专利名称：气囊型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统与方法
技术领域：
本发明涉及一种气囊型飞机辅助燃油系统试验系统及方法，属于飞机燃油系统技术领域。
背景技术：
飞机燃油系统的主要功能是存储可用燃油，并保证飞机在一切飞行状态和工作条件下可以连续可靠地向发动机供油。飞机燃油系统的安全稳定运行直接影响飞机发动机性能的发挥和飞机的安全性。随着飞机飞行高度的不断增加，飞机吨位的不断增大，飞机留空时间的延长，现代飞机技术在不断发展，对飞机燃油系统的油箱容量、耗油过程的重心控制、燃油泵的高空性能以及防火防雷击防污染能力等的要求越来越高。飞机辅助燃油系统技术不但可以增加飞机载油量，提高飞机的载油系数，而且可以通过各油箱的燃油按一定的顺序和比例输送到消耗油箱，以保证飞机飞行过程中飞机重心控制，获得良好的飞机操纵安定性，还具备了为飞机上其他设备或系统冷却的附加功能。飞机在高空飞行时，飞机辅助燃油系统可利用客舱与外界大气存在的较大压力差，将燃油从高压区的前后货舱油箱转输至低压区的油箱，即采用气压转输燃油方式替代传统的泵传输方式，避免燃油泵在高空产生气蚀或燃油的过量蒸发，节省飞机能耗并减轻重量，简化飞机耗油过程的重心控制以保证飞机操纵安定性。因此，有必要对飞机辅助燃油系统的气压转输燃油技术进行理论和试验研究。本试验系统的目的是，通过搭建试验台，研究飞机辅助燃油系统气压转输技术的可行性，并获得转输过程中油箱压力、流量等相关参数的定量关系，为飞机辅助燃油系统气压转输燃油系统的设计优化提供基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、检测方便、安全防爆的气囊型飞机辅助燃油系统试验系统及方法。
一种气囊型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统，其特征在于包括:真空泵、油气分离器、低压油箱、第一气囊、大气压力模拟舱、座舱压力模拟舱、第二气囊、高压油箱、高压氮气储罐。低压油箱安装于第一水平调节台上、高压油箱安装于第二水平调节台上。第二气囊、高压油箱和第二水平调节台安装于封闭的座舱压力模拟舱内。第一气囊、低压油箱、第一水平调节台和座舱压力模拟舱安装于大气压力模拟舱内。第二气囊与高压油箱的引气出口连通，高压油箱的出口通过燃油转输管道与低压油箱的入口连接，低压油箱的出口通过燃油循环管道与高压油箱的回油入口相连，低压油箱的引气出口与第一气囊连通。真空泵经过油气分离器后与真空管相连，真空管分成真空管第一支路和真空管第二支路两条支路，其中真空管第一支路与大气压力模拟舱相连，真空管第二支路与座舱压力模拟舱相连。高压氮气储罐依次经过第四截止阀和减压阀后与充气管相连，充气管分成充气管第一支路和充气管第二支路两条支路，其中充气管第一支路与大气压力模拟舱相连，充气管第二支路与座舱压力模拟舱相连。燃油转输管道内从高压油箱的出口到低压油箱的入口依次安装有流量计、第一截止阀。燃油循环管道内从低压油箱的出口到高压油箱的回油入口依次安装有第三截止阀、Y型过滤器、燃油泵、第二截止阀。真空管第一支路内安装有第一电动阀，真空管第二支路内安装有第二电动阀。充气管第一支路内安装有第四电动阀，充气管第二支路内安装有第三电动阀。该系统还包括探头位于低压油箱内的第一压力变送器、探头位于燃油转输管道内的第二压力变送器、探头位于高压油箱内的第三压力变送器、探头位于座舱压力模拟舱内的第四压力变送器、探头位于大气压力模拟舱内的第五压力变送器。