CN115507607B - 飞机极端温度测试实验的制冷控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞机测试技术领域，公开了飞机极端温度测试实验的制冷控制系统及其控制方法；控制系统包括与换热器连通并用于冷却制冷剂的循环制冷装置，一端与所述循环制冷装置连通并用于储放制冷剂的制冷剂储放装置，连通所述制冷剂储放装置另一端与换热器的控制装置；所述制冷剂储放装置包括多个以控制装置为中心均匀分布的储放罐；所述储放罐下端与循环制冷装置通过负压装置连通；所述储放罐上端设有与控制装置连通的排液组件；控制方法包括：S1、冷却制冷剂；S2、制冷剂的单级压力控制；S3、制冷剂的多级压力控制；本发明能够解决现有技术中制冷控制系统需要进行手动调节，调节精度低，且调节范围有限的技术问题。

Description

飞机极端温度测试实验的制冷控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及飞机测试技术领域，具体是涉及飞机极端温度测试实验的制冷控制系统及其控制方法。

背景技术

飞机在实验室进行测试时通常需要将大流量的室外高温高湿空气实时冷却至极端低温或加热至极端高温后送入实验室内，补偿在封闭实验室内发动机运行消耗的室内空气，维持实验室内的温度和压力的稳定；现有技术通常采用液态的载冷剂作为媒介，将冷量或热量大规模提前存储起来，在进行发动机开车试验时将冷却或加热好的载冷剂输送至空气补偿机组中的换热器，以冷却或加热补偿空气。

在实践中，大型飞机气候实验室在建设时，输送管道的路径较长，运转负荷极高，换热量大；换热器需要将超过400kg/s的高温高湿室外空气实时冷却至-55℃极端低温后送入实验室，补偿极端温度下飞机发动机运行消耗，维持实验室内的温度和压力的稳定，保证试验安全。

因此在制冷剂输送时存在输送压力变化快，压差值大的情况，造成换热工况不稳定，导致换热器运行中的不可控性，不利于进行高精度的换热控制；为了尽可能的保证换热器稳定可靠的进行换热工作，工作人员需要根据压力变化反馈数据反复实时修正制冷剂的压力和温度；而现有技术通常采用多种阀形成组合控制系统，对制冷剂的压力进行控制调节。

现有技术存在的缺陷是：第一，造成大量的手动调节工作；第二，现有技术中由阀门组成的控制系统压力调节范围有限，不适用于压差大的情况，调节精度低，不利于对制冷剂压力进行高精度调控。

发明内容

本发明解决的技术问题是：现有技术中用于飞机测试的制冷控制系统需要进行手动调节，调节精度低，且调节范围有限，不适用于压差大的情况。

本发明的技术方案是：飞机极端温度测试实验的制冷控制系统，包括与换热器连通并用于冷却制冷剂的循环制冷装置，一端与所述循环制冷装置连通并用于储放制冷剂的制冷剂储放装置，连通所述制冷剂储放装置的另一端与换热器的控制装置；

所述制冷剂储放装置包括多个以控制装置为中心均匀分布的储放罐；

所述储放罐下端与循环制冷装置通过负压装置连通；

所述储放罐上端设有与控制装置连通的排液组件；

所述控制装置包括垂直设置在循环制冷装置上方的保护罩，设置在所述保护罩内部且与排液组件连通的多级压力控制器，设置在所述保护罩上方用于连通所述多级压力控制器与换热器的定压装置；

所述多级压力控制器包括固定安装在保护罩中部的中部安装架，固定安装在所述保护罩两端的端部安装架，多个设置在所述中部安装架、端部安装架上且与储放罐一一对应连接的单级压力调节器；

所述中部安装架包括两个水平且上下分隔设置在保护罩内的中部支架板；所述中部支架板中心均设有第一中心连接孔；所述中部支架板侧边设置有以第一中心连接孔为中心均匀分布的中部安装孔；

所述端部安装架上设有第二中心连接孔、端部安装孔；

所述单级压力调节器包括设置在中部安装孔上的压力调节管，设置在所述压力调节管中部且与排液组件连通的进液管，设置在所述压力调节管中部且贯穿第一中心连接孔、第二中心连接孔并与定压装置连接的单级排液管，两个分别滑动设置在所述压力调节管内的活塞组件，两个分别与所述活塞组件连接的伸缩调节机构；

