龔永奇， 鄧 建， 董程源， 羅廣旭， 王 輝

(空軍勤務(wù)學(xué)院航空四站系， 江蘇 徐州 221000)

飛機(jī)地面空調(diào)保障裝備模擬負(fù)載設(shè)計(jì)

龔永奇， 鄧 建， 董程源， 羅廣旭， 王 輝

(空軍勤務(wù)學(xué)院航空四站系， 江蘇 徐州 221000)

針對(duì)飛機(jī)地面空調(diào)保障裝備的操作訓(xùn)練和檢測(cè)需求，設(shè)計(jì)了一種多功能的飛機(jī)地面空調(diào)保障裝備模擬負(fù)載。設(shè)計(jì)了該模擬負(fù)載的總體框架、風(fēng)道采樣以及電氣系統(tǒng)，并將該模擬負(fù)載與飛機(jī)空調(diào)車(chē)進(jìn)行了冬季對(duì)接實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：該模擬負(fù)載可以較好地模擬冬季飛機(jī)空調(diào)車(chē)的空調(diào)保障過(guò)程，并能夠檢測(cè)和保存飛機(jī)空調(diào)車(chē)的風(fēng)量、壓力、溫度和濕度參數(shù)，具有良好的工作性能。

飛機(jī)地面空調(diào)保障裝備； 模擬負(fù)載； 對(duì)接實(shí)驗(yàn)

飛機(jī)地面空調(diào)保障裝備是飛機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)狀態(tài)下，在地面通電檢查和維修飛機(jī)電子設(shè)備時(shí)給飛機(jī)座艙或設(shè)備艙提供干燥潔凈的冷風(fēng)、熱風(fēng)或通風(fēng)，用來(lái)控制飛機(jī)電子設(shè)備工作環(huán)境的保障裝備[1]。其提供的空調(diào)氣源不僅可以控制電子設(shè)備的工作環(huán)境溫度，保證其正常工作，提高工作可靠性，延長(zhǎng)工作壽命，還可使飛機(jī)飛行員進(jìn)入座艙后保持良好的精神狀態(tài)，確保飛行安全[2]。隨著飛機(jī)電子設(shè)備數(shù)量增多，其功率越來(lái)越大，在工作時(shí)的發(fā)熱量也隨之大幅增加，對(duì)地面空調(diào)設(shè)備提供空調(diào)氣源的需求也越來(lái)越多，同時(shí)地面空調(diào)設(shè)備的操作訓(xùn)練和檢測(cè)需求也日益加劇[3]。為此，筆者設(shè)計(jì)飛機(jī)地面空調(diào)保障裝備模擬負(fù)載，并通過(guò)其與飛機(jī)空調(diào)車(chē)的冬季對(duì)接實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

1 模擬負(fù)載總體框架

飛機(jī)地面空調(diào)保障裝備模擬負(fù)載框架如圖1所示，主要由采樣管路和傳感器等測(cè)量裝置、控制調(diào)節(jié)

圖1 飛機(jī)地面空調(diào)保障裝備模擬負(fù)載框架

裝置以及記錄裝置等組成。采樣管路和傳感器等測(cè)量裝置對(duì)進(jìn)入的空調(diào)氣源各參數(shù)進(jìn)行測(cè)量后，將物理信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)傳給記錄裝置。記錄裝置對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，以曲線、數(shù)字等形式實(shí)時(shí)顯示在控制面板上，同時(shí)對(duì)空調(diào)氣源參數(shù)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控，超過(guò)設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。必要時(shí)，記錄裝置可通過(guò)外接打印機(jī)將空調(diào)氣源各參數(shù)打印出來(lái)備案；它自身將歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，以供試驗(yàn)結(jié)束后查閱，也可與PC端進(jìn)行通信，實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，還可供其他存儲(chǔ)裝置轉(zhuǎn)存研究[4-5]。

2 模擬負(fù)載風(fēng)道采樣設(shè)計(jì)

模擬負(fù)載的風(fēng)道采樣管路如圖2所示。飛機(jī)地面空調(diào)保障裝備通風(fēng)軟管與模擬負(fù)載的快換裝置接頭對(duì)接后，將模擬負(fù)載上電，啟動(dòng)空調(diào)設(shè)備，在其正常工作后，空調(diào)氣通過(guò)通風(fēng)軟管及快換裝置接頭進(jìn)入模擬負(fù)載，經(jīng)過(guò)風(fēng)道整流柵時(shí)，風(fēng)道整流柵對(duì)空調(diào)氣進(jìn)行調(diào)節(jié)，使氣流分布均勻?？照{(diào)氣到達(dá)上游管后，渦街流量計(jì)中的傳感器上渦旋發(fā)生器感受流體的平均流速，從而測(cè)量出空調(diào)氣流量。流量檢測(cè)出來(lái)后，將檢測(cè)的結(jié)果通過(guò)信號(hào)線傳輸給無(wú)紙記錄儀。