上述气囊型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统的试验方法，其特征在于包括以下过程:步骤a、完成上述试验装置的布置后，对封闭大气压力模拟舱和座舱压力模拟舱充入氮气进行14小时保压试验，确保大气压力模拟舱和座舱压力模拟舱舱体密闭无泄漏；步骤b、系统运行时，将高压油箱内注满试验燃油，低压油箱内为空，第一气囊初始充气量为低压油箱体积的I 2倍，第二气囊的初始充气量为高压油箱体积的2 3倍，关闭系统内所有截止阀、减压阀和电动阀；步骤C、利用真空泵和高压氮气储罐联合控制对大气压力模拟舱和座舱压力模拟舱抽真空，直至大气压力模拟舱和座舱压力模拟舱的压力和氧气浓度都满足试验要求，具体实施过程包括:打开第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第四电动阀、减压阀和第四截止阀，关闭系统内其它截止阀，使得大气压力模拟舱通过真空管第一支路和充气管第一支路分别与真空泵和高压氮气储罐连通，座舱压力模拟舱通过真空管第二支路和充气管第二支路分别与真空泵和高压氮气储罐连通，启动真空泵，利用电控系统联动控制第一电动阀和第四电动阀分别调节大气压力模拟舱的真空度和从高压氮气储罐进入大气压力模拟舱的氮气流量，直至大气压力模拟舱内氧气浓度低于12%、初始压力等于飞机在第一高度飞行时的舱外环境大气压力值，模拟飞机低压油箱所在的低压区压力状况；同时，利用电控系统联动控制第二电动阀和第三电动阀分别调节座舱压力模拟舱的真空度和从高压氮气储罐进入座舱压力模拟舱的氮气流量，直至座舱压力模拟舱内氧气浓度低于12%、初始压力维持在第二高度对应的压力值，模拟飞机在高空飞行时的座舱压力即飞机高压油箱所在的高压区压力状况；然后关闭第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第四电动阀、减压阀和第四截止阀；步骤d、保持大气压力模拟舱和座舱压力模拟舱的上述初始压力不变，利用第一水平调节台和第二水平调节台模拟低压油箱和高压油箱的相对水平高度，消除上述试验工况下燃油重力引起的水力压头误差；打开第一截止阀，关闭系统内其他截止阀、减压阀和电动阀，使得大气压力模拟舱依次通过第一气囊、低压油箱、燃油转输管道、高压油箱、第二气囊与座舱压力模拟舱连通，且在初始稳态时低压油箱内初始压力与大气压力模拟舱的初始压力相等、高压油箱内初始压力与座舱压力模拟舱的初始压力相等；利用大气压力模拟舱与座舱压力模拟舱之间的压力差，将高压油箱内的燃油压入燃油转输管道转输至低压油箱，直至高压油箱内燃油全部被气压转输至低压油箱，关闭第一截止阀；至此完成飞机在第二高度时的气压转输燃油模拟试验过程；同时在上述步骤d的气压转输燃油过程中，由于燃油转输引起高压油箱内液位下降、气压降低和低压油箱组内液位升高、压力增加，导致第二气囊体积收缩、第一气囊体积膨胀，则座舱压力模拟舱气体容积增大、压力降低，大气压力模拟舱的气体容积减小、压力增加，故为实现燃油转输试验过程中的座舱压力模拟舱和大气压力模拟舱的恒压控制，需分别利用第四压力变送器和第五压力变送器对气压转输燃油过程中的座舱压力模拟舱和大气压力模拟舱的压力进行测量和监控；同时并打开减压阀和第四截止阀，关闭系统内其它截止阀，启动真空泵，利用第四压力变送器的压力信号，通过电控系统联动控制第二电动阀和第三电动阀分别调节座舱压力模拟舱的真空度和从高压氮气储罐中补充的氮气流量，以维持座舱压力模拟舱内压力恒定并保证氧气浓度低于12% ;同时利用第五压力变送器的压力信号，通过电控系统联动控制第一电动阀和第四电动阀分别调节大气压力模拟舱的真空度和从高压氮气储罐进入大气压力模拟舱的氮气流量，以维持大气压力模拟舱内压力恒定并保证氧气浓度低于12%。步骤e、该系统还包括燃油循环使用功能:在上述试验过程d结束后，打开第二截止阀、第三截止阀，关闭系统内其他截止阀、减压阀和电动阀，启动燃油泵，将低压油箱内的燃油泵入燃油循环管道依次流经第三截止阀、Y型过滤器、燃油泵、第二截止阀进入高压油箱，直至高压油箱内被注满燃油使得本试验装置可重复进行下一次试验，关闭第二截止阀、燃油泵、第三截止阀；步骤f、上述试验步骤d的气 