摘要：大型飞机的环境控制系统引气量较大，传统滤网式过滤器虽然具有比较好的过滤除尘效果，但是，由于引气流量大，并且是高温高压气体，滤网的流阻很大，滤网易被堵塞，所以，滤网的使用周期短，要经常更换。对某型飞机的环控系统引气部分进行了动态性能分析，并作了实验研究。实验结果表明，模型计算值和实验值符合较好，该模型对环控系统引气分系统有很好的实用价值。
关键词：飞机系统；环境控制；动态性能；试验结果
1 试验装置
为了研究引气系统的动态特性，本文针对某先进环境控制系统的引气系统，建立了如图1所示的引气系统地面研究装置。图中的初散Ⅰ、绝对压力调节器和初散Ⅱ组成引气系统。来自气源的常温、2。0MPa的气体经过调压阀和电炉的调节，模拟从发动机引气。引气压力和流量可以由调压阀和电动活门来调节。引气温度的模拟由电炉加热来实现，通过调节电炉功率控制引气温度。经模拟的发动机引气首先经过系统的初散Ⅰ冷却，然后由绝对压力调节器调压，最后经过初散Ⅱ冷却后进入制冷组件。初散Ⅰ和初散Ⅱ的冷边冲压空气和冷却效果由鼓风机来模拟。通过调节阀门Ⅰ和阀门Ⅱ模拟引气温度、流量、压力的阶跃变化。系统中装有温度和压力传感器。试验时的数据采集由微机测控系统完成。
图1引气系统动态特性试验装置原理图
2 试验内容
利用以上的试验装置，本文对引气分系统主要进行了如下的试验研究：
①模拟环控系统开始工作情况，即不同温度和流量的引气气流冲击时引气系统的温度响应；
②模拟引气流量改变时引气系统的温度响应；
③模拟引气压力变化时系统的压力响应。
3 试验方法
①在不同流量和温度的引气气流的冲击下，引气系统的温度响应试验方法
首先关闭阀门Ⅰ，开启阀门Ⅱ，将引气通过调压阀和电炉调定在某一流量和某一温度值。然后，突然将阀门Ⅰ和阀门Ⅱ切换。此时，保持初散Ⅰ和初散Ⅱ的冷边入口空气的流量和温度不变，测量引气系统的温度响应。
②引气流量改变时引气系统的温度响应试验方法
通过调压阀和电炉将引气调节在某一流量和某一温度值，同时，将阀门Ⅰ和阀门Ⅱ分别调节在某一开度，以保证2个阀门分别有一定量的空气流过[1]。然后，突然全关阀门Ⅱ，全开阀门Ⅰ。此时，保持初散Ⅰ和初散Ⅱ的冷边入口空气流量和温度不变，测量引气系统的温度响应。
③引气压力变化时引气系统的压力响应
关闭阀门Ⅱ和电炉加热功率，全开阀门Ⅰ，通过调压阀和电动活门将引气在引气系统入口处的压力调在某一值。然后，突然调节调压阀的开度，以达到引气系统入口处的压力变化，测量引气系统的压力响应。
4 试验结果
①温度响应
图2～图5表示了不同流量下，环控系统开始工作时，即不同温度和流量的引气气流冲击时引气系统的温度响应。图6表示了引气流量变化时引气系统的温度响应。从图中可以看出，引气系统的温度响应时间与流量变化的情况有关，均在10～30s之间。
图2引气气流冲击下引气系统的动态响应 图3引气气流冲击下引气系统的动态响应
（引气流量为721kg/h） （引气流量为1000kg/h）
②压力响应
该系统采用的绝对压力调节器的起调压力为709。275kPa。当引气压力低于709。275kPa，绝对压力调节器不起压力调节作用。本文研究了当引气压力变化时引气系统的压力响应。试验结果表明，引气系统的压力响应快。本试验装置中计算机数据采集系统的最高采集速度为1次/s，利用该系统未能测出压力波动。这说明引气系统的压力响应时间在1s以内。
图4引气气流冲击下引气系统的动态响应 图5引气气流冲击下引气系统的动态响应
