CN115575083B

CN115575083B - 一种气囊控制器控制策略的验证装置及验证方法

Info

Publication number: CN115575083B
Application number: CN202211587471.8A
Authority: CN
Inventors: 赵照; 熊建军; 易贤; 冉林
Original assignee: Low Speed Aerodynamics Institute of China Aerodynamics Research and Development Center
Current assignee: Low Speed Aerodynamics Institute of China Aerodynamics Research and Development Center
Priority date: 2022-12-12
Filing date: 2022-12-12
Publication date: 2023-03-21
Anticipated expiration: 2042-12-12
Also published as: CN115575083A

Abstract

本发明属于结冰风洞试验领域，具体涉及一种气囊控制器控制策略的验证装置及验证方法。其中一种气囊控制器控制策略的验证装置，包括气源、气源阀门、气囊控制器、供气阀门、试验气囊和可调节气罐组件；所述气源经管道依次连接所述气源阀门，所述气囊控制器和所述供气阀门的一端口，所述供气阀门的另一端口通过管道分别连接所述试验气囊和可调节气罐组件。本发明的装置通过设置可调节气罐组件来弥补试验气囊比真实气囊小的那部分容积，使本装置能够用于验证气囊控制器的控制策略。

Description

一种气囊控制器控制策略的验证装置及验证方法

技术领域

本发明属于结冰风洞试验领域，具体涉及一种气囊控制器控制策略的验证装置及验证方法。

背景技术

气囊除冰系统主要用于中小型中低速飞机的一种机械式除冰系统，其主要利用气囊充放气将飞机部件表面的冰破碎，借助气流将冰吹走，达到除冰的目的。

气囊除冰系统包括气囊和气囊控制器，通过气囊控制器中的控制策略控制气囊的膨胀和收缩实现除冰。为验证气囊控制器的控制策略是否有效，通常需在地面结冰风洞内开展气囊除冰试验验证。

在该验证试验过程中，气囊控制器的控制策略不变，则需要配备与真实气囊体积相同的气囊，而由于结冰风洞尺寸有限，较大的气囊无法全部放入试验段进行试验，导致该验证试验无法正常开展。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提出了一种气囊控制器控制策略的验证装置及验证方法，本发明的装置通过设置可调节气罐组件来弥补试验气囊比真实气囊小的那部分容积，使本装置能够用于验证气囊控制器的控制策略。

本发明包括如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种气囊控制器控制策略的验证装置包括气源、气源阀门、气囊控制器、供气阀门、试验气囊和可调节气罐组件；

所述气源经管道依次连接所述气源阀门，所述气囊控制器和所述供气阀门的一端口，所述供气阀门的另一端口通过管道分别连接所述试验气囊和可调节气罐组件。

进一步地，所述可调节气罐组件包括气罐本体、密封板、行程杆和直线电机；

所述密封板设置在所述气罐本体内，并通过所述行程杆与所述直线电机相连；

所述气罐本体上还设置有开口，所述行程杆穿过所述开口连接所述密封板和所述直线电机，并且所述开口的直径大于所述行程杆的直径。

进一步地，所述密封板上设置有密封圈。

进一步地，所述行程杆上设置有测距传感器。

进一步地，所述试验气囊的出入口管道上设置压力传感器。

本发明第二方面提供了一种采用上述所述的气囊控制器控制策略的验证装置的气囊控制器控制策略的验证方法，包括如下步骤：

S100：获取可调节气罐组件的目标容积，所述可调节气罐组件的目标容积为真实气囊与所述试验气囊的容积之差；

S200：将所述可调节气罐组件的容积调节至目标容积；

S300：达到除冰条件时，打开气源阀门和供气阀门，接通气囊控制器电源，执行所述气囊控制器的控制策略，观察和/或记录除冰情况；

S400：试验结束，关闭所述气源阀门和所述供气阀门，断开所述气囊控制器电源。

进一步地，步骤S200包括：初始化所述可调节气罐组件，将密封板行程归零，使所述可调节气罐组件为最大容积；根据目标容积计算密封板的目标位置，并通过电机将密封板调节至目标位置。