压转输燃油过程中，利用第一压力变送器、第三压力变送器分别测量低压油箱、高压油箱的压力，通过采集系统观测气压转输燃油过程中低压油箱和高压油箱内的压力变化速率和趋势，并记录数据，得到相同试验工况下的低压油箱和高压油箱之间的压力变化关系曲线；利用流量计、第二压力变送器分别测量燃油转输管道内被转输的燃油流量和压力，通过采集系统自动采集数据，得到气压转输燃油过程中燃油转输管道内的燃油流量变化特性曲线、压力变化曲线以及两者之间的关系曲线；更换所选第一高度的值，重复b-c-d-e步骤，完成不同飞行高度下的气压转输燃油试验；获得不同试验工况下，在气压转输过程中的低压油箱和高压油箱内的压力随飞行高度改变的变化曲线，以及燃油转输管道内的燃油压力和流量随飞行高度变化特性曲线，研究气压转输燃油过程中随飞行高度变化的燃油传输特性；上述第二高度指飞机座舱内满足人体舒适要求的压力值所对应的大气高度；第一高度指模拟的飞机飞行高度，取值范围为第二高度和飞机最大飞行高度之间；上述所有高度和压力之间的换算公式为国际标准大气压力公式:当高度0<H<Hs时，
权利要求
1.一种气囊型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统，其特征在于包括:真空泵(I)、油气分离器(2)、低压油箱(3)、第一气囊(5)、大气压力模拟舱(15)、座舱压力模拟舱(16)、第二气囊(17)、高压油箱(19)、高压氮气储罐(36)； 其中低压油箱(3)安装于第一水平调节台(29)上、高压油箱(19)安装于第二水平调节台(20)上； 所述的第二气囊(17)、高压油箱(19)和第二水平调节台(20)安装于封闭的座舱压力模拟舱(16)内； 所述的第一气囊(5)、低压油箱(3)、第一水平调节台(29)和座舱压力模拟舱(16)安装于大气压力模拟舱(15)内； 其中第二气囊(17)与高压油箱(19)的引气出口连通；高压油箱(19)的出口通过燃油转输管道(12)与低压油箱(3)的入口连接；低压油箱(3)的出口通过燃油循环管道(21)与高压油箱(19)的回油入口相连；低压油箱(3)的引气出口与第一气囊(5)连通； 所述真空泵(I)经过所述油气分离器(2)后与真空管(6)相连，真空管(6)分成真空管第一支路(7)和真空管第二支路(14)两条支路，其中真空管第一支路(7)与大气压力模拟舱(15)相连，真空管第二支路(14)与座舱压力模拟舱(16)相连； 所述高压氮气储罐(36)依次经过第四截止阀(35)和减压阀(34)后与充气管(33)相连，充气管(33)分成充气管第一支路(30)和充气管第二支路(26)两条支路，其中充气管第一支路(30)与大气压力模拟舱(15)相连，充气管第二支路(26)与座舱压力模拟舱(16)相连； 上述燃油转输管道 (12)内从高压油箱(19)的出口到低压油箱(3)的入口依次安装有流量计(10)、第一截止阀(9)； 上述燃油循环管道(21)内从低压油箱(3)的出口到高压油箱(19)的回油入口依次安装有第三截止阀(25)、Y型过滤器(24)、燃油泵(23)、第二截止阀(22)； 上述真空管第一支路(7)内安装有第一电动阀(8)，真空管第二支路(14)内安装有第二电动阀(13)； 上述充气管第一支路(30)内安装有第四电动阀(31)，充气管第二支路(26)内安装有第三电动阀(27)； 该系统还包括探头位于低压油箱(3)内的第一压力变送器(4)、探头位于燃油转输管道(12)内的第二压力变送器(11)、探头位于高压油箱(19)内的第三压力变送器(18)、探头位于座舱压力模拟舱(16)内的第四压力变送器(28)、探头位于大气压力模拟舱(15)内的第五压力变送器(32)。
2.权利要求1所述气囊型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统，其特征在于:上述低压油箱(3)为一个独立的低压油箱，或多个独立的低压油箱串联组成。
3.权利要求1所述气囊型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统，其特征在于:上述高压油箱(19)为一个独立的高压油箱，或多个独立的高压油箱串联组成。
4.权利要求1所述气囊型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统，其特征在于:上述第一气囊(5)的主要特点是表面无弹性，可忽略表面张力影响，最大充气量是低压油箱(3)体积的3 4倍。
