位为kg/s，Δp为该段直管道靠近进、出口压力接嘴之间的压差；p为进口压力接嘴处绝对压力；T为进口压力接嘴附近空气温度，单位为K。
试验标定方法之一是图1给出的一个标定装置的实例。下面结合图1对标定装置的要求进行说明，其中d为被标定直管道的直径。
气源1优选压缩机与储气罐组成的系统，压缩机能够建立需要的空气压力，储气罐可以保证气源压力稳定。气源1与标准流量计2之间的连接直管道3是为满足标准流量计2对其上游管道的要求而设立的，其内径和长度视标准流量计2的要求而定。标准流量计2是具有很高精度、业内认可的标定用流量计，可以是不同种类和型号，但精度必须满足标定要求。被标定直管道与其上游直管道的连接5的优选方案为法兰连接，连接处内部表面与连接管齐平，光滑。被标定直管道与标准流量计之间的连接直管道4的进口内径满足标准流量计2的要求，长度不小于被标定直管道8的内径的5倍。被标定直管道8是为所述空气系统的实际管道。绝对压力传感器6、压差传感器9和温度传感器11的类型和品牌不限，但测量精度满足标定要求，优选方案的精度为不低于0.1％FS。被标定直管道入口压力测点接口7和出口压力测点接口10之间的距离依不小于被标定直管道8内径的15倍为宜。压力接嘴和温度测点接嘴的加工安装需满足压力接嘴和温度测点接嘴加工、安装、焊接的有关行业规范和规定要求。被对标定直管道与其下游直管道的连接12的要求和注意事项与如上所述的连接5的要求和注意事项相同。被标定直管道下游的直管道14的内径与被标定直管道8的内径相同，长度不小于被标定直管道8内径的3倍。控制阀13的作用是控制通过管路的流量。
标定中，所用温度、压力和流量范围包含了所标定直管道内空气实际工作时的温度、压力和流量范围。
标定时的测量样本大于等于4个，以不少于20个为佳(于其他示例中，测量的样本也可以为其他数量)；获得样本数据后，进行拟合获得系数A、B、C和D；拟合系数时，流量G单位为kg/s，温度T单位为K，压力单位为Pa，kPa或MPa。
通过标定获得A、B、C和D常数后，实际装机使用中，根据测得的温度、压力和压差，用迭代方法获得流量G的数值。图2是迭代获得流量G的数值计算流程图。图中，abs()意为对括号内的项取绝对值。注意：各物理量的单位必须与拟合获得系数A、B、C和D时使用的单位一致。
当空气管路中没有合适的直管道可用时，允许采用局部阻力损失不大于沿程阻力损失10％的非直管道。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种机载空气管路系统流量在线测量方法，其特征在于，步骤如下：
根据待测空气管路系统中一段直管道的压力、压差和温度，用下式计算出流过该直管道的空气流量G：
Figure FDA0003073590150000011
式中：A、B、C和D为由标定获得的常数；流量G单位为kg/s；Δp为该段直管道靠近进、出口压力接嘴之间的压差；p为进口压力接嘴处绝对压力；T为进口压力接嘴附近空气温度，单位为K；
所述压力、压差的单位与标定获得系数A、B、C和D时使用的单位一致；系数A、B、C和D通过试验标定方法获得；
所述试验标定方法具体为：标定所选直管道为所述机载空气管路系统中的一段直管；在该直管道靠近进、出口各设一个压力接嘴，压差变送器连接所述两个压力接嘴；在进口压力接嘴位置附近设置一个管道空气温度测点；利用进口压力接嘴安装一个绝对压力变送器，进口压力接嘴与出口压力接嘴之间的距离大于等于15d，d为流道内径或当量直径；标定时，进口压力接嘴的上游设有一段与被标定直管道入口直径相同的长度大于等于5d的直管道；出口压力接嘴的下游接有一段与被标定直管道出口直径相同的长度大于等于3d的直管道，在该直管道的出口设置一个压力调节阀，控制通过所标定直管道的流量；
通过标定获得A、B、C和D常数后，根据测得的温度、压力和压差，用迭代方法获得流量G的数值；各物理量的单位与拟合获得系数A、B、C和D时使用的单位一致。
2.根据权利要求1所述的机载空气管路系统流量在线测量方法，其特征在于，标定中，所用温度、压力和流量范围包含了所标定直管道内空气实际工作时的温度、压力和流量范围。
3.根据权利要求2所述的机载空气管路系统流量在线测量方法，其特征在于，标定时的测量样本大于等于4个；获得样本数据后，进行拟合获得系数A、B、C和D；拟合系数时，流量G单位为kg/s，温度T单位为K，压力单位为Pa，kPa或MPa。
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