所述进液管与压力调节管连接处设置有单向阀；

所述单级排液管与压力调节管连接处设置有供液调节阀；

所述伸缩调节机构一端与活塞组件连接、另一端与端部安装孔连接。

进一步地，所述伸缩调节机构包括固定设置在压力调节管端口处的密封件，一端设置在所述密封件中心、另一端与端部安装孔连接的螺纹丝杠，固定安装在所述端部安装架上并控制螺纹丝杠转动的动力电机，以及一端活动贯穿密封件与活塞组件连接、另一端与螺纹丝杠螺纹连接的控制机构；通过外置螺纹丝杠对控制机构进行高精度的控制，实现对压力调节管内制冷剂的压力调节，具备控制精度高、结构稳定的特点，可以有效避免手动调节。

进一步地，所述控制机构包括与所述螺纹丝杠连接的移动环，设置在移动环与螺纹丝杠连接处的螺纹连接环件，以及以螺纹丝杠为中心均匀设置在螺纹丝杠周围的连接滑杆；

所述连接滑杆一端与移动环固定连接、另一端与活塞组件固定连接；

所述螺纹连接环件的内环壁与螺纹丝杠螺纹连接；螺纹连接环件的外环壁与移动环转动连接；通过控制机构中连接滑杆的设置对活塞组件进行线性位移控制，螺纹连接环件的设置能够将螺纹旋转运动转化为连接滑杆的线性运动，避免移动环、连接滑杆发生转动，提高压力调节管的气密性。

进一步地，所述定压装置包括设置在保护罩上方且与单级排液管连通的连通腔，设置在所述连通腔上并与换热器连接的换热循环管，以及设置在所述连通腔两侧的球形定压器；

所述球形定压器包括设置在连通腔两侧的球形腔体，设置在所述球形腔体、连通腔之间的电动阀门，一端设置在所述球形腔体上的压力平衡管，以及与所述压力平衡管另一端连接的高压充气泵；

所述压力平衡管包括圆形管本体，活动设置在所述圆形管本体内的浮动平衡板，以及设置在所述浮动平衡板侧边与圆形管本体内壁接触的密封滑动环；定压装置通过压力平衡管内浮动平衡板的移动进行二次压力控制，并提供一定的保护作用，能够实现实时调节，具备较强的稳压作用，有效降低制冷剂压力变化波动中的最大压力差。

进一步地，沿压力平衡管轴向方向设置有线位移传感器；所述线位移传感器一端连接浮动平衡板、另一端固定在压力平衡管上；通过线位移传感器的设置能够实现对浮动平衡板位移的检测，从而进行高精度的压力控制。

进一步地，所述定压装置与单级排液管连接处设置有连接法兰盘；所述连接法兰盘上设置有与单级排液管连接的检测组件；检测组件能够对制冷剂的数据进行实时检测，多级压力控制器根据检测数据可快速调节，有利于提升控制精度。

进一步地，所述检测组件包括压力传感器、温度传感器、流量传感器；压力传感器能够实现对制冷剂的压力检测，温度传感器能够实现制冷剂的温度检测，流量传感器能够实现制冷剂的流量检测。

进一步地，供液调节阀包括连通单级排液管与压力调节管的阀体外壳，设置在所述阀体外壳中部的球形调节室，与所述球形调节室配合设置的转动球体，贯穿所述转动球体的调节通道，设置在所述转动球体正上方且贯穿球形调节室的转轴，以及用于控制所述转轴转动的伺服电机；

位于球形调节室两端的阀体外壳内设有阀体管道；

所述调节通道为贯穿转动球体且与阀体管道连通的通孔；所述通孔两端为关于转轴中心轴线对称的V型旋转槽；

所述V型旋转槽的旋转角度为45～68°；转动球体、球形调节室抗压能力强，结构稳定性高；在转动球体转动时V型旋转槽可实现对制冷剂流通截面积的大小控制，伺服电机则能够实现V型旋转槽的高精度转动。

