飞机发动机二工位燃油总管试验器液压控制原理及关键技术的实现方法.pdf

第 2 0期 王野牧 等飞机发动机二工位燃油总管试验器液压控制原理及关键技术的实现方法 ‘7 7 6 q f 一 g f i ／ q h 1 0 0 ％ 式 中 q 为燃油 总管上 1 2 ／ 1 4个 喷嘴中流量最大 的 喷嘴流量； q f m rn i n 为燃油总管上 1 2 ／ 1 4个喷嘴 中流量最小 的 喷嘴流量 。 3 试验器的液压及气动控制原理 二工位燃油总管试验器的液压控制系统原理图如 图 1 所示，可实现对压力、流量和温度的精确控制。 1 一 加热 器2 、1 5 一 温 度传 感器3 一 液 位计4 一恒 温冷 却 系统5 一灏 压泵6 一 电机7 一商 糟厦 滤 油器8 一 比例 溢沉 网9 一 罾能 器 1 0 、1 2 、l 9 一 压力 表1 1 、2 0 、2 l 一 二位 二通 换 向座 阀l 3 一质 量 流量 计1 4 、l 7 一 压 力传感 器1 6 一 溢流 阀1 B 一二 位三 通 换 向阀 2 2 、2 6 、2 “7 、2 8 一二 位 五通换 向阀2 3 一 净 化排 风 装置2 4 一水 平运 动气 缸2 5 一 旋转 气缸2 争 一试件2 3 1 1 ---试件1 3 l 一 一 体化 收集 器 3 2 一 分配 器a 、b m 自制节 流 口c 一调 速接 头 图1 液压控制系统原理图 该液压系统的主要工作难点在于如何在较大范 围 气缸返 回 ，终止接油． ，用 二位 五通气 动换 向阀 2 7控 内精确的控制燃油总管入 口处的压力 ，为此采用电液 制旋 转气缸 2 5使 一体 化收 集器 翻转 ，使其 倾斜 比例溢流 阀实现对 压力 的精确连续调节 ，为增 加控制 1 1 0 ，将油液倒入下方 的接油箱 ，油液经过滤油 器 精度 和测量精度 ，采用压力控制和压力测量均分段进 流回到主油 箱。调 速接头 c可以调整气缸 的速度 ，减 行的工作方法 。图 1中阀块 1实现压 力分段 测量及压 少 冲击。 力传感器 的压 力保护，通 过换 向座阀 2 0 、2 1的切 4 报警装置 液位计 3检测油箱中液面的高 换 ] ，实现两种工件的测量要求 ；阀块 2实现压力分 度，当油箱里的油液高度低于设定值时，发出报警信 段控制及稳压控制 ，详见后面说明。该试验器有关的 号；温度传感器2和 1 5分别可检测油箱内液体的温 其他功能简要说明如下 度及测试件入口前的温度，当温度高于或低于设定值 1 加热及冷却装置具有电加热及独立制冷 时，发出报警信号。高压过滤器7具有报警功能，当 装置，主要用于恒温控制，详见后面说明。 油液中的杂质堵塞滤油器时，发出报警信号。 2 净化 排 风装 置 既可 以将 收集 仓 中的油雾4关 键技 术实 现方 法 从仓中排出，又可以将抽出的油雾分离，将气体排人4 ． 1 针对特殊介质的处理方法 空气中，将燃油回收到油箱中，净化装置采用韩国太 液压控制系统的试验介质为 R P 一 3航天煤油，其 敬公 司的定 型产 品。 在 2 0℃时的黏度约为 1 ． 2 5 m m ／ s G B ／ T 2 6 5 ，密度 3 一体 化收 集器 的移 动 ，翻转 装 置 二 位 五 为 7 7 5～ 8 3 0 k g ／ 1T I ，这种介质不 同于一般的普 通液压 通气动换向阀2 6控制水平运动气缸 2 4使一体化收集 油，其黏度很低 ，润滑特性不好，渗透力很强⋯。所 器水平移动到分配器 3 2下方收集油液，由计算机采 以为保证液压控制系统正常、准确、可靠、稳定地工 集称重传感器称重数据 ，数据采集后 ，平移水平运动 作 ，该试验器选用的泵为德国 H A WE的 D 6 0 1 1系列 7 8 机床 与液压 第 4 l 卷 R 1 3 ． 3单 排 缸 径 向 柱 塞 泵 ；液 压 阀 选 用 瑞 士 WA N D F U L H D的 B P D D M 2 2 1 0 0 - G 2 4型号 的防爆 比例 溢流 阀及 S D Y P M 2 2系 列的防爆 换 向座 阀 J 。另外 系 统 中密封选用氟橡胶 密封装 置 ；管道 、油箱采用 不锈 钢材质 。 4 ． 2压 力控制 方法 该试验器具有 压力 变化大 0 ． 0 5～1 2 MP a范 围 内连续可调 、控制及检测精度 高等特 点。为 保证压 力控制系统的测量精度 ，系统中采用两个不同量程的 压力传感器来进行压力的测量，输出高精度的压力 值 ，以作为反馈量对系统的压力进行更加精确的控 制 。将喷嘴前段压力传感器 的测量 值作 为控制 目标 ， 由闭环控制计算机调节比例溢流阀的设定值实现精确 控制。比例溢流阀8输入电压为预定值 ，当系统要求 压力在 1 ． 