民用飞机空气管理系统台架试验用传感器的布局与选型考虑

空气管理系统是 民用 飞机重要 的机 载系统之一 。 以飞机在大气平 流层 内巡 航为例 ． １ １ ０ ０ ０ 米高 空的大气压力约为 ２ ２ ． ７ ｋ Ｐ ａ 、温度约 为一 ５ ６ ． ５ ℃， 并 且空气 稀薄 、 臭 氧浓度 上升 ， 人体若暴 露于这 样 的环境 ， 很 快便会死 亡 因此空气 管理系统首 先要为舱 内乘 客提供 生命 安全保 障： 其次 ． 民用飞机用 于商载用 途必须 面对市 场同类 产品的竞争 ， 其空 气管理系统 必须 为乘客 提供舒 适的舱 内大气 环境。 对于 １ ５ ０ — ２ ０ ０ 座级 的民用飞机 ． 空气管 理系统的普遍 方案均是从 发动机引 出空气 ， 通过 制冷 、 压力调节 等系统 ． 为飞机各用气 区域供 给合适 的空气 。 空气管理系统 的台架试验 必不可 少 ． 是 验证 系统功能和性能 的重 要手段之一 台架试验作 为研 发试验 ， 可以在试 验室试 验 中及时发现 问题 、 解决 问题 ， 为系统优 化设 计提供 依据 ； 通过台架试 验可 以验证 系 统各项指标是否 达到方 案设计 要求 ： 台架试 验的另一个 作用是实现故 障复现 ． 可以将 在机 上地面试 验或试 飞试 验中发现的问题在试验 台上 ２ 传 感器 的选 型 进行故 障复现 ． 以帮助查找问题的根源所在。 根 据图 １ 所示原理 图．试验中需要测试的物理参数主要是温度 、 为保证 台架试验获得 准确可靠 的数据 ， 数 据的测量 、 采集显得尤 压力和流量 ． 下面分别介绍对这几类传感器的选型考虑。 为重要 ： 而传感 器作 为检测 不同物理参数的源头 。 其作用不言而喻。 传 ２ ． １ 选 型原 则 感器 的布局 和选 型需遵 循科学合理的原则 ． 需要经过多方面充分 的分 鉴于传感器是加装 到试 验室 内的试验 台架 上 ． 而非飞机 上 ， 减少 析 和考虑 ． 以确保台架试验的有效性。 了对设 备的空 间和重 量限制 ． 所 以传感器 的重量和体积对选型影响较 小； 而精度 、 响应 时间、 量程和适用环境直接影响传感器是否满足测试 １ 传 感器 的布局 需求 ． 是需要着重考虑 的因素 ： 更重要 的～ 点是所选择 的传感 器加装 空气管 理系统包括气 源系统 、 制冷系统 、 空气分配系统 、 压力调节 到试验台架上不能影 响系统 原有的构型 ． 当影 响无法避免 时． 应 选择 系统等多个 子系统 ． 试 验台架 包括从 气源系统到空气输送末端 的所有 合适的类型使其对 系统 的影响 降至最低 管路 和设备 ． 不模拟 飞机增 压舱段 ． 传 感器分 布在各管路设 备上。 ２ ． ２ 温度传感 器的选 型 传感器 的布 局需遵循 科学合理、 具有可实现性的原则 。台架试验 温度传感器 主要 选择铠装 Ｋ型热电偶和铠装 Ｐ ｔ ｌ ０ ０ 铂热 电阻两 是通过实测值 和理论设计 值对 比． 来实现系统的功能和性能验证 。理 种类型 ， 铠装形式是 为了满足强度需求 。热电偶反应快 、 量程范围宽 ， 想状态下 ， 希望 布置尽 可能多的传感器来 获得实测值 ； 但实际情况是 ， 主要用于气源系统； 热 电阻线性度好 、 精度高 ． 主要用于余下场合 。 空气 管理系统设备作 为机载设备 ．受限于 飞机结构 的空 间和重量要 ２ － ３ 压力传感 器的选 型 求。 在很多地方做 了特殊设计 ． 许 多希望加装 传感器 的地 方并不具备 压力传感器的选型也分两类 。