圖2 模擬負(fù)載的風(fēng)道采樣管路

空調(diào)氣到達(dá)下游管后，壓力變送器檢測(cè)空調(diào)氣壓力，將檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)信號(hào)線傳輸?shù)綗o(wú)紙記錄儀。然后空調(diào)氣依次經(jīng)過(guò)溫度、濕度檢測(cè)裝置，對(duì)空調(diào)氣的溫度、濕度和露點(diǎn)溫度進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果通過(guò)二線制導(dǎo)線傳輸?shù)綗o(wú)紙記錄儀。如果需要調(diào)節(jié)空調(diào)氣各項(xiàng)參數(shù)，按下調(diào)節(jié)按鈕即可，此時(shí)，緩慢旋轉(zhuǎn)空調(diào)系統(tǒng)上的風(fēng)量調(diào)節(jié)旋鈕，利用風(fēng)壓調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)空調(diào)氣的流量和壓力，若順時(shí)針旋轉(zhuǎn),則加大空調(diào)氣的壓力和流量，反之則減小。通過(guò)調(diào)節(jié)旋鈕可以模擬不同飛機(jī)空調(diào)氣需求，從而進(jìn)行保障研究。

測(cè)試的性能參數(shù)各項(xiàng)指標(biāo)上限根據(jù)被測(cè)量上限110%確定，精度要大于飛機(jī)地面空調(diào)保障裝備各參數(shù)儀表精度，模擬負(fù)載的測(cè)量參數(shù)如表1所示[6]。

表1 模擬負(fù)載的測(cè)量參數(shù)

3 模擬負(fù)載電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模擬負(fù)載輸出電源為設(shè)備正常工作所提供的電源，主要有24V和5V兩種直流電源。在負(fù)載中對(duì)2種電源電路分別設(shè)計(jì)電源開(kāi)關(guān)、保險(xiǎn)絲、指示燈和電壓數(shù)值指示表，用于對(duì)輸出電源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防止大電流沖擊，保證輸出穩(wěn)定，使設(shè)備能夠正常工作。此外，檢測(cè)裝置內(nèi)部電壓測(cè)量電路和測(cè)量裝置的供電電壓由5V直流電源提供；繼電器輸出部分的供電電壓由24V直流電源提供[7]。模擬負(fù)載電源電路如圖3所示。其中：電壓指示計(jì)檢測(cè)輸入電路電壓是否正常；變壓整流模塊對(duì)市電進(jìn)行處理，得到24V和5V直流電源，分別供繼電器和測(cè)量裝置中的傳感器工作；無(wú)紙記錄儀直接接入市電工作，其與測(cè)量裝置線路連接情況如圖4所示。

圖3 模擬負(fù)載電源電路

圖4 無(wú)紙記錄儀和測(cè)量裝置線路連接情況

無(wú)紙記錄儀上11、12引腳接220V交流電源，13-24引腳分別接各信號(hào)采集元件。溫度、濕度元件采用二線制，壓力、流量元件采用三線制，每個(gè)傳感器都和無(wú)紙記錄儀與總輸出端形成一個(gè)閉合回路。在二線制導(dǎo)線中，一根是電源線，用于供電；另一根是信號(hào)線，用于傳輸信號(hào)。模擬負(fù)載風(fēng)道采樣管路上各傳感器將采集的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)后，通過(guò)導(dǎo)線中的信號(hào)線傳輸給無(wú)紙記錄儀。

4 模擬負(fù)載對(duì)接實(shí)驗(yàn)

4.1 冬季模擬保障實(shí)驗(yàn)

將模擬負(fù)載與飛機(jī)空調(diào)車(chē)進(jìn)行對(duì)接實(shí)驗(yàn)，調(diào)整模擬負(fù)載通風(fēng)量為250kg/h，風(fēng)壓為20kPa。在冬季模擬飛機(jī)空調(diào)升溫保障，啟動(dòng)飛機(jī)空調(diào)車(chē)，設(shè)置對(duì)應(yīng)參數(shù)，其中溫度設(shè)為20 ℃，將通風(fēng)軟管與模擬負(fù)載進(jìn)行對(duì)接，觀察模擬負(fù)載記錄裝置，重點(diǎn)觀察空調(diào)車(chē)從啟動(dòng)到各參數(shù)符合要求所用時(shí)間及各參數(shù)間相互變化關(guān)系，利用無(wú)紙記錄儀配套軟件處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

在冬季模擬保障過(guò)程中，壓力、風(fēng)量變化情況以及溫度、相對(duì)濕度變化情況分別如圖5、6所示?？梢钥闯觯涸诙灸M保障過(guò)程中，在空調(diào)車(chē)開(kāi)機(jī)60s后風(fēng)量、壓力達(dá)到要求，且兩者變化趨勢(shì)大致相同；而風(fēng)溫上升較慢，在空調(diào)車(chē)開(kāi)機(jī)360s后方達(dá)到要求，相對(duì)濕度隨時(shí)間變化呈下降趨勢(shì)，這也與利用空調(diào)車(chē)為飛機(jī)通風(fēng)去濕的原理相符。空調(diào)車(chē)開(kāi)機(jī)通風(fēng)后，供氣濕度為3.7g/kg干空氣，小于標(biāo)準(zhǔn)8g/kg干空氣，符合要求。