本发明还公开了飞机极端温度测试实验的制冷控制方法，包括以下步骤：

S1、冷却制冷剂

循环制冷剂装置对回流的制冷剂进行冷却处理，并将处理好的制冷剂通入制冷剂储放装置内部，进行储放；

S2、制冷剂的单级压力控制

首先储放罐内部的制冷剂通过单向阀进入压力调节管，根据换热器内冷却剂压力的变化，首先采用一个单级压力调节器进行单级压力调节；其中伸缩调节机构通过伸缩控制活塞组件移动改变压力调节管内部体积，再通过改变供液调节阀中制冷剂流体的截面大小，完成单级压力调节；通过定压装置将制冷剂输送进换热器；

S3、制冷剂的多级压力控制

根据换热器压力变化需要，依次启动剩余的单级压力调节器控制定压装置内制冷剂压力的增大或减小。

本发明的有益效果是：本发明通过多级压力控制器对制冷剂能够进行多级压力调节，根据检测组件数据变化，通过压力调节管、伸缩调节机构、活塞组件、单向阀以及供液调节阀的设置能够实现快速、精准的压力控制，可有效避免手动调节；通过多个单级压力调节器的设置能够有效扩展对制冷剂的压力调节范围，满足大型飞机气候实验室制冷剂温差大、压力变化大的情况；本发明通过定压装置的设置能够提供一定的稳压功能，对制冷剂的压力变化进行缓冲，实现压力保护；通过气压与制冷剂液压的实时平衡，解决制冷剂压力变化快，调节延迟的问题，从而确保换热器稳定可靠的进行换热工作。

附图说明

图1是本发明实施例1整体的结构示意图；

图2是本发明实施例1多级压力控制器的结构示意图；

图3是本发明实施例1中部安装架的结构示意图；

图4是本发明实施例1定压装置的结构示意图；

图5是本发明实施例1压力平衡管的结构示意图；

图6是本发明实施例2伸缩调节机构的结构示意图；

图7是本发明实施例3供液调节阀的结构示意图；

图8是本发明实施例5的方法流程图；

其中，1-循环制冷装置、2-制冷剂储放装置、20-储放罐、21-负压装置、22-排液组件、3-控制装置、30-保护罩、31-多级压力控制器、32-定压装置、33-单级压力调节器、34-伸缩调节机构、35-连接法兰盘、310-中部安装架、311-端部安装架、312-中部支架板、313-第一中心连接孔、314-中部安装孔、315-第二中心连接孔、316-端部安装孔、320-连通腔、321-换热循环管、322-球形腔体、323-电动阀门、324-压力平衡管、325-高压充气泵、326-浮动平衡板、327-密封滑动环、330-压力调节管、331-进液管、332-单级排液管、333-活塞组件、334-单向阀、335-供液调节阀、340-密封件、341-螺纹丝杠、342-动力电机、343-控制机构、3430-移动环、3431-螺纹连接环件、3432-连接滑杆、350-检测组件、3350-阀体外壳、3351-球形调节室、3352-转动球体、3353-调节通道、3354-转轴、3355-伺服电机、3356-阀体管道、3357-通孔、3358-V型旋转槽。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的飞机极端温度测试实验的制冷控制系统，包括与换热器连通并用于冷却制冷剂的循环制冷装置1，一端与所述循环制冷装置1连通并用于储放制冷剂的制冷剂储放装置2，连通所述制冷剂储放装置2的另一端与换热器的控制装置3；

所述制冷剂储放装置2包括6个以控制装置3为中心均匀分布的储放罐20；

所述储放罐20下端与循环制冷装置1通过负压装置21连通；

所述储放罐20上端设有与控制装置3连通的排液组件22；

所述控制装置3包括垂直设置在循环制冷装置1上方的保护罩30，设置在所述保护罩30内部且与排液组件22连通的多级压力控制器31，设置在所述保护罩30上方用于连通所述多级压力控制器31与换热器的定压装置32；

如图2所示，所述多级压力控制器31包括固定安装在保护罩30中部的中部安装架310，固定安装在所述保护罩30两端的端部安装架311，6个设置在所述中部安装架310、端部安装架311上且与储放罐20一一对应连接的单级压力调节器33；

