机载油箱惰性化综合性能试验系统技术方案

本发明专利技术公开一种机载油箱惰性化综合性能试验系统，由气源处理系统、配气系统、真空系统、模拟油箱系统以及测控系统五部分组成，该试验系统用于机载油箱惰性化防护中各性能参数的检测与控制。测控系统通过ADAM-4000系列模块对各测量参数进行数据采集，通过日本导电仪表SRS13对实验各参数进行调控与显示，采用RS-485接口实现上位机与下位机之间的通讯和控制，上位机采用组态软件进行系统开发，操作简单，开发周期短，人机界面友好，可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
机载油箱惰性化综合性能试验系统
针对飞机燃油箱惰性化性能的实验研究，本专利技术涉及一种机载油箱惰性化综合性能试验系统，属于工程

技术介绍
飞机油箱的防火防爆能力，直接关系到飞机的生存力和易损性，也关系到飞机的利用率、成本以及人员安全，因此，提高飞机油箱的防火防爆能力，使飞机油箱始终处于安全状态之中是十分必要的。飞机燃油箱惰性化技术指的是通过技术措施，使飞机燃油箱上部气相空间的含氧量在整个飞行过程中始终保持低于支持燃油燃烧所需要的最低含氧量水平，以保障飞机燃油箱的安全性。
技术实现思路
惰性化气体或介质主要有液氮、哈龙1301和富氮气体(NEA)三大类。液氮和哈龙1301虽然有惰化流程简单、技术成熟度高和易于实现全航程按所需流量供给等优点，但由于后勤保障成本高及环保性差，故不是未来发展的方向；而利用机载制氮系统(OBIGGS)产生富氮气体来惰化燃油箱，则显示出巨大的发展潜力。机载制氮可采用分子筛或膜分离2种方法来实现，由于膜分离法所用设备的质量、体积更小，发动机引气量也小，因此已有取代分子筛的趋势，本试验系统采用的是机载膜分离装置产生惰化气体。机载油箱惰性化综合性能试验台用于对飞机燃油箱的惰性化防护性能进行地面模拟实验。该试验台可对机载油箱惰性化实验的燃油/洗涤气流量、压力、燃油耗油速率以及制氮膜单元的进气压力、流量等参数进行控制，用于检测各种飞行、进气、压力等条件下机载燃油洗涤系统的惰性化防护性能，为机载惰化技术的发展提供一定的实验基础。本试验系统是一套全自动化系统，能通过计算机对实验台各部分的工况进行自动调节，并且能实时记录并存储实验所需要的各个数据。本专利技术的目的在于提供一种机载油箱惰性化综合性能试验台，同时还可以为环境模拟类实验提供平台，系统的管路布局复杂，但其操作方便，可靠性好，实用性强。附图说明图1为气源系统原理示意图；图2为配气系统原理示意图；图3为真空系统原理示意图；图4为模拟油箱系统原理示意图；图5为机载油箱惰化试验系统原理简图。具体实施方式如图5所示，根据本专利技术的一个实施例，本机载油箱惰性化综合性能试验系统包括气源处理系统I、配气系统II、真空系统III、模拟油箱系统IV以及测控系统。气源处理系统I主要用于对制氮膜单元进口气源进行调压、冷却、过滤、净化等预处理，并能对进口气体的流量、压力、湿度等参数进行调节，为制氮膜单元提供给定压力、流量和温度的干燥洁净高压空气，同时经过气源系统处理过的压缩空气还可用于配气系统的气源和饱和油箱的饱和洗涤气。配气系统II主要用于供给洗涤、冲洗系统所需浓度、流量、压力的惰性洗涤气体。其中氮气源是由机载膜空气分离装置提供的，其工作原理是：压缩空气经调压、冷却、净化等处理后，流过可透膜管路，利用氧气和氮气在膜中的溶解度和扩散系数的差别，使氧气和氮气在膜中的渗透率有差异，在膜两侧压力差作用下，渗透率相对较大的氧气优先透过膜在膜外富集，从而达到氧气和氮气的分离，富氮气体通过管道进入油箱使油箱惰性化。真空系统III具有两个飞行高度模拟真空罐，一个连接制氮膜单元，用于模拟富氧气体的出口环境压力，一个连接洗涤试验油箱出口，用于模拟试验油箱的出口环境压力。模拟油箱系统IV包括燃油循环单元、燃油惰性化洗涤单元以及燃油饱和洗涤单元。