飛機地面空調保障裝備模擬負載設計

龔永奇， 鄧 建， 董程源， 羅廣旭， 王 輝

(空軍勤務學院航空四站系， 江蘇 徐州 221000)

飛機地面空調保障裝備模擬負載設計

龔永奇， 鄧 建， 董程源， 羅廣旭， 王 輝

(空軍勤務學院航空四站系， 江蘇 徐州 221000)

針對飛機地面空調保障裝備的操作訓練和檢測需求，設計了一種多功能的飛機地面空調保障裝備模擬負載。設計了該模擬負載的總體框架、風道采樣以及電氣系統，并將該模擬負載與飛機空調車進行了冬季對接實驗，結果表明：該模擬負載可以較好地模擬冬季飛機空調車的空調保障過程，并能夠檢測和保存飛機空調車的風量、壓力、溫度和濕度參數，具有良好的工作性能。

飛機地面空調保障裝備； 模擬負載； 對接實驗

飛機地面空調保障裝備是飛機在發動機停機狀態下，在地面通電檢查和維修飛機電子設備時給飛機座艙或設備艙提供干燥潔凈的冷風、熱風或通風，用來控制飛機電子設備工作環境的保障裝備[1]。其提供的空調氣源不僅可以控制電子設備的工作環境溫度，保證其正常工作，提高工作可靠性，延長工作壽命，還可使飛機飛行員進入座艙后保持良好的精神狀態，確保飛行安全[2]。隨著飛機電子設備數量增多，其功率越來越大，在工作時的發熱量也隨之大幅增加，對地面空調設備提供空調氣源的需求也越來越多，同時地面空調設備的操作訓練和檢測需求也日益加劇[3]。為此，筆者設計飛機地面空調保障裝備模擬負載，并通過其與飛機空調車的冬季對接實驗進行驗證。

1 模擬負載總體框架

飛機地面空調保障裝備模擬負載框架如圖1所示，主要由采樣管路和傳感器等測量裝置、控制調節

圖1 飛機地面空調保障裝備模擬負載框架

裝置以及記錄裝置等組成。采樣管路和傳感器等測量裝置對進入的空調氣源各參數進行測量后，將物理信號轉化成電信號傳給記錄裝置。記錄裝置對信號進行處理，以曲線、數字等形式實時顯示在控制面板上，同時對空調氣源參數信號進行監控，超過設定值時發出報警信號。必要時，記錄裝置可通過外接打印機將空調氣源各參數打印出來備案；它自身將歷史數據進行存儲，以供試驗結束后查閱，也可與PC端進行通信，實行遠程監控，還可供其他存儲裝置轉存研究[4-5]。

2 模擬負載風道采樣設計

模擬負載的風道采樣管路如圖2所示。飛機地面空調保障裝備通風軟管與模擬負載的快換裝置接頭對接后，將模擬負載上電，啟動空調設備，在其正常工作后，空調氣通過通風軟管及快換裝置接頭進入模擬負載，經過風道整流柵時，風道整流柵對空調氣進行調節，使氣流分布均勻。空調氣到達上游管后，渦街流量計中的傳感器上渦旋發生器感受流體的平均流速，從而測量出空調氣流量。流量檢測出來后，將檢測的結果通過信號線傳輸給無紙記錄儀。

圖2 模擬負載的風道采樣管路

空調氣到達下游管后，壓力變送器檢測空調氣壓力，將檢測數據通過信號線傳輸到無紙記錄儀。然后空調氣依次經過溫度、濕度檢測裝置，對空調氣的溫度、濕度和露點溫度進行檢測，并將檢測結果通過二線制導線傳輸到無紙記錄儀。如果需要調節空調氣各項參數，按下調節按鈕即可，此時，緩慢旋轉空調系統上的風量調節旋鈕，利用風壓調節裝置調節空調氣的流量和壓力，若順時針旋轉,則加大空調氣的壓力和流量，反之則減小。通過調節旋鈕可以模擬不同飛機空調氣需求，從而進行保障研究。