一种体积小 、 频率 响应高（ 达５ ｋ Ｈ ｚ ） ， 安装条件 在这 样的情 况下 ． 传感器的布局原则就变成 了在条件允许 适用于压力变化快、 需要测试 系统动态特性的场合 ； 另一种体积大 、 长 的情况下 ． 尽 量多布置 。下 面是 以空气分配系统 （ 图１ ） 为例 ， 在综合考 期 稳定性 好 、 精度 高 ， 适用 于压力相对 稳定 、 对安装空 间无限制 的场 虑测试需求 和安装条件后 。 做 出的传感器 安装 布局原理图。 合。 ２ ． ４ 流量传感器 的选 型 台架 试验的流量测 量需 要的是质量流量值 而非体积流量值 因 为， 在正常情 况下 ， 人体 需要 的新 鲜空气量 为每分钟 ０ ． ７ ～ ０ ． ９ ｋ ｇ ， 而在 ０ ～ ３ ０ ｋ ｎ 的高度范 围内． ｉ 大气化学成分的 比例基本稳定不变 所以在判 断系统 流量控制 和分配是否满足要求时 。 需要测量的是空气的质量流 量， 而非体积 流量 。 目前市场上 可以实现质量流量测量的传感器形 式多种 多样 ． 有采 用直接 测量法 的流量计 ， 如科 氏力质量流量计 、 热式质量流量计 ： 有采 用间接测量法 的流量计 ， 如孔板 流量计 、 涡街流 量计 、 文丘里 流量计 、 皮托管及均速管流量计等 试验台本身有许 多限制条件 ． 不是所有流 量计都适用于空气管理系统试验台 ， 需要考虑多方 面的因素 。 Ｔ ． 温度 ； Ｐ ． 压力 ； Ｑ ． 流量 ； Ｈ ． 湿度 ； Ｖ ． 活门 图１ 空气分配系统传感器的布局 加装 的流量计引入 的压力损失 应尽量小 、 对 流速 、 流场 的影 响尽 量少 ， 否则会 影响原有的流量分配 ； 流量计对 直管 段 （ 下转第 １ ２ ６页） 在试验 台架上选择传感器加装位置 时． 需考虑 以下 因素
Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｖｉ ｓ ｉ ｏ ｎ
科 技 视 界
科技・ 探索・ 争鸣
民用飞机空气管理系统台架试验用传感 （ 上海 飞机 设 计研 究 院 ， 中国 上海 ２ ０ １ ２ １ ０ ）
【 摘 要】 空气管理 系统是 为民用飞机舱 内乘客提供 生命 保障和舒适 环境的关键 系统 ， 有 必要进行 台架试验来对 系统的各项功能和性能进 行试验验证 。台架试验 中通过监 测各 个物理 参数来验证 系统对温度、 压力、 流量等参数 的调 节能力， 诸 多的物理参数需要通过不 同类型的传感 器来实现原 始感 测。 以满足 试验 的测试需求， 本文重点对空气管理 系统 台架试验 用传感器的布局 和选型进行 了论述 ， 具有 实践指导意义。 【 关键词 】 民用飞机 ； 空气管理 系统； 台架试验 ； 传 感器 ０ 前 言
１ １ 在冷 热气 流混合未充分 的地方不易布置温度传感器 ． 否则测试 数据不具代表性 ： ２ ） 在管路弯 曲的地方不易布置压力传感器 ． 否则会使 测得值 远离 真实需要值 ： ３ ） 在有 活门的管路 ， 流量传 感器宜布置在 活 门上游 ， 因为活 门的 作 动会影 响下游 的流场 ： ４ １ 布置流量传感器 时需考虑 流量计对前后直管段的要求 ； ５ １ 在测试点布置传感器 ． 应避免 加装 的传感 器对测试 目标造成影 响。 如无法避免 。 应将影 响降至最低。 如果 没有在 正确 的位置加装传感器 ， 试验中诸 多问题 便会 接踵而 至， 轻则导致测试数据失效 ， 进而试验无效 、 影响试 验进度 ； 重则 ， 由于 错误的传感器 布局造成设备原有的强度降低 ． 在试验中发生事故造成 重大损 失