燃油循环单元用于对模拟油箱进行燃油输送和燃油回收，同时进行模拟油箱耗油量的调节；燃油惰性化洗涤单元主要用于对试验油箱进行惰化洗涤，一方面通过对惰化气体的压力和流量、实验燃油的压力和流量、引射装置喷嘴直径、油箱载油量等参数进行测量和调节，检测各环境因素对模拟油箱洗涤效果的影响规律，另一方面采用不同的惰化方法(燃油洗涤、油箱冲洗)，通过真空系统模拟不同飞行剖面，检测采用不同惰化方法，油箱气相空间氧浓度随环境压力的变化情况；燃油饱和洗涤单元用于对进入洗涤实验油箱的燃油进行饱和处理，从而确保实验的燃油均是未惰性化的燃油。测控系统包括上位管理与监控级、下位控制级、检测与执行级，用于对洗涤试验中温度、流量、压力等性能参数进行测量与控制。上位管理监控级以工业控制计算机为核心，协调现场控制的各类仪表，完成实验数据管理及显示，提供人机交互接口，完成实验参数设置及试验数据处理，生成各种曲线及报警报表窗口，实时监控试验运行状况，执行现有设备报警与安全保护；下位控制级包括诸如10块智能数字PID调节仪表，它既具有自动控制功能，又具有手动控制功能，同时还具有与计算机的通讯功能，可通过输出诸如4～20mA信号来控制执行机构的动作达到对压力、流量、液位等参数的控制作用；检测与执行级是指现场信号测量单元与设备执行单元，它包括传感器、变送器、执行机构，可实现温度、压力、流量、液位等参数的测量和气动调节阀等设备的执行。本系统的测量任务包括两个方面：其一要完成控制过程中各被控参数的测量；其二要对测量的实验数据进行分析处理。为了满足系统对温度、压力、流量等测量参数的精度要求。根据一个具体的实施例，本专利技术的试验系统选用了16位8通道的高精度A/D转换模块，即ADAM-4000系列数据采集模块，可以采集电压电流等模拟量输入信号。该模块可将现场采集到的温度、压力、流量等模拟信号转换成数字信号，并通过RS485接口传送到工控机进行数据处理。针对机载油箱惰性化试验系统的具体要求，在一个具体实施例中，本专利技术的系统采用了小型的集散控制方法，其中，上位机采用研华工业控制计算机，下位机控制级由10块日本导电公司生产的智能PID导电仪表组成，用来完成不同的现场控制任务和显示实验数据，系统中涉及到压力控制、流量控制、温度控制、真空度控制等，其具体的控制策略包括：(1)压力控制：压力的控制通过调节气动薄膜调节阀来实现。导电仪表SRS13将压力变送器传送过来的气源压力、洗涤气压力、真空罐压力等测量信号与设定值相比较，实现PID闭环控制，根据智能仪表输出的电流信号来调节气动薄膜调节阀的开度来实现压力的控制。(2)流量控制：流量的控制通过流量调节仪表来实现，导电仪表SRS13将流量计测量的流量信号与其设定值相比较，实现PID控制，根据智能仪表输出的电流信号来调节流量调节阀控制阀门的开度，从而达到流量调节的目的。(3)温度控制：温度的控制通过加热机和制冷机来实现，导电仪表SRS13将温度变送器传送过来的温度信号与设定值相比较，实现PID闭环控制，如果设定温度高于气体进口温度，则加热器工作，加热器功率由单回路调节器控制固态继电器进行调节。反之，如果设定温度低于气体进口温度，则制冷机组工作，制冷机组的额定功率大于所要求的最大制冷量，制冷机组不具有调节功能，气体温度通过流量分配调节阀调节冷热路流量进行温度调节。(4)真空度控制：本套真空系统即具有进气流量小，变化范围大(101.3-19.3kpa)的特点，且在高度模拟试验中，压力变化迅速，导致误差大，通用的PID控制方法很难达到设计指标要求，为了改善调节效果，本实验系统采用专家级PID控制方法。其工作原理是大偏差范围内采用知识库内的控制量控制节流阀的开度进行控制，小偏差范围内转变成为PID控制调节阀来对真空度进行精确调节。在一个具体的实施例中，上位机测控软件选用北京亚控科技发展有限公司开发的组态王6.53作为系统开发平台，它可实现实时数据存储、曲线拟合、历史数本文档来自技高网...

