飞机燃油泵综合性能退化试验台

摘要

本发明提出一种飞机燃油泵综合性能退化试验台，用于获得刻画燃油泵退化规律的退化数据。本发明通过储油箱、测试油箱、测试泵、电磁阀和管路，形成闭环回路，模拟飞机燃油泵注油循环过程。电源模块采用程控电源改变电源输出电压施加电应力载荷，程控电源能够实现软启动，软停止。远程操作面板通过线缆与测试台本地的控制箱连接，可以远程操作面板上实现自动注油、手动注油和回油操作，也可在面板上查看当前油量、累计油量，还可通过本操作面板设置脉冲当量和清除油量数据。根据试验中采集的退化数据绘制压力信号和温度信号的退化曲线能够反映机载燃油泵的退化规律，可用于机载燃油泵的寿命预测。

说明书

技术领域

本发明涉及飞机燃油泵的性能退化试验和寿命预测技术，具体涉及飞机燃油泵的综合性能退化试验平台。

背景技术

机载燃油泵是飞机燃油系统的重要组成部分，其性能直接影响着飞机的飞行安全和作战任务的完成。机载燃油泵在实际工作中长期受到振动、过载、高低温转换、油液侵蚀等环境应力的影响，其性能和健康状态会出现缓慢的退化，导致燃油泵发生轴承磨损、结构裂纹、密封圈老化等退化型故障，给飞机的飞行安全带来了极大的安全隐患，因此研究机载燃油泵性能退化和寿命预测，对于飞机燃油系统的健康管理具有非常重要的意义。

传统的寿命预测方法是建立在大量寿命数据的基础上，而机载燃油泵是一种高可靠、长寿命的产品，其性能退化和寿命预测的局限在于，一方面，飞机燃油泵在其工作环境中退化过程缓慢，在相当长的测量周期内，退化量的微小变化可能都比不上测量误差，同时燃油泵无法进行大量的寿命退化试验，导致缺乏有效的飞机燃油泵失效寿命数据。

在现有技术中，国内外对于燃油泵试验台的研究主要集中在性能检测，测量被试燃油泵电源、电流、以及流量等基本性能参数，根据测试参数检验燃油泵的性能。然而，以性能测试为目的的测试设备测试内容简单，主要用于修理后或装机前对泵进行性能检测验收，这种测试设备无法实现燃油泵性能退化试验要求。为了获取燃油泵退化规律的退化数据，从而推断燃油泵的寿命和可靠性特征，需要设计一种飞机燃油泵性能退化综合试验台。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种飞机燃油泵综合性能退化试验台，采用电应力作为主要环境应力，通过施加电应力载荷，加速飞机燃油泵的性能退化。飞机燃油泵的主要失效形式是流量和压力不足，监测飞机燃油泵的出口压力信号和流量信号能够表征燃油泵的退化状态，但是飞机燃油泵壳体的振动信号以及温度信号中也包含了丰富的性能退化信息，所以本发明提出的试验台模拟飞机燃油泵注油循环过程，采集飞机燃油泵出口压力、壳体振动信号、温度信号、电压和电流信号，从而实现电应力载荷下的燃油泵性能退化试验。

本发明的技术方案为：

所述一种飞机燃油泵综合性能退化试验台，其特征在于：包括测试泵、燃油系统、程控电源、传感器系统、信号采集系统和控制操作显示系统；

所述燃油系统包括储油箱、测试油箱、电磁阀、单向阀和管路；储油箱出油口通过电磁阀连接测试油箱的输入管路；测试泵安装有测试油箱内；测试油箱的输出管路通过单向阀连接到储油箱的注油口，形成闭环回路，模拟飞机燃油泵注油循环过程；

所述程控电源向电磁阀、测试泵、传感器系统供电；

所述传感器系统包括两个振动传感器、一个温度传感器、一个压力传感器和高精度管道流量计；两个振动传感器分别安装在测试泵电机壳顶盖中心和测试泵电机壳侧壁上；温度传感器浸入在测试油箱内燃油中，并与测试泵电机壳侧壁贴合；压力传感器通过转接管安装在测试油箱输出管路上，位于测试油箱出口与单向阀之间；高精度管道流量计安装在测试油箱输出管路中，位于压力传感器与单向阀之间；

