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        容積式及蒸發(fā)式機(jī)載電負(fù)載系統(tǒng)研究

        2016-12-31 00:00:00蘭莎莎袁剛平白婧
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年21期

        摘 要:在飛機(jī)動力裝置定型試飛中,往往需要在載機(jī)上加裝電負(fù)載系統(tǒng)進(jìn)行模擬加載,以完成對其工作性能考核。文章分別從設(shè)計方案和工作特點兩個方面對容積式及蒸發(fā)式機(jī)載電負(fù)載系統(tǒng)進(jìn)行比較,分析其在飛機(jī)上實現(xiàn)的各種關(guān)鍵技術(shù)及各自優(yōu)缺點。

        關(guān)鍵詞:動力裝置定型試飛;容積式電負(fù)載系統(tǒng);蒸發(fā)式電負(fù)載系統(tǒng);模擬加載

        1 概述

        在飛機(jī)動力裝置定型試飛中,必須進(jìn)行電氣負(fù)載和電源容量測試,同時檢測發(fā)電機(jī)過載對發(fā)動機(jī)性能的影響,通常使用的測試方式就是在載機(jī)上加裝電負(fù)載系統(tǒng)進(jìn)行模擬加載。目前國內(nèi)比較成熟的電負(fù)載方案有四種:蒸發(fā)式電負(fù)載系統(tǒng)、容積式電負(fù)載系統(tǒng)、液冷式電負(fù)載系統(tǒng)以及風(fēng)冷式電負(fù)載系統(tǒng)。這幾種負(fù)載系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點,本文通過重點闡述容積式電負(fù)載系統(tǒng)和蒸發(fā)式電負(fù)載系統(tǒng)的設(shè)計方案,然后進(jìn)行比較,分析其在飛機(jī)上實現(xiàn)的各種關(guān)鍵技術(shù)及各自特點。

        2 容積式電負(fù)載系統(tǒng)

        容積式電負(fù)載系統(tǒng)是一種通過負(fù)載單元加熱容積罐內(nèi)液體的方式將電能轉(zhuǎn)換為熱能完全存儲于工作液中的耗能系統(tǒng)。

        2.1 設(shè)計方案

        容積式電負(fù)載系統(tǒng)由采集控制子系統(tǒng)、負(fù)載子系統(tǒng)及地面保障子系統(tǒng)組成。

        容積式電負(fù)載系統(tǒng)工作原理:采集控制系統(tǒng)將輸入的指定值傳送至容積罐內(nèi)的負(fù)載單元,負(fù)載元件啟動后開始提取飛機(jī)動力裝置的電能,同時將信息反饋給采集控制系統(tǒng),使其以發(fā)電機(jī)(或APU發(fā)電機(jī))輸出電流為依據(jù)調(diào)節(jié)負(fù)載系統(tǒng)。

        采集控制子系統(tǒng)主要由工控機(jī)、PLC控制器、接觸器及各類傳感器等構(gòu)成,這些設(shè)備器件集成于貨艙的控制柜內(nèi),以工控機(jī)為核心通過采集壓力、溫度、電流、電壓及液位等信息,對系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控。

        負(fù)載子系統(tǒng)主要由容積罐組、負(fù)載單元以及電動無級可調(diào)的變壓器等組成。該系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)換為熱能,同時對電阻絲溫升帶來的負(fù)載變化進(jìn)行實時微調(diào),滿足負(fù)載加載的精度要求。

        負(fù)載子系統(tǒng)各個元器件如圖1所示,容積罐組安裝在載機(jī)地板上,負(fù)載單元安裝于容積罐內(nèi),罐組間通過管路連通。負(fù)載子系統(tǒng)還包含閥門、溫度傳感器、壓力傳感器、注水組件、排水組件等,主要完成蒸餾水存儲、加注、排放、管內(nèi)壓力的保持以及其他輔助功能。

        地面保障子系統(tǒng)主要完成任務(wù)開始前蒸餾水的補(bǔ)給及任務(wù)結(jié)束后高溫蒸餾水的排放工作,同時具備再次快速補(bǔ)給室溫蒸餾水的能力。該系統(tǒng)由地面補(bǔ)液罐、地面泵、閥門、控制面板以及相關(guān)運載工具構(gòu)成。

        2.2 容積式電負(fù)載系統(tǒng)特點

        容積式電負(fù)載系統(tǒng)將容積罐內(nèi)的蒸餾水加熱來實現(xiàn)能量的消耗,但是由于水的比熱容較低,散熱效果差,整個系統(tǒng)需水量大的驚人。例如,一個功率為100KVA的負(fù)載系統(tǒng)安全運行4小時,可以容積罐內(nèi)7噸蒸餾水由25℃加熱至75℃,考慮到低壓沸騰及設(shè)計安全余度等因素,需水量要超出10噸,占用空間大,這在一般的飛機(jī)試飛中是不可取的,針對這一特點,我們研制了另一套電負(fù)載系統(tǒng)——蒸發(fā)式電負(fù)載系統(tǒng)。

