魏曉斌，朱 毅，趙旭森

WEI Xiao-bin, ZHU Yi, ZHAO Xu-sen

（徐州空軍學(xué)院 航空四站系，徐州 221000）

0 引言

氮?dú)夤?yīng)保障質(zhì)量直接影響到飛行安全。航空充氮車主要借助汽車發(fā)動機(jī)的動力，通過傳動裝置帶動壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，滿足不同壓力的充氣要求，對飛機(jī)或地面設(shè)備輸送、灌充氮?dú)?。鑒于航空充氮車充氣流程較為復(fù)雜，本文通過分析研究該車的氣路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)來將其流程進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，以進(jìn)一步確保供應(yīng)給飛機(jī)的氮?dú)赓|(zhì)量，保證飛行安全。

1 航空充氮車自動充氣設(shè)計

航空充氮車主要分地面氣站向車內(nèi)氣瓶灌充氮?dú)?、車?nèi)氣瓶間轉(zhuǎn)充氮?dú)?、車?nèi)氣瓶向外灌充氮?dú)夂脱h(huán)工作等四種充氣流程。在飛行保障時，一般采取對流充氣的方法來保障飛機(jī)對氮?dú)獾男枨螅?dāng)飛機(jī)需要35MPa的氮?dú)鈺r，再進(jìn)行增壓灌充。但充氮車進(jìn)行對流充氮時的充氣流程需要控制閥門太多，比較復(fù)雜，很有必要將其流程進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)流程主要是在特定的位置增添一只電磁閥、一個驅(qū)動開關(guān)、一個氣壓開關(guān)等，以用來實(shí)現(xiàn)其自動充氣。

1.1 電磁閥

電磁閥是通過一個電磁線圈來控制閥芯位置以達(dá)到改變流體流動方向的目的，或者切斷和接通電源。電磁閥操作方便，布置靈活，能實(shí)現(xiàn)動作轉(zhuǎn)換的自動化操作。該電磁閥由航空標(biāo)準(zhǔn)件（QDF-1型）改裝而成。改裝的原因在于，原標(biāo)準(zhǔn)件的工作電壓是直流24V，而充氮車的電源電壓是直流12V，不能滿足要求。電磁閥的構(gòu)造如圖1所示，它主要由前殼體、后殼體、進(jìn)氣接管嘴、出氣接管嘴、活塞、活門片、針形活門、襯筒、機(jī)械手柄、線圈和鐵芯等組成。其工作原理是動鐵芯底部的密封塊借助彈簧的壓力將閥體進(jìn)氣孔關(guān)閉，氣體從進(jìn)氣口進(jìn)入三通閥氣缸，推動導(dǎo)向活塞向前移動。當(dāng)斷電時，電磁力消失，動鐵芯在彈簧力的作用下離開固定鐵芯向下移動，將排氣口打開，進(jìn)氣口堵住，氣缸內(nèi)的氣體經(jīng)排氣口排出，導(dǎo)向活塞作反向運(yùn)動。特別注意的是電磁閥安裝時應(yīng)注意進(jìn)氣口不要裝錯，并防止通道被贓物堵塞。

圖1 電磁閥

1.2 驅(qū)動開關(guān)

驅(qū)動開關(guān)上連觸通活門，下連電磁閥，在電磁閥輸出氣體的作用下工作。其構(gòu)造如圖2所示，主要由汽缸筒、活塞、節(jié)流室和進(jìn)氣接嘴等組成。

圖2 驅(qū)動開關(guān)

為防止控制氣體沿活塞體漏入上部空間而妨礙活塞體上行和下行時在上部空間造成負(fù)壓而妨礙活塞下行，在氣缸筒的上方鉆有兩個氣流平衡小孔。維護(hù)時不得將兩小孔堵住。

活塞由活塞體、密封圈和調(diào)節(jié)螺栓組成。為了保證工作中觸通活門的開啟度和避免活塞對觸通活門頂桿的沖擊，調(diào)節(jié)螺栓的升起高度是可以調(diào)節(jié)的。

