民用飞机燃油箱富氮气体分配试验系统的制作方法

本实用新型涉及一种用于民用飞机惰化系统地面试验的富氮气体分配试验系统，其能够实现富氮气体分配试验的条件模拟和全过程参数测量记录。

背景技术：

为满足民用飞机燃油箱的防爆要求，燃油箱设计有惰化系统为燃油箱充入惰性气体，通过机载制氮系统产生富氮气体，再由富氮气体分配系统分配至各燃油箱隔舱实现惰化，使燃油箱内氧气浓度维持在适航要求的安全值以下。

目前，民用飞机富氮气体分配系统的试验大多针对部件或者子系统，难以检验富氮气体分配系统的整体分配性能。因此需要开展民机富氮气体分配系统试验，对富氮气体在油箱隔舱内的实际分配效果进行验证。

根据文献CN103323219A已知一种机载油箱惰性化综合性能试验系统，其使用空气与氮气混合配比产生富氮气体进行惰化试验，但该系统主要存在以下问题：其一，配气系统通过混合阀配比不同流量的氮气与压缩空气来达到调节富氮气体浓度的目的，属于开环控制，精度有限；其二，配气系统中氮气和空气混合管路直通油箱，可能将调试阶段参数尚未满足要求的富氮气体充入试验油箱从而改变试验条件；其三，配气系统设置流量控制器控制混合后富氮气体的流量，而不可选择控制富氮气体压力；其四，配气系统中使用的氮气由机载制氮系统空气分离装置制备，这会对寿命有限、价格高昂的空气分离膜造成较大损耗，经济成本高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提出一种用于民用飞机惰化系统地面试验的富氮气体分配试验系统，其无需使用空气分离组件，能够闭环自动调节富氮气体浓度，可选择控制流量或压力参数，且能够保障在试验过程中充入油箱的富氮气体参数稳定。

为此，根据本实用新型的富氮气体分配试验系统具有富氮气体混合装置和布置在其下游的富氮气体分配装置，其中所述富氮气体混合装置具有氮气瓶、空压机以及富氮气体混合罐，其中所述氮气瓶的出口与所述富氮气体混合罐的一输入口相连；所述空压机的出口经由氧气浓度调节阀与所述富氮气体混合罐的另一输入口相连，所述富氮气体分配装置为三通阀门，所述三通阀门具有三个接口，其中其第一接口与来自所述富氮气体混合罐的混合气体管路连通；其第二接口与试验油箱中的富氮气体分配管路入口连通；其第三接口与大气连通。

本实用新型规定，在所述富氮气体混合罐与所述三通阀门之间的混合气体管路中设置有流量/压力双功能调节阀，其中所述富氮气体混合罐的出口与所述流量/压力双功能调节阀的入口相连并且所述流量/压力双功能调节阀的出口通往所述三通阀门的第一接口。通过所述流量/压力双功能调节阀既可选择控制流量参数又可以选择控制压力参数。

根据本实用新型的一种优选的技术方案，所述富氮气体分配试验系统还具有测量设备和控制设备。其中，所述测量设备包括氧浓度测量装置、压力测量装置以及流量测量装置，并且所述控制设备为控制计算机。优选地，所述氧浓度测量装置设置在所述富氮气体混合罐中，其能够为所述控制设备提供氧浓度反馈信号；所述压力测量装置和流量测量装置设置在所述流量/压力双功能调节阀与所述三通阀门之间的混合气体管路的末端，它们分别能够为所述控制设备提供压力反馈信号和流量反馈信号。进一步优选地，所述压力测量装置和流量测量装置相继布置在混合气体管路中，其中所述压力测量装置的入口与所述流量/压力双功能调节阀的出口相连，所述流量测量装置的出口与所述三通阀门的第一接口相连。