5 MP a以下 的时候 ，二 位二通 换 向座 阀 1 1 不带电，油液只通过节流 口a ，此时二位三通换向座 阀1 8 带电，小量程压力传感器 l 7检测喷嘴入口的压 力值，将信号反馈给计算机，经过数字 P I D调节 ，将 电信号输入回比例溢流阀8 ，构成闭环压力控制；当 系统要求压力在 1 ． 5～ 1 2 MP a的时候 ，二位二通换 向 座 阀 1 1 带 电，油液通过节流 口 a 、b 及 换 向座 阀，此 时二位三通换 向座 阀 1 8不带 电 ，使 得压力传感器 1 7 不起作用，由大量程压力传感器 1 4构成压力检测环 节 ，再与 计 算 机 及 比例 溢 流 阀 8构 成 闭 环 压 力 控 制 ，这样可使比例溢流阀工作在最佳区间，达到 最高控制精度。蓄能器 9可以起到减少系统压力脉动 的作用 。阀块 1中的溢流阀 l 6可对压力传感器 l 7起 到保护作用，不至于因压力过大将压力传感器 1 7破 坏 。同时在各个重要 的测试点上设 置压力表 ，以便于 用户对关键数据的监控与调节 。闭环压力控制方框 图如 图 2 所示 。 图2 闭环压力控制系统方框图 4 ． 3温度 控制 方法 由于油液通过液压管路及元件时会被加热 ，总管 前段温度与油箱内液体温度有一定差值，实践证明这 种变化很明显，所以，在温度控制系统中采用了两个 温度传感器2 、1 5 ，温度传感器 1 5测试试验件入口 前的温度，温度传感器 2测试油箱内液体的温度 ， 油箱 内配有加 热器 1 ，旁边配有大功率独立冷却 器 4 。 系统开始工作后，系统功率全部转化为热能，这样的 系统一般 采用 冷却 器制 冷控 温 即可 ，而不 需要 加热 器 ，但是该系统的控制精度要求高 1℃ ，按以 往的经验单独使用冷却器无法达到温控精度要求 冷却器不能频繁启动 ，所 以采用冷却器与加热器 联合工作的方式，即让冷却器一直工作，而加热功率 通过调压模块实现连续可调 ，由计算机、温度传感 器 、调压模 块 、加热器 构成 闭环 温度控 制 系统 ， 实现对油温 的精确控制。其控制方框 图如图 3所示 。 图 3 闭环温度控制系统方框图 4 ． 4流 量测 量方 法 1 总流量检测 总管流量采 用质量 流量 计 1 3 进行测量 ，由于总管流量测量 要求 范围大 1 5～ 4 5 0 k g ／ h 、精度高 ，一般流量 计很难 实现 ，为实 现这一 关键环节 ，采用德国 E H的 4通径质量流量计 。 2 喷嘴流 量检测 由于 喷嘴 系统机 械结 构及 流量测量范 围所限 ，无法采用流量计测量流量值 。最 终每个喷嘴的流量采用量杯加称重传感器的方法进行 测量，使用 1 4个量杯收集每个喷嘴喷出的油液，在 喷射前及喷射后分别测量称重传感器的称重值 ，其差 值 即为油液 的质量 ，再通 过测量 时问及密度折算成每 个喷嘴的流量值 。为保证测量精度要求 ，选用 中国航 天 空气 动 力 设 计 研究 院研 制 的 B K - 5 D 悬臂 梁 式 测 力 一 称重传感器” ，并在机械结构上对称重传感器进 行防油 防护 ，保证其测量精度及 寿命 。 5结论 1 二工 位燃 油总 管试验器 的液 压控 制原 理是 正确可行 的，完全满足飞机发动机燃油总管性能测试 要求。 2 所 选 的质量流 量计 、液 压元 件可 适用 于煤 油 的工作环境 。 3 比例溢流阀及 自制节流口联合控制压力的 方式完全可 以满足压力控 制的要求 。该测试原 理较大 程度地提高 了闭环压力控制精度 。 4 二工位燃 油总 管试验 器使燃 油总 管 的测试 效率大为提高，增加了设备利用率。 参考文献 【 1 】张宝成． 航天发动机试验和测试技术[ M] ． 北京 北京航 空航天大学 出版社 ， 2 0 0 5 【 2 】 张利平． 液压阀原理、 使用与维护[ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． 【 3 】 张和平． 液压气动系统设计手册[ M] ． 北京 机械工业出 版社 ， 1 9 7 7 ． 【 4 】周恩涛． 液压系统设计元器件选型手册[ M] ． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 7 ． 【 5 】吴根茂， 邱敏秀， 王庆丰， 等． 新编实用电液 比例技术 [ M] ． 杭州 浙江大学出版社， 2 0 0 9 ． 【 6 】杨叔子， 杨克冲． 机械工程控制基础[ M] ． 武汉 华中科 技大学 出版社 ， 2 0 0 4 ． 【 7 】姜继海． 液压传动[ M] ． 北京 科学出版社， 2 0 0 6 ． 【 8 】 张利平． 液压控制系统及设计[ M] ． 北京 化学工业出版 社 ． 2 0 0 6 ．