如图3所示，所述中部安装架310包括两个水平且上下分隔设置在保护罩30内的中部支架板312；所述中部支架板312中心均设有第一中心连接孔313；所述中部支架板312侧边设置有以第一中心连接孔313为中心均匀分布的中部安装孔314；

所述端部安装架311上设有第二中心连接孔315、端部安装孔316；

所述单级压力调节器33包括设置在中部安装孔314上的压力调节管330，设置在所述压力调节管330中部且与排液组件22连通的进液管331，设置在所述压力调节管330中部且贯穿第一中心连接孔313、第二中心连接孔315并与定压装置32连接的单级排液管332，两个分别滑动设置在所述压力调节管330内的活塞组件333，两个分别与所述活塞组件333连接的伸缩调节机构34；

所述进液管331与压力调节管330连接处设置有单向阀334；

所述单级排液管332与压力调节管330连接处设置有供液调节阀335；

所述伸缩调节机构34一端与活塞组件333连接、另一端与端部安装孔316连接。

如图4所示，所述定压装置32包括设置在保护罩30上方且与单级排液管332连通的连通腔320，设置在所述连通腔320上并与换热器连接的换热循环管321，以及设置在所述连通腔320两侧的球形定压器；

所述球形定压器包括设置在连通腔320两侧的球形腔体322，设置在所述球形腔体322、连通腔320之间的电动阀门323，一端设置在所述球形腔体322上的压力平衡管324，以及与所述压力平衡管324另一端连接的高压充气泵325；

如图5所示，所述压力平衡管324包括圆形管本体，活动设置在所述圆形管本体内的浮动平衡板326，以及设置在所述浮动平衡板326侧边与圆形管本体内壁接触的密封滑动环327。

沿压力平衡管324轴向方向设置有线位移传感器；所述线位移传感器一端连接浮动平衡板326、另一端固定在压力平衡管324上。

所述定压装置32与单级排液管332连接处设置有连接法兰盘35；所述连接法兰盘35上设置有与单级排液管332连接的检测组件350。

所述检测组件350包括压力传感器、温度传感器、流量传感器。

其中，循环制冷装置1、负压装置21、供液调节阀335、伸缩调节机构34、电动阀门323、高压充气泵325、线位移传感器、压力传感器、温度传感器、流量传感器为现有市售产品且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。

实施例2

与实施例1不同的是：

如图6所示，所述伸缩调节机构34包括固定设置在压力调节管330端口处的密封件340，一端设置在所述密封件340中心、另一端与端部安装孔316连接的螺纹丝杠341，固定安装在所述端部安装架311上并控制螺纹丝杠341转动的动力电机342，以及一端活动贯穿密封件340与活塞组件333连接、另一端与螺纹丝杠341螺纹连接的控制机构343。

所述控制机构343包括与所述螺纹丝杠341连接的移动环3430，设置在移动环3430与螺纹丝杠341连接处的螺纹连接环件3431，以及以螺纹丝杠341为中心均匀设置在螺纹丝杠341周围的连接滑杆3432；

所述连接滑杆3432一端与移动环3430固定连接、另一端与活塞组件333固定连接；

所述螺纹连接环件3431的内环壁与螺纹丝杠341螺纹连接；螺纹连接环件3431的外环壁与移动环3430转动连接。

其中，螺纹丝杠341、动力电机342为现有市售产品且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。

实施例3

与实施例1不同的是：

如图7所示，供液调节阀335包括连通单级排液管332与压力调节管330的阀体外壳3350，设置在所述阀体外壳3350中部的球形调节室3351，与所述球形调节室3351配合设置的转动球体3352，贯穿所述转动球体3352的调节通道3353，设置在所述转动球体3352正上方且贯穿球形调节室3351的转轴3354，以及用于控制所述转轴3354转动的伺服电机3355；