所述信号采集系统采集压力传感器输出的出口压力信号、振动传感器输出的加速度信号、温度传感器输出的温度信号、管道流量计输出的流量信号、程控电源中向测试泵电机提供的电压信号和电流信号；

所述控制操作显示系统接收信号采集系统采集的信号并进行显示，且控制操作显示系统向程控电源发出控制信号，控制程控电源按照设定的电应力循环曲线向测试泵电机的输出电压以施加电应力载荷。

进一步的优选方案，所述一种飞机燃油泵综合性能退化试验台，其特征在于：所述控制操作显示系统包括通过线缆电信号连接的远程操作面板和测试台本地控制箱；通过远程操作面板能够向测试台本地控制箱发出指令信号，并将测试台本地控制箱发出的传感器信号进行显示。

进一步的优选方案，所述一种飞机燃油泵综合性能退化试验台，其特征在于：测试台本地控制箱还控制电磁阀、单向阀；通过远程操作面板向测试台本地控制箱发出指令，能够实现自动注油、手动注油和回油操作。

进一步的优选方案，所述一种飞机燃油泵综合性能退化试验台，其特征在于：储油箱中还安装有液位计，液位计采集液位信息并发送给信号采集系统。

进一步的优选方案，所述一种飞机燃油泵综合性能退化试验台，其特征在于：电应力循环曲线的一个周期为：先向测试泵电机持续输出122V高电压2.5小时，再向测试泵电机持续输出115V标称电压5小时，最后向测试泵电机持续输出105V低电压2.5小时。

有益效果

本发明提出一种飞机燃油泵综合性能退化试验台，用于获得刻画燃油泵退化规律的退化数据。本发明通过储油箱、测试油箱、测试泵、电磁阀和管路，形成闭环回路，模拟飞机燃油泵注油循环过程。电源模块采用程控电源改变电源输出电压施加电应力载荷，程控电源能够实现软启动，软停止。远程操作面板通过线缆与测试台本地的控制箱连接，可以远程操作面板上实现自动注油、手动注油和回油操作，也可在面板上查看当前油量、累计油量，还可通过本操作面板设置脉冲当量和清除油量数据。根据试验中采集的退化数据绘制压力信号和温度信号的退化曲线能够反映机载燃油泵的退化规律，可用于机载燃油泵的寿命预测。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：试验台整体方案图；

图2：试验装置的软硬件结构布局示意图；

图3：注油系统操作界面；

图4：注油系统设置界面；

图5：数据采集框图；

图6：试验剖面；

图7：温度退化曲线；

图8：出口压力退化曲线。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的目的是针对飞机燃油泵的退化过程分析及寿命预测需要而提出的。目前对飞机燃油泵性能退化实验的研究文献较为少见，在同类产品中航空液压泵通常选用转速和油液污染度作为敏感应力，但燃油泵增大转速会导致泵工作点偏移较大，产生空化现象，转速不适合作为敏感应力；航空液压泵的油液循环率高，磨粒残留较多，而燃油泵的油液只有部分油路循环，磨粒少，清洁度较好，油液污染度不适合作为敏感应力，所以航空液压泵的方法不适合用于燃油泵。为此，本发明通过分析，确定电应力作为实验应力，并提出了一套飞机燃油泵综合性能退化试验台。

试验台包括测试泵、燃油系统、程控电源、传感器系统、信号采集系统和控制操作显示系统。

所述燃油系统包括储油箱、测试油箱、电磁阀、单向阀和管路；储油箱出油口通过电磁阀连接测试油箱的输入管路；测试泵安装有测试油箱内；测试油箱的输出管路通过单向阀连接到储油箱的注油口，形成闭环回路，模拟飞机燃油泵注油循环过程。

所述程控电源向电磁阀、测试泵、传感器系统供电；并通过程控电源改变向测试泵电机的输出电压以施加电应力载荷。

本实施例中的程控电源采用微机控制，体积小，重量轻，程控实现软启动，软停止，可以提供稳定的电压和电流。程控电源参数如表1所示。

表1程控电源参数

所述传感器系统包括两个振动传感器、一个温度传感器、一个压力传感器、高精度管道流量计以及液位计；两个振动传感器分别安装在测试泵电机壳顶盖中心和测试泵电机壳侧壁上；温度传感器浸入在测试油箱内燃油中，并与测试泵电机壳侧壁贴合；压力传感器通过转接管安装在测试油箱输出管路上，位于测试油箱出口与单向阀之间，距测试油箱出口60cm-80cm；高精度管道流量计安装在测试油箱输出管路中，位于压力传感器与单向阀之间，用于检测流速和流量；液位计采集储油箱液位信息。

