飞机地面空调保障装备模拟负载设计

龚永奇， 邓 建， 董程源， 罗广旭， 王 辉

(空军勤务学院航空四站系， 江苏 徐州 221000)

飞机地面空调保障装备模拟负载设计

龚永奇， 邓 建， 董程源， 罗广旭， 王 辉

(空军勤务学院航空四站系， 江苏 徐州 221000)

针对飞机地面空调保障装备的操作训练和检测需求，设计了一种多功能的飞机地面空调保障装备模拟负载。设计了该模拟负载的总体框架、风道采样以及电气系统，并将该模拟负载与飞机空调车进行了冬季对接实验，结果表明：该模拟负载可以较好地模拟冬季飞机空调车的空调保障过程，并能够检测和保存飞机空调车的风量、压力、温度和湿度参数，具有良好的工作性能。

飞机地面空调保障装备； 模拟负载； 对接实验

飞机地面空调保障装备是飞机在发动机停机状态下，在地面通电检查和维修飞机电子设备时给飞机座舱或设备舱提供干燥洁净的冷风、热风或通风，用来控制飞机电子设备工作环境的保障装备[1]。其提供的空调气源不仅可以控制电子设备的工作环境温度，保证其正常工作，提高工作可靠性，延长工作寿命，还可使飞机飞行员进入座舱后保持良好的精神状态，确保飞行安全[2]。随着飞机电子设备数量增多，其功率越来越大，在工作时的发热量也随之大幅增加，对地面空调设备提供空调气源的需求也越来越多，同时地面空调设备的操作训练和检测需求也日益加剧[3]。为此，笔者设计飞机地面空调保障装备模拟负载，并通过其与飞机空调车的冬季对接实验进行验证。

1 模拟负载总体框架

飞机地面空调保障装备模拟负载框架如图1所示，主要由采样管路和传感器等测量装置、控制调节

图1 飞机地面空调保障装备模拟负载框架

装置以及记录装置等组成。采样管路和传感器等测量装置对进入的空调气源各参数进行测量后，将物理信号转化成电信号传给记录装置。记录装置对信号进行处理，以曲线、数字等形式实时显示在控制面板上，同时对空调气源参数信号进行监控，超过设定值时发出报警信号。必要时，记录装置可通过外接打印机将空调气源各参数打印出来备案；它自身将历史数据进行存储，以供试验结束后查阅，也可与PC端进行通信，实行远程监控，还可供其他存储装置转存研究[4-5]。

2 模拟负载风道采样设计

模拟负载的风道采样管路如图2所示。飞机地面空调保障装备通风软管与模拟负载的快换装置接头对接后，将模拟负载上电，启动空调设备，在其正常工作后，空调气通过通风软管及快换装置接头进入模拟负载，经过风道整流栅时，风道整流栅对空调气进行调节，使气流分布均匀。空调气到达上游管后，涡街流量计中的传感器上涡旋发生器感受流体的平均流速，从而测量出空调气流量。流量检测出来后，将检测的结果通过信号线传输给无纸记录仪。

图2 模拟负载的风道采样管路

空调气到达下游管后，压力变送器检测空调气压力，将检测数据通过信号线传输到无纸记录仪。然后空调气依次经过温度、湿度检测装置，对空调气的温度、湿度和露点温度进行检测，并将检测结果通过二线制导线传输到无纸记录仪。如果需要调节空调气各项参数，按下调节按钮即可，此时，缓慢旋转空调系统上的风量调节旋钮，利用风压调节装置调节空调气的流量和压力，若顺时针旋转,则加大空调气的压力和流量，反之则减小。通过调节旋钮可以模拟不同飞机空调气需求，从而进行保障研究。

测试的性能参数各项指标上限根据被测量上限110%确定，精度要大于飞机地面空调保障装备各参数仪表精度，模拟负载的测量参数如表1所示[6]。

表1 模拟负载的测量参数

3 模拟负载电气控制系统设计

模拟负载输出电源为设备正常工作所提供的电源，主要有24V和5V两种直流电源。在负载中对2种电源电路分别设计电源开关、保险丝、指示灯和电压数值指示表，用于对输出电源进行实时监测，防止大电流冲击，保证输出稳定，使设备能够正常工作。此外，检测装置内部电压测量电路和测量装置的供电电压由5V直流电源提供；继电器输出部分的供电电压由24V直流电源提供[7]。模拟负载电源电路如图3所示。其中：电压指示计检测输入电路电压是否正常；变压整流模块对市电进行处理，得到24V和5V直流电源，分别供继电器和测量装置中的传感器工作；无纸记录仪直接接入市电工作，其与测量装置线路连接情况如图4所示。