【技术保护点】
机载油箱惰性化综合性能试验系统，其特征在于包括：气源处理系统(I)，用于为一个制氮膜单元(17)提供入口气源，为配气系统(II)提供空气源，并为模拟油箱系统IV提供洗涤空气源；所述配气系统(II)，用于供给模拟油箱系统IV所需浓度、流量、压力的惰性洗涤气体；真空系统(III)，用于模拟富氧气体的出口环境压力和模拟试验油箱的出口环境压力；模拟油箱系统(IV)，用于模拟油箱的工作。

【技术特征摘要】
1.机载油箱惰性化综合性能试验系统，其特征在于包括：气源处理系统(Ⅰ)，用于为一个制氮膜单元(17)提供入口气源，为配气系统(Ⅱ)提供空气源，并为模拟油箱系统(Ⅳ)提供洗涤空气源；所述配气系统(Ⅱ)，用于供给模拟油箱系统(Ⅳ)所需浓度、流量、压力的惰性洗涤气体；真空系统(Ⅲ)，用于模拟富氧气体的出口环境压力和模拟试验油箱的出口环境压力；模拟油箱系统(Ⅳ)，用于模拟油箱的工作，其中所述真空系统(Ⅲ)包括：真空泵(14)，用于抽吸或压送气体，以便在密闭容器中形成真空或压力，第一真空罐(16(a)),用于接收来自制氮膜单元(17)的富氧气体，用来模拟制氮膜单元(17)的出口环境压力，所述制氮膜单元(17)，用于提供模拟油箱洗涤和冲洗的惰化气体，第二真空罐(16(b)),用于连接模拟油箱出口，用来模拟试验油箱的出口环境压力，第一和第二调节阀(15(a)、15(b))分别调节所述第一和第二真空罐内的压力，提供稳压环境，设置在所述模拟油箱(18)和第二真空罐(16(b))之间的第三调节阀(15(c))，用于调节设置在所述模拟油箱系统(Ⅳ)中的一个模拟油箱(18)内的飞行高度、飞行爬升速率和下降速率参数，所述模拟油箱系统(Ⅳ)包括：所述模拟油箱(18)，用于对试验燃油进行惰化实验，储油罐(19)，用于储存试验系统所需燃油，一个饱和油箱(20)，用于对进入模拟油箱的燃油进行空气饱和预处理，第一燃油泵(21(a))和第一气动调节阀(15(e))，用于将储油罐(19)中的燃油输送到所述饱和油箱(20)，一个第二燃油泵(21(b))和一个流量控制器(5(c))，用于当饱和油箱液位达到一定值时，将饱和油箱(20)的燃油输送到模拟油箱(18)，一个第三燃油泵(21(c))和一个第二气动调节阀(15(d))，用于当模拟油箱的液位上升到一个预定值时，将模拟油箱(18)的燃油送回储油罐(19)；饱和泵(21(d))、第二流量控制器(5(d))以及在饱和油箱(20)底部的一个第一洗涤引射器(22(a))，用于当整个燃油循环系统稳定后，将饱和油箱(20)中的燃油引入饱和引射油回路中，与从气源处理系统(Ⅰ)来的压缩空气在洗涤引射器(22(a))中混合，从而通过气体的传质作用将燃油中氧置换出来，直到油箱中燃油达到空气饱和状态；一个洗涤泵(21(e))、一个第三流量控制器(5(e))和设置在模拟油箱(18)底部的一个第二洗涤引射器(22(b))，用于将模拟油箱(18)中燃油引入洗涤引射油回路中，与从制氮膜单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾宇，林贵平，蔡琰，彭珑，孙丽蓉，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：