節(jié)流室前端與氣缸筒相連，后端與進(jìn)氣嘴相連。

進(jìn)氣嘴的后端螺紋與電磁閥出氣管相連，前端螺紋與節(jié)流室相連。前部內(nèi)側(cè)加工出凸臺和缺口，以便壓緊橡膠圈和均衡氣流。

圖3 氣壓開關(guān)

1.3 氣壓開關(guān)

氣壓開關(guān)（如圖3所示）是利用壓差原理，比較氣瓶組與向車內(nèi)（或車外）充氣的充氣接頭之間的壓力差。當(dāng)進(jìn)氣充氣接嘴處氣體壓力大于氣瓶組內(nèi)氣體壓力時，氣體壓縮彈簧使動觸片壓緊靜觸片，氣壓開關(guān)閉合，從而使電磁閥通電。當(dāng)進(jìn)氣充氣接嘴處氣體壓力低于氣瓶組內(nèi)氣體壓力時，動觸片在彈簧的回復(fù)力作用下回復(fù)到原來位置，從而氣壓開關(guān)斷開，電磁閥斷電；同理，當(dāng)出氣瓶組氣體壓力大于充氣接嘴前氣體管路氣體壓力時，氣體壓縮彈簧使動觸片壓緊靜觸片，氣壓開關(guān)閉合，從而使電磁閥通電。當(dāng)出氣瓶組氣體壓力低于充氣接嘴前氣體管路氣體壓力時，動觸片在彈簧的回復(fù)力作用下回復(fù)到原來位置，從而氣壓開關(guān)斷開，電磁閥斷電。

2 地面氣站向車內(nèi)氣瓶灌充氮?dú)飧倪M(jìn)

2.1 改進(jìn)設(shè)想

在原有流程不變的基礎(chǔ)上，可于止回閥Z3的后面，轉(zhuǎn)充閥K4（或K5、K6）前面連接一電磁閥和一驅(qū)動開關(guān)，從車載電瓶引出一根導(dǎo)線連接到電磁閥上以用來控制電磁閥工作，并于該導(dǎo)線上設(shè)置一氣壓開關(guān)，其一端從Z1（或Z2）之后引出一根氣體管路與氣壓開關(guān)相連，另一端與進(jìn)氣瓶組之前的氣體管路相連。氣壓開關(guān)的作用在于比較從充氣接嘴而來的氣體壓力與進(jìn)氣瓶組之前氣體管路中氣體壓力的大小，從而決定其是開啟還是關(guān)閉，進(jìn)而控制電磁閥是否得電。電磁閥的作用則是在氣壓開關(guān)的控制下看其是否得電，從而看其線圈是否通電產(chǎn)生電磁力，進(jìn)而控制信號氣體是否進(jìn)入驅(qū)動開關(guān)。驅(qū)動開關(guān)的作用則是在電磁閥輸出的信號氣體的作用下，推動觸通活門的頂桿上移，控制觸通活門的開啟和關(guān)閉。

2.2 改進(jìn)措施

地面氣站向車內(nèi)氣瓶灌充氮?dú)飧倪M(jìn)流程如圖4所示（圖中粗線部分為電路線路）。

當(dāng)從Z1（或Z2）流出的氣體壓力大于進(jìn)氣瓶組管路中的氣體壓力時，氣壓開關(guān)閉合，從而電磁閥通電。

當(dāng)電磁閥線圈通電產(chǎn)生磁力時，活動鐵芯帶動針形活門右移，使小排氣活門關(guān)閉，小進(jìn)氣活門開啟。此時，由充氣接嘴J1（或J2）而來的信號氣體由進(jìn)氣接管，經(jīng)左段隨動活塞中心孔、小進(jìn)氣活門、后段隨動活塞氣孔，進(jìn)到隨動活塞后端空腔，推動活塞前移，使大排氣活門關(guān)閉，大進(jìn)氣活門開啟。信號氣體經(jīng)大進(jìn)氣活門和出氣接嘴管流向驅(qū)動開關(guān)。