有利地，所述氧浓度测量装置、压力测量装置和流量测量装置分别通过信号线路与所述控制计算机相连，以便分别为控制计算机提供反馈信号；并且所述控制计算机分别通过信号线路与所述氧气浓度调节阀和所述流量/压力双功能调节阀相连，以便分别为氧气浓度调节阀和流量/压力双功能调节阀提供控制信号。

根据本实用新型的另一种优选的技术方案，所述氧气浓度调节阀和所述流量/压力双功能调节阀可以为液压伺服调节阀，其可以保证较高的调节精度，当然只要精度足够高，在此也可以使用电动阀。

根据本实用新型的另一种优选的技术方案，在所述富氮气体混合装置中能够并联使用多个氮气瓶，以便为试验提供足够的氮气，并且所述氮气瓶设有减压阀，从而避免氮气瓶出口压力过高造成危险。通过直接为系统提供氮气，无需使用空气分离装置制备氮气。

根据本实用新型的另一种优选的技术方案，在所述富氮气体混合装置中能够并联使用多个空压机，以便为试验提供足够的氧气，并且所述空压机设有气水分离器，从而减少空气中水蒸汽对配气的影响。

根据本实用新型的另一种优选的技术方案，所述控制设备的控制算法可以选用PID控制模式，该算法的成熟度较高，便于技术人员开发和调试。

与已有的机载油箱惰性化综合性能试验系统相比，根据本实用新型的富氮气体分配试验系统的主要优点在于：通过富氮气体混合罐和罐中的氧浓度测量装置以及氧气浓度调节阀，实现对富氮气体浓度的闭环自动控制，精度高；设置三通阀门，在富氮气体调制阶段将参数尚未稳定的富氮气体排入大气，并在富氮气体参数稳定后才通入油箱，试验条件可靠性高；设置流量/压力双功能调节阀，可根据用户需求，选择控制富氮气体的流量或压力，一阀多用，增加了系统的灵活性，降低了成本；通过氮气瓶提供氮气，替代机载制氮系统制氮，成本低廉，并且控制氮气与空气混合，使试验参数可控。

附图说明

本实用新型唯一的附图是根据本实用新型的富氮气体分配试验系统的工作原理示意图。以下参照该附图对根据本实用新型的富氮气体分配试验系统的一种具体实施方式和工作原理进行详细阐述。

具体实施方式

在图1中示出了根据本实用新型的富氮气体分配试验系统的工作原理图。

如图所示，根据本实用新型的富氮气体分配试验系统包括具有富氮气体混合装置和布置在其下游的富氮气体分配装置。其中所述富氮气体混合装置具有氮气瓶1、空压机2以及富氮气体混合罐4，所述氮气瓶1的出口与所述富氮气体混合罐4的一输入口相连；所述空压机2的出口经由氧气浓度调节阀3与所述富氮气体混合罐4的另一输入口相连。所述富氮气体分配装置为三通阀门9，其具有三个接口，其中其第一接口9a与来自所述富氮气体混合罐4的混合气体管路连通；其第二接口9b与试验油箱中的富氮气体分配管路入口连通；其第三接口9c与大气连通，其中在所述富氮气体混合罐4与所述三通阀门9之间的混合气体管路中设置有流量/压力双功能调节阀6，其中所述富氮气体混合罐4的出口与所述流量/压力双功能调节阀6的入口相连并且所述流量/压力双功能调节阀6的出口通往所述三通阀门9的第一接口9a。

所述富氮气体分配试验系统还具有测量设备和控制设备。其中所述测量设备包括氧浓度测量装置5、压力测量装置7以及流量测量装置8，并且所述控制设备为控制计算机10。所述氧浓度测量装置设置在所述富氮气体混合罐4中，其能够为所述控制计算机10提供氧浓度反馈信号；所述压力测量装置7和流量测量装置8设置在所述流量/压力双功能调节阀6与所述三通阀门9之间的混合气体管路的末端，它们分别能够为所述控制计算机10提供压力反馈信号和流量反馈信号。其中，所述压力测量装置7和流量测量装置8相继布置在混合气体管路中，其中所述压力测量装置7的入口与所述流量/压力双功能调节阀6的出口相连，所述流量测量装置8的出口与所述三通阀门9的第一接口9a相连。