位于球形调节室3351两端的阀体外壳3350内设有阀体管道3356；

所述调节通道3353为贯穿转动球体3352且与阀体管道3356连通的通孔3357；所述通孔3357两端为关于转轴3354中心轴线对称的V型旋转槽3358；

所述V型旋转槽3358的旋转角度为45°。

其中，伺服电机3355为现有市售产品且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。

实施例4

与实施例3不同的是：

V型旋转槽3358的旋转角度为68°。

实施例5

根据实施例1的控制系统进行飞机极端温度测试实验的制冷控制方法，包括以下步骤：

S1、冷却制冷剂

循环制冷剂装置1对回流的制冷剂进行冷却处理，并将处理好的制冷剂通入制冷剂储放装置2内部，进行储放；

S2、制冷剂的单级压力控制

首先储放罐20内部的制冷剂通过单向阀334进入压力调节管330，根据换热器内冷却剂压力的变化，首先采用一个单级压力调节器33进行单级压力调节；其中伸缩调节机构34通过伸缩控制活塞组件333移动改变压力调节管330内部体积，再通过改变供液调节阀335中制冷剂流体的截面大小，完成单级压力调节；通过定压装置32将制冷剂输送进换热器；

S3、制冷剂的多级压力控制

根据换热器压力变化需要，依次启动剩余的单级压力调节器33控制定压装置32内制冷剂压力的增大或减小。

Claims (9)

1.飞机极端温度测试实验的制冷控制系统，其特征在于，包括与换热器连通并用于冷却制冷剂的循环制冷装置(1)，一端与所述循环制冷装置(1)连通并用于储放制冷剂的制冷剂储放装置(2)，连通所述制冷剂储放装置(2)的另一端与换热器的控制装置(3)；

所述制冷剂储放装置(2)包括多个以控制装置(3)为中心均匀分布的储放罐(20)；

所述储放罐(20)下端与循环制冷装置(1)通过负压装置(21)连通；

所述储放罐(20)上端设有与控制装置(3)连通的排液组件(22)；

所述控制装置(3)包括垂直设置在循环制冷装置(1)上方的保护罩(30)，设置在所述保护罩(30)内部且与排液组件(22)连通的多级压力控制器(31)，设置在所述保护罩(30)上方用于连通所述多级压力控制器(31)与换热器的定压装置(32)；

所述多级压力控制器(31)包括固定安装在保护罩(30)中部的中部安装架(310)，固定安装在所述保护罩(30)两端的端部安装架(311)，多个设置在所述中部安装架(310)、端部安装架(311)上且与储放罐(20)一一对应连接的单级压力调节器(33)；

所述中部安装架(310)包括两个水平且上下分隔设置在保护罩(30)内的中部支架板(312)；所述中部支架板(312)中心均设有第一中心连接孔(313)；所述中部支架板(312)侧边设置有以第一中心连接孔(313)为中心均匀分布的中部安装孔(314)；

所述端部安装架(311)上设有第二中心连接孔(315)、端部安装孔(316)；

所述单级压力调节器(33)包括设置在中部安装孔(314)上的压力调节管(330)，设置在所述压力调节管(330)中部且与排液组件(22)连通的进液管(331)，设置在所述压力调节管(330)中部且贯穿第一中心连接孔(313)、第二中心连接孔(315)并与定压装置(32)连接的单级排液管(332)，两个分别滑动设置在所述压力调节管(330)内的活塞组件(333)，两个分别与所述活塞组件(333)连接的伸缩调节机构(34)；

所述进液管(331)与压力调节管(330)连接处设置有单向阀(334)；

所述单级排液管(332)与压力调节管(330)连接处设置有供液调节阀(335)；

所述伸缩调节机构(34)一端与活塞组件(333)连接、另一端与端部安装孔(316)连接。

2.根据权利要求1所述的飞机极端温度测试实验的制冷控制系统，其特征在于，所述伸缩调节机构(34)包括固定设置在压力调节管(330)端口处的密封件(340)，一端设置在所述密封件(340)中心、另一端与端部安装孔(316)连接的螺纹丝杠(341)，固定安装在所述端部安装架(311)上并控制螺纹丝杠(341)转动的动力电机(342)，以及一端活动贯穿密封件(340)与活塞组件(333)连接、另一端与螺纹丝杠(341)螺纹连接的控制机构(343)。