信號氣體經(jīng)驅(qū)動開關(guān)進(jìn)氣嘴、節(jié)流活門進(jìn)入活塞體后部空間時，在氣體壓力作用下活塞前移，調(diào)節(jié)螺栓便推動觸通活門的頂桿上移，使觸通活門開啟。此時，只需打開轉(zhuǎn)充閥K4（或K5、K6）便可對氣瓶進(jìn)行充氣。

當(dāng)氣瓶內(nèi)氣體壓力與充氣壓力相平衡時，氣壓開關(guān)斷開，電磁閥線圈斷電電磁力消失，活動鐵芯和針形活門在小彈簧作用下左移。此時，小進(jìn)氣活門被關(guān)閉，小排氣活門被開啟，隨動活塞后端的氣體經(jīng)小排氣活門排向大氣。隨動活塞在前端彈簧的作用下后移，將大進(jìn)氣活門關(guān)閉，大排氣活門開啟，驅(qū)動開關(guān)和出氣接管中的信號氣體，經(jīng)前殼體上的大排氣孔排向大氣。

當(dāng)電磁閥出口氣體消失時，在觸通活門彈簧力作用下，活塞被頂桿推回。此時，氣體經(jīng)隔膜壓縮機(jī)C增壓、冷卻器E冷卻、過濾器F4過濾后到止回閥Z4，再分別由增供閥K12（或K13、K14）控制，充入氣瓶組，直到車上氣瓶組壓力滿足要求為止。

圖4 地面氣站向車內(nèi)氣瓶灌充氮?dú)飧倪M(jìn)流程

3 車內(nèi)氣瓶向外灌充氮?dú)飧倪M(jìn)

3.1 改進(jìn)設(shè)想

在氣瓶組出口處引出一根管路接在電磁閥與驅(qū)動開關(guān)上，將其另一端接于充氣接嘴之前，從車載電瓶引出一根導(dǎo)線連接到電磁閥上以用來控制電磁閥工作，并于該導(dǎo)線上設(shè)置一氣壓開關(guān)，其一端與出氣瓶組氣體管路相連，另一端與充氣接嘴前氣體管路相連。氣壓開關(guān)的作用在于比較出氣瓶組氣體管路內(nèi)氣體的壓力與充氣接嘴之前氣體管路中氣體壓力的大小，從而決定其是開啟還是關(guān)閉，進(jìn)而控制電磁閥是否得電。電磁閥的作用則是在氣壓開關(guān)的控制下看其是否得電，從而看其線圈是否通電產(chǎn)生電磁力，進(jìn)而控制信號氣體是否進(jìn)入驅(qū)動開關(guān)。驅(qū)動開關(guān)的作用則是在電磁閥輸出的信號氣體的作用下，推動觸通活門的頂桿上移，控制觸通活門的開啟和關(guān)閉。在充氣接頭前的氣體管路上安裝一傳感器，其作用就是當(dāng)傳感器的進(jìn)氣口和出氣口之間的氣體壓力差縮小到某一特定值時，傳感器立即發(fā)出電信號。此信號經(jīng)電路輸入給控制電路，控制電路通過加工處理，便發(fā)出相應(yīng)的控制信號來控制充氣過程。并在傳感器和充氣街頭之間安裝一電接點(diǎn)壓力表，該壓力表通過其活動的指示指針與上、下觸點(diǎn)的接觸構(gòu)成通路，從而通過插頭輸出電信號，使控制電路做出相應(yīng)的控制反應(yīng)，其主要用來控制充氣的上限壓力和判別管路余氣排放時的狀態(tài)。