所述信号采集系统用于采集和处理传感器的实时信号，包括采集压力传感器输出的出口压力信号、振动传感器输出的加速度信号、温度传感器输出的温度信号、管道流量计输出的流量信号、程控电源中向测试泵电机提供的电压信号和电流信号，以及液位计输出信号。本实施例中选用8通道的数据采集仪进行数据的并行采集，数据采集装置的参数如下表所示。

表2数据采集装置参数

通道数：8通道位数24位ADC与DAC转换通道精度0.001％动态范围110dB接口规范：BNC接口采样频率：192KHz

试验中将所有传感器信号采用统一的数据采集设备进行采集、存储，保证了不同传感器信号采集的同步性，便于后期的分析与处理。

所述控制操作显示系统接收信号采集系统采集的信号并进行显示，包括通过线缆电信号连接的远程操作面板和测试台本地控制箱；通过远程操作面板能够向测试台本地控制箱发出指令信号，并将测试台本地控制箱发出的传感器信号进行显示。

在远程操作面板能够查看流量信号、压力信号、电压信号、累计流量和运行时间等，也能够通过操作面板设置脉冲当量和清除油量数据。操作面板使用人机交互综合显示、查看数据、操作、参数修改，报警指示，可对压力、液位上限进行报警；设置有电源和操作按钮，并在紧急情况下急停。

而且测试台本地控制箱还控制电磁阀、单向阀；通过远程操作面板向测试台本地控制箱发出指令，能够实现自动注油、手动注油和回油操作。

测试台本地控制箱还控制电磁阀、单向阀；通过远程操作面板向测试台本地控制箱发出指令，能够实现自动注油、手动注油和回油操作。

1)开机进入系统时，有短暂的欢迎界面，约20秒左右进入操作界面。

2)自动注油：按下“手自动切换”，切换到自动模式；按下“注油开关”，变为绿色；此时系统会根据液位计上下线开关进行自动注油，注油过程中检测油量。

3)手动注油：按下“手自动切换”，切换到手动模式；按下“注油开关”，变为绿色，测试泵电机启动开始注油，注油过程中检测油量且受液位仪上限开关限制。按下“注油开关”，变为灰色，停止注油。

4)回油：按下“回油开关”，变为绿色，启动电机进行回油，回油过程中不检测油量。

5)设置：在待机情况下(不进行注油、回油操作)，按下设置进入设置界面，在此可以设置脉冲当量，不用修改，若修改，输入数值，按下确认即可。在本界面按下“清除油量数据”，即可清除油量数据，数据不可恢复，慎重操作。

6)在进行注油操作时，不可进行设置，设置按钮消失，待机时，设置按钮显示。

7)操作面板上电源按钮是起到开关电控柜控制系统电源，接线为AC220V，需要注意安全。

8)操作面板上急停开关是急停电机的。

通过上述试验台能够对燃油泵性能退化过程中的状态信息和性能退化数据的全面、实时采集，从而实现电应力载荷下的燃油泵性能退化试验。那么具体的电应力循环曲线是在产品正常工作时的应力水平与产品在该应力下的工作极限之间选取，根据可靠性鉴定与验收实验(GJB899A-2009)关于直升机电应力的规定确定机载燃油泵标称电压为115V，高电压为122V，低电压为105V。如图6所示，电应力循环曲线的一个周期为：先向测试泵电机持续输出122V高电压2.5小时，再向测试泵电机持续输出115V标称电压5小时，最后向测试泵电机持续输出105V低电压2.5小时。

由于电机故障是该型燃油泵最主要的故障模式，会引起出口压力不足、电机振动剧烈，有异常温升，所以通过检测出口压力、振动和温度三个参数来反映燃油泵性能。根据采集的退化数据绘制压力信号和温度信号的退化曲线如图7和图8所示。该退化曲线确实反映了机载燃油泵的退化规律，有利于寿命预测。

本发明与现有技术相比，克服了燃油泵寿命实验只记录失效时间，忽略产品性能变化情况等不足，通过退化实验能够获得刻画燃油泵退化规律的退化数据，从而推断燃油泵的寿命和可靠性特征。经过对本发明进行的实验检验，实验结果良好。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。