进一步地，所述验证装置还可用于结冰试验，或在步骤S100之前还包括结冰试验：

S001：将所述可调节气罐组件的行程推至最大，使得所述可调节

气罐的容积为零；关闭所述供气阀门和所述气源阀门；

S002：待风洞参数稳定，逐渐调大所述可调节气罐组件的容积，同时通过设置在试验气囊的出入口的管道上的压力传感器测量压力值，当所述压力值小于不同攻角工况下的吸力峰值时，停止调节调节气罐的容积；

S003：开启喷雾系统，进行结冰试验。

采用上述技术方案，本发明包括如下优点：

1、本发明的装置通过设置可调节气罐组件来弥补试验气囊比真实气囊小的那部分容积，使本装置能够用于验证气囊控制器的控制策略。

2、本发明的装置通过设置可调节气罐组件，可以适用于不同的气囊控制器的验证，即适用的验证容积在气囊容积到气囊容积+气罐本体容积之间的容积范围，适用范围更广。

3、本发明的可调节气罐组件可以在结冰过程中实现使气囊收缩的效果，无需气囊控制器一直工作，从而降低气囊控制器长时间运行造成损伤的可能性，节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的一种气囊除冰试验装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1 的可调节气罐组件的结构示意图；

图3为本发明实施例2的验证方法的流程示意图；

图4为本发明实施例2的结冰试验的流程示意图。

附图中：10-气源，20-气源阀门，30-气囊控制器，40-供气阀门，50-试验气囊，60-可调节气罐组件，61-气罐本体，62-密封板，63-直线电机，64-密封圈，70-飞机蒙皮，80-风洞试验段，90-压力传感器。

具体实施方式

在下文中将参考附图对本发明的各方面进行更充分的描述。然而，本发明可以具体化成许多不同形式且不应解释为局限于贯穿本发明所呈现的任何特定结构或功能。相反地，提供这些方面将使得本发明周全且完整，并且本发明将给本领域技术人员充分地传达本发明的范围。基于本文所教导的内容，本领域的技术人员应意识到，无论是单独还是结合本发明的任何其它方面实现本文所公开的任何方面，本发明的范围旨在涵盖本文中所公开的任何方面。例如，可以使用本文所提出任意数量的装置或者执行方法来实现。另外，除了本文所提出本发明的多个方面之外，本发明的范围更旨在涵盖使用其它结构、功能或结构和功能来实现的装置或方法。应可理解，其可通过权利要求的一或多个元件具体化本文所公开的任何方面。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或模型的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或模型。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种气囊控制器控制策略的验证装置包括气源10、气源阀门20、气囊控制器30、供气阀门40、试验气囊50和可调节气罐组件60；

所述气源10经管道依次连接所述气源阀门20，所述气囊控制器30和所述供气阀门40的一端口，所述供气阀门40的另一端口通过管道分别连接所述试验气囊50和可调节气罐组件60。

本发明通过可调节气罐组件60来弥补试验气囊50比真实气囊小的那部分容积，则在气囊除冰试验中使用飞机上实际使用的气囊控制器30来进行试验，验证该气囊控制器30的控制策略是否合适。

进一步地，如图2所示，所述可调节气罐组件60包括气罐本体61、密封板62、行程杆和直线电机63；所述密封板设置在所述气罐本体61内，并通过所述行程杆与所述直线电机63相连；所述气罐本体61上还设置有开口，所述行程杆穿过所述开口连接所述密封板和所述直线电机63，并且所述开口的直径大于所述行程杆的直径，使得空气可以经所述开口进出气罐本体，便于密封板在气罐本体内的推动。

本领域技术人员可以理解，例如在本实施例附图2中，密封板62以上的部分通过管道与试验气囊50连通，那么密封板62以上的部分的容积可以参与到验证试验中，以弥补气囊50与真实气囊容积相差的那部分容积。而通过改变密封板62的位置，可以改变气罐本体内参与试验的容积大小，使得本实施例的可调节气罐组件60的适用范围更广。当需要验证不同的气囊控制器时，只需要计算真实气囊与试验气囊容积的差值，由可调气罐组件来弥补这一差值即可。