5.权利要求1所述气囊型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统，其特征在于:上述第二气囊(17)的主要特点是表面无弹性，可忽略表面张力影响，最大充气量是高压油箱(19)体积的3 4倍。
6.权利要求1所述气囊型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统，其特征在于:上述大气压力模拟舱(15)的体积是座舱压力模拟舱(16)的3 5倍。
7.利用权利要求1所述气囊型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统的试验方法，其特征在于包括以下过程:步骤a、完成上述试验装置的布置后，对封闭大气压力模拟舱(15)和座舱压力模拟舱(16)充入氮气进行14小时保压试验，确保大气压力模拟舱(15)和座舱压力模拟舱(16)舱体密闭无泄漏；步骤b、系统运行时，将高压油箱(19)内注满试验燃油，低压油箱(3)内为空，第一气囊(5)初始充气体积量为低压油箱(3)体积的I 2倍，第二气囊(17)的初始充气体积量为高压油箱(19)体积的2 3倍，关闭系统内所有截止阀、减压阀和电动阀； 步骤C、利用真空泵(I)和高压氮气储罐(36)联合作用对大气压力模拟舱(15)和座舱压力模拟舱(16)抽真空，直至大气压力模拟舱(15)和座舱压力模拟舱(16)的压力和氧气浓度都满足试验要求，具体实施过程包括:打开第一电动阀(8)、第二电动阀(13)、第三电动阀(27)、第四电动阀(31)、减压阀(34)和第四截止阀(35)，关闭系统内其它截止阀，使得大气压力模拟舱(15)通过真空管第一支路(7)和充气管第一支路(30)分别与真空泵(I)和高压氮气储罐(36)连通，座舱压力模拟舱(16)通过真空管第二支路(14)和充气管第二支路(26)分别与真空泵(I)和高压氮气储罐(36)连通，启动真空泵(1)，利用电控系统联动控制第一电动阀(8)和第四电动阀(31)分别调节大气压力模拟舱(15)的真空度和从高压氮气储罐(36)进入大气压力模拟舱(15)的氮气流量,直至大气压力模拟舱(15)内氧气浓度低于12%、初始压力等 于飞机在第一高度飞行时的舱外环境大气压力值，模拟飞机低压油箱所在的低压区压力状况；同时，利用电控系统联动控制第二电动阀(13)和第三电动阀(27 )分别调节座舱压力模拟舱(16 )的真空度和从高压氮气储罐(36 )进入座舱压力模拟舱(16)的氮气流量，直至座舱压力模拟舱(16)内氧气浓度低于12%、初始压力维持在第二高度对应的压力值，以模拟飞机在高空飞行时的座舱压力即飞机高压油箱所在的高压区压力状况；然后关闭第一电动阀(8)、第二电动阀(13)、第三电动阀(27)、第四电动阀(31)、减压阀(34)和第四截止阀(35)； 步骤d、保持大气压力模拟舱(15)和座舱压力模拟舱(16)的上述初始压力不变，利用第一水平调节台(29)和第二水平调节台(20)模拟低压油箱(3)和高压油箱(19)的相对水平高度，消除上述试验工况下燃油重力引起的水力压头误差；打开第一截止阀(9)，关闭系统内其他截止阀、减压阀和电动阀，使得大气压力模拟舱(15)依次通过第一气囊(5)、低压油箱(3)、燃油转输管道(12)、高压油箱(19)、第二气囊(17)与座舱压力模拟舱(16)连通，且在初始稳态时低压油箱(3)内初始压力与大气压力模拟舱(15)的初始压力相等、高压油箱(19)内初始压力与座舱压力模拟舱(16)的初始压力相等；利用大气压力模拟舱(15)与座舱压力模拟舱(16)之间的压力差，将高压油箱(19)内的燃油压入燃油转输管道(12)依次流经流量计(10)、第一截止阀(9)转输至低压油箱(3)，直至高压油箱(19)内燃油全部被气压转输至低压油箱(3)，关闭第一截止阀(9);至此完成飞机在第二高度时的气压转输燃油模拟试验过程；同时在上述步骤d的气压转输燃油过程中，由于燃油转输引起高压油箱(19)内液位下降、气压降低和低压油箱组(3)内液位