3.根据权利要求2所述的飞机极端温度测试实验的制冷控制系统，其特征在于，所述控制机构(343)包括与所述螺纹丝杠(341)连接的移动环(3430)，设置在移动环(3430)与螺纹丝杠(341)连接处的螺纹连接环件(3431)，以及以螺纹丝杠(341)为中心均匀设置在螺纹丝杠(341)周围的连接滑杆(3432)；

所述连接滑杆(3432)一端与移动环(3430)固定连接、另一端与活塞组件(333)固定连接；

所述螺纹连接环件(3431)的内环壁与螺纹丝杠(341)螺纹连接；螺纹连接环件(3431)的外环壁与移动环(3430)转动连接。

4.根据权利要求1所述的飞机极端温度测试实验的制冷控制系统，其特征在于，所述定压装置(32)包括设置在保护罩(30)上方且与单级排液管(332)连通的连通腔(320)，设置在所述连通腔(320)上并与换热器连接的换热循环管(321)，以及设置在所述连通腔(320)两侧的球形定压器；

所述球形定压器包括设置在连通腔(320)两侧的球形腔体(322)，设置在所述球形腔体(322)、连通腔(320)之间的电动阀门(323)，一端设置在所述球形腔体(322)上的压力平衡管(324)，以及与所述压力平衡管(324)另一端连接的高压充气泵(325)；

所述压力平衡管(324)包括圆形管本体，活动设置在所述圆形管本体内的浮动平衡板(326)，以及设置在所述浮动平衡板(326)侧边与圆形管本体内壁接触的密封滑动环(327)。

5.根据权利要求4所述的飞机极端温度测试实验的制冷控制系统，其特征在于，沿压力平衡管(324)轴向方向设置有线位移传感器；所述线位移传感器一端连接浮动平衡板(326)、另一端固定在压力平衡管(324)上。

6.根据权利要求1所述的飞机极端温度测试实验的制冷控制系统，其特征在于，所述定压装置(32)与单级排液管(332)连接处设置有连接法兰盘(35)；所述连接法兰盘(35)上设置有与单级排液管(332)连接的检测组件(350)。

7.根据权利要求6所述的飞机极端温度测试实验的制冷控制系统，其特征在于，所述检测组件(350)包括压力传感器、温度传感器、流量传感器。

8.根据权利要求1所述的飞机极端温度测试实验的制冷控制系统，其特征在于，供液调节阀(335)包括连通单级排液管(332)与压力调节管(330)的阀体外壳(3350)，设置在所述阀体外壳(3350)中部的球形调节室(3351)，与所述球形调节室(3351)配合设置的转动球体(3352)，贯穿所述转动球体(3352)的调节通道(3353)，设置在所述转动球体(3352)正上方且贯穿球形调节室(3351)的转轴(3354)，以及用于控制所述转轴(3354)转动的伺服电机(3355)；

位于球形调节室(3351)两端的阀体外壳(3350)内设有阀体管道(3356)；

所述调节通道(3353)为贯穿转动球体(3352)且与阀体管道(3356)连通的通孔(3357)；所述通孔(3357)两端为关于转轴(3354)中心轴线对称的V型旋转槽(3358)；

所述V型旋转槽(3358)的旋转角度为45～68°。

9.飞机极端温度测试实验的制冷控制方法，基于权利要求1～8任意一项所述的飞机极端温度测试实验的制冷控制系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1、冷却制冷剂

循环制冷剂装置(1)对回流的制冷剂进行冷却处理，并将处理好的制冷剂通入制冷剂储放装置(2)内部，进行储放；

S2、制冷剂的单级压力控制

首先储放罐(20)内部的制冷剂通过单向阀(334)进入压力调节管(330)，根据换热器内冷却剂压力的变化，首先采用一个单级压力调节器(33)进行单级压力调节；其中伸缩调节机构(34)通过伸缩控制活塞组件(333)移动改变压力调节管(330)内部体积，再通过改变供液调节阀(335)中制冷剂流体的截面大小，完成单级压力调节；通过定压装置(32)将制冷剂输送进换热器；

S3、制冷剂的多级压力控制

根据换热器压力变化需要，依次启动剩余的单级压力调节器(33)控制定压装置(32)内制冷剂压力的增大或减小。