为了进行闭环控制，所述氧浓度测量装置5、压力测量装置7和流量测量装置8分别通过信号线路与所述控制计算机10相连，以便为所述控制计算机10提供反馈信号；并且所述控制计算机10分别通过信号线路与所述氧气浓度调节阀3和所述流量/压力双功能调节阀6相连，以便为氧气浓度调节阀3和流量/压力双功能调节阀6提供控制信号。

在进行富氮气体分配试验前，先将三通阀门9调至第一接口9a进第三接口9c出的状态，第二接口9b不通，此时富氮气体管路通向大气。开启控制系统，在控制计算机10中选择控制参数为“流量和浓度”或“压力和浓度”模式。以富氮气体流量和浓度控制模式为例，在控制计算机10中选择“流量和浓度”模式。之后，开启空压机2，并使所有调节阀具备工作状态(液压伺服阀需开启液压源，电动阀需上电)。

试验开始时，仍然以富氮气体流量和浓度控制模式为例，在控制计算机10中输入流量设定值，控制计算机10实时采集流量测量装置8的流量信号，与流量设定值进行比较，并通过PID控制系统计算生成控制信号发送给流量/压力双功能调节阀6，使之相应作动，直至流量值稳定在设定范围内。此时富氮气体混合罐4内充满空气。

待流量稳定后，打开氮气瓶1并减压，使氮气进入富氮气体混合罐4与空气混合。在控制计算机10中输入试验要求的氧浓度值，控制计算机10实时采集富氮气体混合罐4中的氧浓度测量装置5反馈的氧气浓度值，与设定氧浓度值进行比较，并通过PID控制系统计算生成控制信号发送给氧气浓度调节阀3，使之相应作动(当氧气浓度值大于设定氧气浓度值时，氧气浓度调节阀3作动减少空气进气量；当氧气浓度小于设定氧气浓度值时，氧气浓度调节阀3作动增加空气进气量)，直至氧气浓度值稳定在设定范围内。浓度调整的同时，流量控制仍然自动保持，流量经轻微波动后回到设定值。最终富氮气体的流量和浓度均达到设定值，并且稳定。

富氮气体参数稳定后，将三通阀门9调至第一接口9a进第二接口9b出的状态，第三接口9c不通，富氮气体管路通向油箱。此阶段富氮气体的参数已经稳定在设定范围内，通入飞机试验油箱进行富氮分配和油箱惰化，直至试验结束。在试验油箱上可加装氧浓度分析仪，实时测量油箱气相空间气体浓度。

试验结束后，关闭氮气瓶1，但空压机2持续开启，向油箱内继续充入空气，直至油箱内氧气浓度复原，此时关闭空压机2。如富氮气体混合罐有排漏阀则打开排漏阀，将罐内积存的液体排出。

另外，系统在富氮气体压力和浓度控制模式下，与富氮气体流量和浓度控制模式类似，只是将流量控制过程改为压力控制过程，反馈机构换为压力测量装置7，作动机构仍然为流量/压力双功能调节阀。

以上参照附图具体描述了本发明的最佳实施方式。本领域技术人员应该理解，附图及其对应描述仅仅为了解释本发明的目的，在此基础上，本领域技术人员可以作出其他的变型、替换或改进。这些变型、替换或改进落入本发明的保护范围。

附图标记列表：

1 氮气瓶

2 空压机

3 氧气浓度调节阀

4 富氮气体混合罐

5 氧浓度测量装置

6 流量/压力双功能调节阀

7 压力测量装置

8 流量测量装置

9 三通阀门

9a 三通阀门的第一接口

9b 三通阀门的第二接口

9c 三通阀门的第三接口

10 控制计算机