測試的性能參數各項指標上限根據被測量上限110%確定，精度要大于飛機地面空調保障裝備各參數儀表精度，模擬負載的測量參數如表1所示[6]。

表1 模擬負載的測量參數

3 模擬負載電氣控制系統設計

模擬負載輸出電源為設備正常工作所提供的電源，主要有24V和5V兩種直流電源。在負載中對2種電源電路分別設計電源開關、保險絲、指示燈和電壓數值指示表，用于對輸出電源進行實時監測，防止大電流沖擊，保證輸出穩定，使設備能夠正常工作。此外，檢測裝置內部電壓測量電路和測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]。模擬負載電源電路如圖3所示。其中：電壓指示計檢測輸入電路電壓是否正常；變壓整流模塊對市電進行處理，得到24V和5V直流電源，分別供繼電器和測量裝置中的傳感器工作；無紙記錄儀直接接入市電工作，其與測量裝置線路連接情況如圖4所示。

圖3 模擬負載電源電路

圖4 無紙記錄儀和測量裝置線路連接情況

無紙記錄儀上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，每個傳感器都和無紙記錄儀與總輸出端形成一個閉合回路。在二線制導線中，一根是電源線，用于供電；另一根是信號線，用于傳輸信號。模擬負載風道采樣管路上各傳感器將采集的物理信號轉換為標準電信號后，通過導線中的信號線傳輸給無紙記錄儀。

4 模擬負載對接實驗

4.1 冬季模擬保障實驗

將模擬負載與飛機空調車進行對接實驗，調整模擬負載通風量為250kg/h，風壓為20kPa。在冬季模擬飛機空調升溫保障，啟動飛機空調車，設置對應參數，其中溫度設為20 ℃，將通風軟管與模擬負載進行對接，觀察模擬負載記錄裝置，重點觀察空調車從啟動到各參數符合要求所用時間及各參數間相互變化關系，利用無紙記錄儀配套軟件處理實時數據。

在冬季模擬保障過程中，壓力、風量變化情況以及溫度、相對濕度變化情況分別如圖5、6所示。可以看出：在冬季模擬保障過程中，在空調車開機60s后風量、壓力達到要求，且兩者變化趨勢大致相同；而風溫上升較慢，在空調車開機360s后方達到要求，相對濕度隨時間變化呈下降趨勢，這也與利用空調車為飛機通風去濕的原理相符。空調車開機通風后，供氣濕度為3.7g/kg干空氣，小于標準8g/kg干空氣，符合要求。

圖5 冬季模擬保障時壓力、風量變化情況

圖6 冬季模擬保障時溫度、相對濕度變化情況

4.2 誤差分析

在利用空調車和模擬負載實際對接實驗中發現風量、壓力測量值偏小，其原因如下：

1)空調車本身存在漏風現象, 通過實驗觀察發現空調車通風蝶閥與通風管連接處漏風較大，在實驗中可通過加裝密封圈解決此問題。

2)壓力傳感器信號采集傳遞過程存在壓力損失，其表達式為

Δp1=Cdv2ρ/2,

(1)

式中：Cd為壓力變送器阻力系數，取值為2.2；ρ為介質密度；v=q/s，為管內平均流速，其中q為空調車單位進氣量，s為管路截面積。

模擬負載管路設計直徑d=125mm，氣體密度ρ=1.29kg/m3，空調車鼓風機進氣量q=33.8m3/min。經計算，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，在實驗中加3kPa進行壓力補償即可減小誤差。

5 結論

針對飛機地面空調保障裝備訓練與檢測的需要，筆者設計了飛機地面空調保障裝備模擬負載，通過飛機空調車與模擬負載的冬季對接實驗，較好地驗證了飛機地面空調保障裝備模擬負載的功能。在今后的實驗研究中，將進一步優化系統各組件的設計，以期在確保實現系統功能的同時使結構更加緊湊、使用更為方便。

[1] 程瑞,陳友龍,李勛章，等.飛機空調車故障檢測系統設計與實現[J].四川兵工學報,2014,35(10):72-73.

[2] 朱日春．國外飛機空調車現狀和發展趨勢[J] .四川兵工學報,2012,33(10):65-67.

[3] 張科,周志鋼,吳兆林.飛機地面空調車的應用與發展[J].低溫與超導,2009,37(8):52-55.

[4] 宋兆華.通用型飛機地面空調車的研究與實現[J].沈陽航空航天大學學報,2013,30(3):20-22.

[5] 唐華杰,吳兆林,周志剛.飛機地面空調車和軍用飛機地面液體冷卻車的應用和發展[J].流體機械,2006,34(2):73-75.

[6] 劉小康,范蟠果,陳冰潔.機載液冷式模擬負載系統的設計與實現[J].機械與電子,2011(11):43-46.

[7] 張祉佑.制冷空調設備使用維修手冊[M].北京:機械工業出版社,2007.

(責任編輯: 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