一种民用飞机燃油滤高低温环境试验方案的设计优化

2019-09-10邵飞

甘肃科技纵横 2019年8期

摘要：高低温环境鉴定试验是民用飞机机载设备适航审查的主要试验项目之一。本文以某型飞机燃油滤设备的高低温环境试验需求为对象，对试验方案的符合性进行了分析，并提出了具体改进优化设计方案。按改进优化方案安全地实施了试验，得到的试验数据表明符合试验标准规定，该试验方案可以为今后其它机载设备类似的高低温环境试验提供参考和借鉴。

关键词机载设备;RTCA/DO-160F;高低温环境试验;符合性

中图分类号： TH137 文獻标志码：A

对于民用飞机，机载设备性能是否满足飞机预期的各种环境，这直接关系到飞机的飞行安全，其重要性越来越受到中国民航当局的关注。为了确定机载设备在使用过程中会遇到的典型环境条件下的性能特性，按照适航规章AP-21-AA-2011-03-R4的要求，机载设备应进行适航审查。为了验证机载设备在典型环境条件下工作性能符合飞机需求，目前大都采用RTCA/DO-160F的试验标准进行考核。高低温环境试验作为环境试验的主要项目之一，如何按标准实施试验，向适航审查组表明试验的符合性，并通过民航局的审查，已成为新的研究方向。

本文以某型飞机的燃油滤设备的高低温环境试验为例，开展适航符合性分析，并提出了相应的试验设计实施方案。

1 设备简介

该燃油滤（见图1）设备安装在某小型民用飞机机翼内的燃油箱附近，用于过滤燃油箱至发动机之间供油管路中的燃油（牌号为：RH-100/130航空汽油）杂质。

当供油管路中的杂质较多，影响了该燃油滤的滤通能力时，该燃油滤内部的旁通活门在进油口与出油口处的压力差作用下自动打开，燃油可以不经过滤直接供向发动机。

2 试验目的

通过测试该燃油滤设备进油口与出油口之间的压差是否满足预定的指标要求，考核该设备在飞机预期的高低温环境下的性能特性，以保证该设备工作期间性能方面有足够的可信度。

3 高低温环境试验参数及要求

根据该燃油滤设备在飞机上的安装位置，结合飞机飞行高度包线，按试验标准RTCA/DO-160F 第4章的规定，该设备类别定义为B2类。

在RTCA/DO-160F 表4-1中选择B2类对应的试验温度值，具体见表1。

对于高低温环境试验，RTCA/DO-160F的要求如下：

使设备处于工作状态，而后在环境大气压力下调节试验箱内空气温度到规定的低温工作温度-45℃。在设备达到温度稳定后，保持试验箱内的空气温度在工作低温条件下使设备工作至少2h，设备工作期间确定是否符合有关设备性能标准。对应的试验剖面见图2。

在环境大气压力下，使设备处于工作状态，调节试验箱内空气温度到规定的高温工作温度+70℃。在设备达到温度稳定后，保持试验箱内的空气温度在高温工作条件下使设备工作至少2h，设备工作期间确定是否符合有关设备性能标准。对应的试验剖面见图3。

4原试验方案简介

该设备原定的试验方案如下：

试验介质选用航空煤油，牌号为RP-3。

该飞机用航空汽油作为燃料，闪点较低且易挥发，试验时存在易燃易爆的安全隐患。国内进行燃油滤此类设备的高低温环境试验时选用的大都是性能较为稳定的航空煤油进行试验，暂无用航空汽油进行试验的经验。

将设备放入温度试验箱内。通过温度试验箱的温度控制系统，使试验箱内环境温度达到试验所规定的温度。

保温一定的时间，使设备本体的温度达到试验所规定的温度极限值。

考虑到试验的安全，不能将试验用的油箱安装在温度试验箱内，避免油气挥发聚集在试验箱内，故将设备从温度试验箱内取出，将其置于安装架上，连接好相应管路和监测仪表。试验设备简图见图4。

其中，流量计用于监测流经燃油滤的燃油流量;压差表用于监测燃油滤工作时进油口与出油口处的压力差的变化。

按图2、图3的试验剖面开展试验，在规定的压力、流量条件下，使试验介质持续流经该设备，模拟设备的工作状态;期间检测设备进油口与出油口两端的压力差。

4 试验符合性分析

按照RTCA/DO-160F的规定，关于温度极限的定义如下：

是指设备正常暴露于其中并要求工作的最低温度。

是在特殊安装区内，如仪表板后面的密闭空间、设备支架、动力舱区等的设备在正常工作条件下暴露于其中的最高温度量级。

按照上述定义，在飞机的极限温度环境下，设备（燃油滤）与试验介质（燃油）此时应处于同一温度环境，故进行该设备的高低温度试验时应考虑将试验介质也处于相同的极限温度下，才能真实模拟设备的实际工作状态，这样做出的试验结果才真实有效。

而原试验方案是将设备从温度试验箱内取出后，再通入试验介质进行试验。尽管此时设备本体的温度符合规定，但试验介质的温度为室温，实际试验时设备与试验介质、周围大气环境之间还存在温度差，导致热交换的产生，随着试验时间的延长，设备的真实工作温度会发生变化，因此造成试验的符合性发生偏离，故该试验方案不满足试验要求。

另外，试验介质如果选用航空煤油，同航空汽油相比，二者的流阻特性不一样，也会对试验结果产生一定的影响。

6 试验符合性设计及优化考虑

为确保试验的符合性和安全，在原试验方案的基础上，对试验方案进行了改进，具体如下：

试验介质选用RH-100/130航空汽油，与飞机燃油牌号一致。

将该设备置于温度试验箱内，利用温度试验箱上的温度表实时监测箱内温度，确保试验过程中，设备始终能保持规定的试验温度范围内。

试验用到的监测仪表均选用防爆型，且将试验监测仪表、油箱等尽量布置在试验箱的外面，避免试验时，试验介质（飞机燃油）可能会因泄露、挥发，导致可燃液体或气体积聚在温度试验箱内产生危险。同时，试验场地应确保通风。

利用压力源和管路将试验介质流经位于温度试验箱内的设备，不断循环。

在设备的进油口处增加温度表，可以实时监测通过设备的试验介质温度是否满足试验要求。

为降低试验过程中，处于温度试验箱外部的管路、油箱、监测仪表等试验设备与大气发生热交换，引起试验介质温度的波动，造成试验偏差，在这些试验设备的表面增加金属箔和玻璃棉作为热防护层，见图5。