        3 蒸發(fā)式電負(fù)載系統(tǒng)

        蒸發(fā)式電負(fù)載系統(tǒng)通過將蒸發(fā)罐組中的水加熱汽化排入飛機(jī)外部大氣中,由此將熱量帶走,實現(xiàn)負(fù)載電能的消耗。

        3.1 設(shè)計方案

        蒸發(fā)式電負(fù)載系統(tǒng)主要由控制子系統(tǒng)、補(bǔ)水排水子系統(tǒng)、負(fù)載子系統(tǒng)以及蒸發(fā)耗能子系統(tǒng)等4部分組成。蒸發(fā)式電負(fù)載系統(tǒng)工作原理如圖2所示。

        負(fù)載系統(tǒng)啟動后,蒸發(fā)罐中負(fù)載元件工作,將蒸發(fā)罐組中的水由常溫加熱至沸騰,負(fù)載元件繼續(xù)加熱,水吸收熱能后開始汽化由防冰排水口排出到飛機(jī)外部大氣中,將熱量帶走,實現(xiàn)負(fù)載電能的消耗。蒸發(fā)罐組中的水消耗后水位降低,低至設(shè)定水位后由補(bǔ)水排水子系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水調(diào)節(jié)。整個過程在控制系統(tǒng)的控制下進(jìn)行。

        控制子系統(tǒng)主要由接觸器、繼電器、濾波器以及工控機(jī)等組成,工控機(jī)負(fù)責(zé)采集壓力、溫度、電流、電壓、流量等各個傳感器的實時數(shù)據(jù),并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,判斷整個系統(tǒng)的實時狀態(tài),接收用戶命令,實現(xiàn)負(fù)載的控制等功能。

        補(bǔ)水排水子系統(tǒng)由補(bǔ)水罐、補(bǔ)水泵以及液位傳感器等組成。當(dāng)液位傳感器采集到各個蒸發(fā)器的液位低于設(shè)定值時,則自動啟動補(bǔ)水泵,由補(bǔ)水箱向蒸發(fā)罐組輸水,使其達(dá)到設(shè)定的液位值。

        負(fù)載子系統(tǒng)主要由安裝在電加熱器罐里面的多個負(fù)載元件組成,均分在三個電加熱器罐里。在出現(xiàn)負(fù)載不平衡時,系統(tǒng)具有自動切除功能。

        蒸發(fā)耗能子系統(tǒng)主要由蒸發(fā)罐組、汽液分離器、壓力活門、壓力傳感器、單向閥以及安全閥等組成。蒸汽達(dá)到一定壓力經(jīng)壓力活門通過排放桿排出飛機(jī);壓力活門用于調(diào)節(jié)蒸發(fā)器出口壓力,保持蒸發(fā)罐組內(nèi)外壓差在允許的范圍之內(nèi),由壓力傳感器來實時檢測管路壓力。

        3.2 蒸發(fā)式耗能電負(fù)載系統(tǒng)特點

        蒸發(fā)式耗能電負(fù)載系統(tǒng)避免了容積式電負(fù)載系統(tǒng)占用空間龐大,系統(tǒng)后續(xù)試飛工作工程量大的缺點。同時整個系統(tǒng)與飛機(jī)本體界面清楚,不改變原機(jī)氣動外形、承載能力及艙內(nèi)環(huán)境,重量輕散熱效率高,可以長時間的進(jìn)行地面和空中試驗。本系統(tǒng)的控制系統(tǒng)先進(jìn),所有的操作及系統(tǒng)狀態(tài)信息均在可視化的操作界面上,試飛工程師操縱方便,出現(xiàn)緊急情況時能夠發(fā)現(xiàn)和處理。

        4 結(jié)束語

        文章介紹了我國常用的容積式電負(fù)載系統(tǒng)和蒸發(fā)式電負(fù)載系統(tǒng),通過分析這兩種系統(tǒng)的優(yōu)缺點,針對容積式電負(fù)載系統(tǒng)散熱效果差,整個系統(tǒng)需要儲水量大的缺點,引入蒸發(fā)式電負(fù)載系統(tǒng)。蒸發(fā)式耗能電負(fù)載系統(tǒng)不改變原機(jī)氣動外形、承載能力及艙內(nèi)環(huán)境,重量輕散熱效率高,是目前最先進(jìn)缺點最少的電負(fù)載系統(tǒng)。

        參考文獻(xiàn)

        [1]吳曉輝,等.基于飛機(jī)發(fā)電機(jī)測試的電負(fù)載控制系統(tǒng)[J].航空制造技術(shù),2011(3):81-84.

        [2]孫新川,仲秦,范蟠果.LabWindows/CVI和PLC技術(shù)下的飛機(jī)電負(fù)載系統(tǒng)設(shè)計[J].機(jī)械與電子,2012(2):14-18.

        作者簡介:蘭莎莎(1982-),女,工程師,本科,從事試驗機(jī)改裝設(shè)計與研究工作。

        袁剛平(1987-),男,助理工程師,本科,從事試驗機(jī)改裝設(shè)計與研究工作。

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