升高、压力增加，导致第二气囊(17)体积收缩、第一气囊(5)体积膨胀，且座舱压力模拟舱(16)的气体容积增大、压力降低，大气压力模拟舱(15)的气体容积减小、压力升高，故为实现燃油转输试验过程中的座舱压力模拟舱(16)和大气压力模拟舱(15)的恒压控制，需分别利用第四压力变送器(28)和第五压力变送器(32)对气压转输燃油过程中的座舱压力模拟舱(16)和大气压力模拟舱(15)的压力进行测量和监控；同时打开减压阀(34)和第四截止阀(35)，关闭系统内其它截止阀，启动真空泵(1)，利用第四压力变送器(28)的压力信号，通过电控系统联动控制第二电动阀(13)和第三电动阀(27)分别调节座舱压力模拟舱(16)的真空度和从高压氮气储罐(36)中补充至座舱压力模拟舱(16)的氮气流量，以维持座舱压力模拟舱(16)内压力恒定同时保证氧气浓度低于12%;同时利用第五压力变送器(32)的压力信号，通过电控系统联动控制第一电动阀(8)和第四电动阀(31)分别调节大气压力模拟舱(15)的真空度和从高压氮气储罐(36)进入大气压力模拟舱(15)的氮气流量，以维持大气压力模拟舱(15)内压力恒定同时保证氧气浓度低于12%。
步骤e、该系统还包括燃油循环使用功能:在上述试验过程d结束后，打开第二截止阀(22)、第三截止阀(25)，关闭系统内其他截止阀、减压阀和电动阀，启动燃油泵(23)，将低压油箱(3)内的燃油泵入燃油循环管道(21)依次流经第三截止阀(25)、Y型过滤器(24)、燃油泵(23)、第二截止阀(22)进入高压油箱(19)，直至高压油箱(19)内被注满燃油使得本试验装置可重复进行下一次试验，关闭第二截止阀(22)、燃油泵(23)、第三截止阀(25)；步骤f、上述试验步骤d的气压 转输燃油过程中，利用第一压力变送器(4)、第三压力变送器(18)分别测量低压油箱(3)、高压油箱(19)的压力，通过采集系统观测气压转输燃油过程中低压油箱(3)和高压油箱(19)的压力变化速率和趋势，并记录数据，得到相同试验工况下的低压油箱(3)和高压油箱(19)之间的压力变化关系曲线；利用流量计(10)、第二压力变送器(11)分别测量燃油转输管道(12)内被转输的燃油流量和压力，通过采集系统自动采集数据，得到气压转输燃油过程中燃油转输管道(12)内的燃油流量和压力的变化特性曲线及两者关系曲线；更换所选第一高度的值，重复b-c-d-e步骤，完成不同飞行高度下的气压转输燃油试验；获得燃油转输过程中的低压油箱(3)和高压油箱(19)内的压力随飞行高度改变的变化曲线，以及燃油转输管道(12)内被转输的燃油流量和压力随飞行高度变化的特性曲线，研究气压转输燃油过程中随飞行高度变化的燃油传输特性； 上述第二高度指飞机座舱内满足人体舒适要求的压力值所对应的大气高度；第一高度指模拟的飞机飞行高度，取值范围为第二高度和飞机最大飞行高度之间；上述所有高度和压力之间的换算公式为国际标准大气压力公式: 当高度0 <H<HS时，
全文摘要
一种气囊型飞机辅助燃油系统气压转输燃油试验系统与方法，属于飞机燃油系统技术领域。其特征在于包括真空泵(1)、油气分离器(2)、低压油箱(3)、大气压力模拟舱(15)、座舱压力模拟舱(16)、高压油箱(19)、高压氮气储罐(36)；其中高压油箱(19)安装于封闭的座舱压力模拟舱(16)内，低压油箱(3)和座舱压力模拟舱(16)安装于封闭的大气压力拟舱(15)内；其中高压油箱(19)和低压油箱(3)之间通过管道连接；其中大气压力模拟舱(15)和座舱压力模拟舱(16)都与真空泵(1)、高压氮气储罐(36)连接。与传统的飞机辅助燃油试验系统相比，具有飞机辅助燃油系统气压转输燃油性能的验证和测试功能，具有结构简单、检测方便、安全防爆等优点。
文档编号B64F5/00GK103112599SQ20131003106
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月28日 优先权日2013年1月28日
发明者蒋彦龙, 彭莹, 周年勇, 成丹凤, 刘娟 申请人:南京航空航天大学