进一步地，所述密封板上设置有密封圈64。基于此结构，使可调节气罐组件60具有更好的密封性，提高试验精确度。

进一步地，所述行程杆上设置有测距传感器。在进行容积调节时，可以根据测距传感器反馈的距离来反馈密封板的位置，从而可计算此时参与试验的容积；或根据所制定的所需弥补的容积计算密封板应该调整到什么位置，调整过程中由测距传感器反馈是否调整到位。

进一步地，所述试验气囊50的出入口管道上设置压力传感器90。试验气囊50作用在飞机蒙皮70上的力与试验气囊50内的压力相关，而试验气囊50作用在飞机蒙皮70上的力决定了除冰效果，所以通过设置压力传感器90监控试验气囊50内的压力，可以通过该压力监控来验证气囊控制器30的控制策略；另一方面，在结冰试验过程中，该压力监控器用于监控气囊是否已经收缩到位，详见实施例2的描述。

实施例2

本实施例提供了一种采用实施例1所述的气囊控制器控制策略的验证装置的气囊控制器控制策略的验证方法，如图3所示，本领域技术人员可以理解，试验过程中，需要将所述试验气囊50设置在待测物面之下（例如设置在飞机蒙皮70下，以验证气囊对飞机蒙皮的除冰效果），并且将试验气囊和待测物面均置于风洞试验段80，而可调节气罐组件60可以根据实际情况置于风洞试验段内或设置在风洞试验段外。

本实施例中，验证方法包括如下步骤：

S100：获取可调节气罐组件60的目标容积，所述可调节气罐组件60的目标容积为真实气囊与所述试验气囊50的容积之差；

S200：将所述可调节气罐组件60的容积调节至目标容积；

具体地，初始化所述可调节气罐组件（60），将密封板（62）行程归零，使所述可调节气罐组件（60）为最大容积；根据目标容积计算密封板（62）的目标位置，并通过电机将密封板（62）调节至目标位置。在电机带动密封板调节位置的过程中，采用测距传感器探测密封板的位置，当密封板的位置达到计算的目标位置时，电机停止带动密封板运动；

S300：达到除冰条件时，打开气源阀门20和供气阀门40，接通气囊控制器电源，执行所述气囊控制器30的控制策略，观察和/或记录除冰情况。这个过程中，气囊控制器按照已经设计好的控制策略执行除冰控制。

S400：试验结束，关闭所述气源阀门20和所述供气阀门40，断开所述气囊控制器30电源。

需要说明的是，气囊控制器的使用原理是通过接通电源和断开电源来进行的控制，即通电的时间为试验气囊膨胀时间，断电的时间为试验气囊收缩时间。用于试验验证的气囊控制器的控制策略是已经设计并设置好的，打开气囊控制器的电源后，气囊控制器就按照设置好的控制策略执行，试验过程中只需要记录除冰效果，以验证气囊控制器的控制策略是否有效。

基于以上方法，能够通过观察飞机蒙皮70上的除冰效果来验证控制策略的有效性；如果飞机蒙皮70上的除冰效果并不好，可以基于此试验结果对控制策略进行调整，对调整后的控制策略再次进行气囊除冰试验，从而获得有效的控制策略。

进一步地，在步骤S100之前还包括结冰试验，即先要使待测面进行结冰，才能进行除冰试验，因此，除冰前的结冰试验是必不可少的。当然，本申请的验证装置也可以独立进行结冰试验。

在正常气囊控制器的使用情况下，当待测物面无结冰或无需除冰的情况下，气囊控制器需要一直工作使气囊处于收缩状态。本实施例中采用可调气罐组件的设置，在待测物面无结冰或无需除冰的状态下（即结冰试验过程中），通过可调气罐组件的作用使试验气囊一直处于收缩状态，从而无需气囊控制器一直作用，避免了气囊控制器长时间使用可能造成的损伤。具体地，如图4所示，本实施例中的结冰试验的步骤包括：