（引气流量为1417kg/h） （引气流量为1243kg/h）
5 飞机环控系统引气分系统工作原理分析
发动机在地面工怍时，采用高压引射气流对散热器冷边引射，从而使环拕系统在地面停机时具有制冷能力，保持飞机环控系统的正常工作。由两部分功能组成，一是引气部分功能，从发动机高压压气机第七级引出高温高压气体，经过第一级初级散热器，压力调节与关断活门、超压指示器后分成两路，一路为“冷路”，一路为“热路”，“冷路”经过制冷部件制冷后与“热路”汇合。二是温度流量调节功能，热空气温度控制活门、热空气超温恒温器和热空气温度传感器负责调节“热路”的温度和流量，涡轮入口超温恒温器、压气机人口超温恒温器和防冰加热活门负责调节“冷路”的温度和流量热路”和“冷路”汇合后，经座舱流量活门，输人到座舱，温度／流量调节的电气控制中心为环控控制器。
6 飞机环控系统引气分系统故障描述
某型飞机在地面开车时发现环控系统引气气源中断，座舱内环控系统喷头没有气体喷出，环控系统告警。外场更换了与发动机引气管路直接相连的压力调节与关断活门Ｉ、压力调节与关断活门Ⅱ后，故障现象仍然存在。
7 飞机环控系统引气分系统故障件分析
压力调节与关断活门Ⅱ的开关特性为通电关闭、断电打开。当电磁铁不通电时，电磁活门在回位弹簧作用下，打开下通道而堵死通往大气环境的通道；电磁铁通电时，电磁铁驱动铁心顶杆向下移动，将电磁活门压在下活门座上，同时打开通往大气的人口而堵死通向调压活门的通道，阀套控制腔通过调压活门和电磁活门与大气相通，其压力被释放肩套迅速移向关闭位置，停止向系统供气[2]。
8 飞机环控系统引气分系统故障排除情况
脱开发动机，断开连接压力调节与关断活门Ｉ的电缆，量接线路。座舱温度选择器工作状态选钮在“关”、“排烟”和“冲压空气”位置，线路有２８ｖ电压，选择器工作状态选钮在“正常”位置，线路为0V，符合该活门通电关闭、断电打开的要求；同样断开连接压力调节与关断活门Ⅱ的电缆，按照检查压力调节与关断活门Ｉ相同的方法，判定压力调节与关断活门Ⅱ也符合通电关闭、断电打开的要求，因此也就排除了线路引起故障的可能。
由此判断环控系统引气中断的原因是由压力调节与关断活门Ⅱ引起的。由于该产品在故障初期就已更换，为慎重起见，将从飞机上拆下的产品与重新申领的新件仔细对照检查，发现从飞机上拆下的产品在断电时并未打开，即此更换的产品处于卡滞状态，从而导致了从发动机高腿气机引来的气源被中断，同样对首次拆下的产品进行验证，发现其也处于卡滞状态，从而确定压力调节与关断活门Ⅱ卡滞是引气中断故障的真正原因。
9 结束语
综上所述，本文对飞机环控系统引气分系统的动态特性进行了试验研究。通过地面试验装置模拟了引气压力、流量变化时系统的压力响应和温度响应。试验结果表明：引气系统的温度响应时间在10 ～30s左右，与具体的参数变化有关；压力响应时间在 1s 以内。同时，对飞机环控系统引气分系统可能发生的故障情况、故障分析以及解除措施进行介绍，希望为相关人员提供借鉴。
参考文献：
[1] 张忠州，符鹏。某型飞机环控系统引气中断故障诊断 [J]。航空维修与工程，2016（4）：87-88，共2页。
论文作者:李鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/9
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