圖5 冬季模擬保障時(shí)壓力、風(fēng)量變化情況

圖6 冬季模擬保障時(shí)溫度、相對(duì)濕度變化情況

4.2 誤差分析

在利用空調(diào)車(chē)和模擬負(fù)載實(shí)際對(duì)接實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)風(fēng)量、壓力測(cè)量值偏小，其原因如下：

1)空調(diào)車(chē)本身存在漏風(fēng)現(xiàn)象, 通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)空調(diào)車(chē)通風(fēng)蝶閥與通風(fēng)管連接處漏風(fēng)較大，在實(shí)驗(yàn)中可通過(guò)加裝密封圈解決此問(wèn)題。

2)壓力傳感器信號(hào)采集傳遞過(guò)程存在壓力損失，其表達(dá)式為

Δp1=Cdv2ρ/2,

(1)

式中：Cd為壓力變送器阻力系數(shù)，取值為2.2；ρ為介質(zhì)密度；v=q/s，為管內(nèi)平均流速，其中q為空調(diào)車(chē)單位進(jìn)氣量，s為管路截面積。

模擬負(fù)載管路設(shè)計(jì)直徑d=125mm，氣體密度ρ=1.29kg/m3，空調(diào)車(chē)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)氣量q=33.8m3/min。經(jīng)計(jì)算，s=0.012 2m2，v=46m/s，由式(1)可得Δp1=3 002Pa。由此可知：壓力損失約為3kPa，在實(shí)驗(yàn)中加3kPa進(jìn)行壓力補(bǔ)償即可減小誤差。

5 結(jié)論

針對(duì)飛機(jī)地面空調(diào)保障裝備訓(xùn)練與檢測(cè)的需要，筆者設(shè)計(jì)了飛機(jī)地面空調(diào)保障裝備模擬負(fù)載，通過(guò)飛機(jī)空調(diào)車(chē)與模擬負(fù)載的冬季對(duì)接實(shí)驗(yàn)，較好地驗(yàn)證了飛機(jī)地面空調(diào)保障裝備模擬負(fù)載的功能。在今后的實(shí)驗(yàn)研究中，將進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)各組件的設(shè)計(jì)，以期在確保實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的同時(shí)使結(jié)構(gòu)更加緊湊、使用更為方便。

[1] 程瑞,陳友龍,李勛章，等.飛機(jī)空調(diào)車(chē)故障檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].四川兵工學(xué)報(bào),2014,35(10):72-73.

[2] 朱日春．國(guó)外飛機(jī)空調(diào)車(chē)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J] .四川兵工學(xué)報(bào),2012,33(10):65-67.

[3] 張科,周志鋼,吳兆林.飛機(jī)地面空調(diào)車(chē)的應(yīng)用與發(fā)展[J].低溫與超導(dǎo),2009,37(8):52-55.

[4] 宋兆華.通用型飛機(jī)地面空調(diào)車(chē)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].沈陽(yáng)航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),2013,30(3):20-22.

[5] 唐華杰,吳兆林,周志剛.飛機(jī)地面空調(diào)車(chē)和軍用飛機(jī)地面液體冷卻車(chē)的應(yīng)用和發(fā)展[J].流體機(jī)械,2006,34(2):73-75.

[6] 劉小康,范蟠果,陳冰潔.機(jī)載液冷式模擬負(fù)載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械與電子,2011(11):43-46.

[7] 張祉佑.制冷空調(diào)設(shè)備使用維修手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

(責(zé)任編輯: 尚彩娟)

Dummy Load Design of Aircraft Ground Air Conditioning Support Equipment

GONG Yong-qi, DENG Jian, DONG Cheng-yuan, LUO Guang-xu, WANG Hui

(Department of Aviation Four Stations, Air Force Logistics College, Xuzhou 221000, China)

Aiming at the requirements of operation training and detection of aircraft ground air conditioning support equipment, a multifunctional dummy load of aircraft ground air conditioning support equipment is designed. General framework, air duct sampling system and electric system of the dummy load are designed, and docking experiment of the dummy load with aircraft air conditioning cart in winter is carried out. The result shows that this dummy load can simulate support process of aircraft air conditioning cart in winter, and can detect and save air volume, air pressure, temperature and humidity parameters of aircraft air conditioning carts, which has good working performance.

aircraft ground air conditioning support equipment; dummy load; docking experiment

2016-09-27

龔永奇(1992-)，男，碩士研究生。

V351.3

：ADOI：10.3969/j.issn.1672-1497.2016.06.015

1672-1497(2016)06-0079-03