3.2 改進(jìn)措施

車內(nèi)氣瓶向外灌充氮?dú)飧倪M(jìn)流程如圖5所示（圖中粗線部分為電路線路）。

當(dāng)出氣瓶組氣體壓力大于充氣接嘴前氣體管路氣體壓力時，氣壓開關(guān)閉合，從而電磁閥通電。

圖5 車內(nèi)氣瓶向外灌充氮?dú)飧倪M(jìn)流程

當(dāng)電磁閥線圈通電產(chǎn)生磁力時，活動鐵芯帶動針形活門右移，使小排氣活門關(guān)閉，小進(jìn)氣活門開啟。此時，由氣瓶組而來的信號氣體由進(jìn)氣接管，經(jīng)左段隨動活塞中心孔、小進(jìn)氣活門、后段隨動活塞氣孔，進(jìn)到隨動活塞后端空腔，推動活塞前移，使大排氣活門關(guān)閉，大進(jìn)氣活門開啟。信號氣體經(jīng)大進(jìn)氣活門和出氣接嘴管流向驅(qū)動開關(guān)。

信號氣體經(jīng)驅(qū)動開關(guān)進(jìn)氣嘴、節(jié)流活門進(jìn)入活塞體后部空間時，在氣體壓力作用下活塞前移，調(diào)節(jié)螺栓便推動觸通活門的頂桿上移，使觸通活門開啟。此時，只需打開充氣接嘴便可對外進(jìn)行充氣。

當(dāng)氣瓶內(nèi)壓力與外界壓力達(dá)到平衡時，氣壓開關(guān)斷開，電磁閥線圈斷電電磁力消失，活動鐵芯和針形活門在小彈簧作用下左移。此時，小進(jìn)氣活門被關(guān)閉，小排氣活門被開啟，隨動活塞后端的氣體經(jīng)小排氣活門排向大氣。隨動活塞在前端彈簧的作用下后移，將大進(jìn)氣活門關(guān)閉，大排氣活門開啟，驅(qū)動開關(guān)和出氣接管中的信號氣體，經(jīng)前殼體上的大排氣孔排向大氣。當(dāng)電磁閥出口氣體消失時，在觸通活門彈簧力作用下，活塞被頂桿推回。

充氣工作開始后，某一氣瓶組中的高壓氣體從傳感器進(jìn)氣接嘴進(jìn)入，由于出氣端處于低壓狀態(tài)，進(jìn)、出氣體的壓力差很大，在此壓力差的作用下，閥芯被高速氣流吹動前移，使閥芯上的永久磁鐵塊脫離螺桿。隨著充氣時間增加，出氣端氣壓上升，進(jìn)氣端氣壓有所下降，使壓力差變小，氣流速度降低。當(dāng)壓力差接近消失時，氣流失去對閥芯的吹動，閥芯和永久磁鐵便與螺桿吸合。從而把壓力差消失的信號傳遞給電控箱中的電控系統(tǒng)。

電控系統(tǒng)將此信號加工處理后，發(fā)出關(guān)閉原充氣控制閥組，打開下一個（壓力較高）充氣控制閥組的信號。充氣控制閥組轉(zhuǎn)換后，傳感器進(jìn)、出口又出現(xiàn)了較大的壓力差。閥芯又被高速氣流吹動前移，使磁鐵塊脫離螺桿，為下一次轉(zhuǎn)換做裝備，從而實(shí)現(xiàn)氣瓶組之間的自動轉(zhuǎn)換充氣。

隨著充氣過程的進(jìn)行，壓力表活動指針逐漸上移。當(dāng)氣壓達(dá)到調(diào)整上限值時，活動指針與上限觸點(diǎn)接觸，電路接通發(fā)出信號，控制電路做出相應(yīng)的反應(yīng)，關(guān)閉正在充氣的控制閥組，接通排氣控制閥組，排放充氣管路內(nèi)的余氣。隨著充氣管路內(nèi)氣壓下降，電接點(diǎn)壓力表的活動指針退回，脫離上限觸點(diǎn)。當(dāng)管內(nèi)余氣排放盡時，活動指針回到“零”壓力點(diǎn)，立即與下限觸點(diǎn)接觸，電路接通，發(fā)出信號，控制電路則接通顯示電路。

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