图3 模拟负载电源电路

图4 无纸记录仪和测量装置线路连接情况

无纸记录仪上11、12引脚接220V交流电源，13-24引脚分别接各信号采集元件。温度、湿度元件采用二线制，压力、流量元件采用三线制，每个传感器都和无纸记录仪与总输出端形成一个闭合回路。在二线制导线中，一根是电源线，用于供电；另一根是信号线，用于传输信号。模拟负载风道采样管路上各传感器将采集的物理信号转换为标准电信号后，通过导线中的信号线传输给无纸记录仪。

4 模拟负载对接实验

4.1 冬季模拟保障实验

将模拟负载与飞机空调车进行对接实验，调整模拟负载通风量为250kg/h，风压为20kPa。在冬季模拟飞机空调升温保障，启动飞机空调车，设置对应参数，其中温度设为20 ℃，将通风软管与模拟负载进行对接，观察模拟负载记录装置，重点观察空调车从启动到各参数符合要求所用时间及各参数间相互变化关系，利用无纸记录仪配套软件处理实时数据。

在冬季模拟保障过程中，压力、风量变化情况以及温度、相对湿度变化情况分别如图5、6所示。可以看出：在冬季模拟保障过程中，在空调车开机60s后风量、压力达到要求，且两者变化趋势大致相同；而风温上升较慢，在空调车开机360s后方达到要求，相对湿度随时间变化呈下降趋势，这也与利用空调车为飞机通风去湿的原理相符。空调车开机通风后，供气湿度为3.7g/kg干空气，小于标准8g/kg干空气，符合要求。

图5 冬季模拟保障时压力、风量变化情况

图6 冬季模拟保障时温度、相对湿度变化情况

4.2 误差分析

在利用空调车和模拟负载实际对接实验中发现风量、压力测量值偏小，其原因如下：

1)空调车本身存在漏风现象, 通过实验观察发现空调车通风蝶阀与通风管连接处漏风较大，在实验中可通过加装密封圈解决此问题。

2)压力传感器信号采集传递过程存在压力损失，其表达式为

Δp1=Cdv2ρ/2,

(1)

式中：Cd为压力变送器阻力系数，取值为2.2；ρ为介质密度；v=q/s，为管内平均流速，其中q为空调车单位进气量，s为管路截面积。

模拟负载管路设计直径d=125mm，气体密度ρ=1.29kg/m3，空调车鼓风机进气量q=33.8m3/min。经计算，s=0.012 2m2，v=46m/s，由式(1)可得Δp1=3 002Pa。由此可知：压力损失约为3kPa，在实验中加3kPa进行压力补偿即可减小误差。

5 结论

针对飞机地面空调保障装备训练与检测的需要，笔者设计了飞机地面空调保障装备模拟负载，通过飞机空调车与模拟负载的冬季对接实验，较好地验证了飞机地面空调保障装备模拟负载的功能。在今后的实验研究中，将进一步优化系统各组件的设计，以期在确保实现系统功能的同时使结构更加紧凑、使用更为方便。

[1] 程瑞,陈友龙,李勋章，等.飞机空调车故障检测系统设计与实现[J].四川兵工学报,2014,35(10):72-73.

[2] 朱日春．国外飞机空调车现状和发展趋势[J] .四川兵工学报,2012,33(10):65-67.

[3] 张科,周志钢,吴兆林.飞机地面空调车的应用与发展[J].低温与超导,2009,37(8):52-55.

[4] 宋兆华.通用型飞机地面空调车的研究与实现[J].沈阳航空航天大学学报,2013,30(3):20-22.

[5] 唐华杰,吴兆林,周志刚.飞机地面空调车和军用飞机地面液体冷却车的应用和发展[J].流体机械,2006,34(2):73-75.

[6] 刘小康,范蟠果,陈冰洁.机载液冷式模拟负载系统的设计与实现[J].机械与电子,2011(11):43-46.

[7] 张祉佑.制冷空调设备使用维修手册[M].北京:机械工业出版社,2007.

(责任编辑: 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

龚永奇(1992-)，男，硕士研究生。

V351.3

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

1672-1497(2016)06-0079-03