S001：将所述可调节气罐组件60的行程推至最大，使得所述可调节气罐的容积为零，关闭所述供气阀门40和所述气源阀门20；此时，气源阀门关闭以后，可调节气罐组件与试验气囊以及与其连通的管道一起形成一个密闭的空间，其内的气体量一定；而后通过电机带动密封板运动，可以将存在于试验气囊内的气体抽出一部分到可调节气罐组件的气罐本体内，当抽出的气体达到一定量时，可使得试验气囊属于收缩状态，从而不影响待测物面（如翼面）的正常结冰。

S002：待风洞参数稳定，逐渐调大所述可调节气罐组件60的容积，同时通过设置在试验气囊50的出入口的管道上的压力传感器90测量压力值，当所述压力值小于不同攻角工况下的吸力峰值时，此时气囊保持收缩状态，停止调节调节气罐组件的容积；这是由于，风洞起风后，不同位置表面的压力值不同，吸力峰位置压力最低，为了保证气囊不鼓起来，保持收缩状态，需要将气囊内压力小于吸力峰处压力。

S003：开启喷雾系统，进行结冰试验。

本领域技术人员可以理解，结冰试验结束后，开始进行除冰试验，即开始执行步骤S100-S400，则一轮验证试验完成；可继续进行下一轮验证试验，即开始执行S001-S003,再执行S100-S400，如此反复，直至试验结束。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种气囊控制器控制策略的验证装置，其特征在于，包括气源（10）、气源阀门（20）、气囊控制器（30）、供气阀门（40）、试验气囊（50）和可调节气罐组件（60）；

所述气源（10）经管道依次连接所述气源阀门（20），所述气囊控制器（30）和所述供气阀门（40）的一端口，所述供气阀门（40）的另一端口通过管道分别连接所述试验气囊（50）和可调节气罐组件（60）；所述可调节气罐组件（60）包括气罐本体（61）、密封板（62）、行程杆和直线电机（63）；

所述密封板（62）设置在所述气罐本体（61）内，并通过所述行程杆与所述直线电机（63）相连；密封板（62）以上的部分通过管道与试验气囊（50）连通；

所述气罐本体（61）上还设置有开口，所述行程杆穿过所述开口连接所述密封板（62）和所述直线电机（63），并且所述开口的直径大于所述行程杆的直径。

2.如权利要求1所述的一种气囊控制器控制策略的验证装置，其特征在于，所述密封板上设置有密封圈（64）。

3.如权利要求1所述的一种气囊控制器控制策略的验证装置，其特征在于，所述行程杆上设置有测距传感器。

4.如权利要求1所述的一种气囊控制器控制策略的验证装置，其特征在于，所述试验气囊（50）的出入口管道上设置压力传感器（90）。

5.一种采用如权利要求1-4任一所述的气囊控制器控制策略的验证装置的气囊控制器控制策略的验证方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100：获取可调节气罐组件（60）的目标容积，所述可调节气罐组件（60）的目标容积为真实气囊与所述试验气囊（50）的容积之差；

S200：将所述可调节气罐组件（60）的容积调节至目标容积；

S300：达到除冰条件时，打开气源阀门（20）和供气阀门（40），接通气囊控制器（30）电源，执行所述气囊控制器（30）的控制策略，观察和/或记录除冰情况；S400：试验结束，关闭所述气源阀门（20）和所述供气阀门（40），断开所述气囊控制器（30）电源；

步骤S200包括：初始化所述可调节气罐组件（60），将密封板（62）行程归零，使所述可调节气罐组件（60）为最大容积；根据目标容积计算密封板（62）的目标位置，并通过电机将密封板（62）调节至目标位置。

6.如权利要求5所述的气囊控制器控制策略的验证方法，其特征在于，所述验证装置还可用于结冰试验，或在步骤S100之前还包括结冰试验：

S001：将所述可调节气罐组件（60）的行程推至最大，使得所述可调节气罐的容积为零；关闭所述供气阀门（40）和所述气源阀门（20）；

S002：待风洞参数稳定，逐渐调大所述可调节气罐组件（60）的容积，同时通过设置在试验气囊（50）的出入口的管道上的压力传感器（90）测量压力值，当所述压力值小于不同攻角工况下的吸力峰值时，停止调节调节气罐的容积；

S003：开启喷雾系统，进行结冰试验。