本發(fā)明涉及飛機結(jié)構(gòu)強度測試，尤其涉及一種氣壓載荷加載控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、飛機結(jié)構(gòu)強度試驗是目前國內(nèi)外新機研制和改型的重要一環(huán)，是決定新研飛機能否試飛和設(shè)計定型的先決條件之一。通過結(jié)構(gòu)強度試驗，可以優(yōu)化載荷計算和結(jié)構(gòu)分析，使設(shè)計安全系數(shù)趨于合理，提高結(jié)構(gòu)承載能力或減輕結(jié)構(gòu)重量，為結(jié)構(gòu)改型、改進(jìn)提供數(shù)據(jù)和依據(jù)。根據(jù)結(jié)構(gòu)強度試驗規(guī)范要求，在飛機結(jié)構(gòu)強度地面驗證試驗中，為了準(zhǔn)確模擬飛機飛行過程中真實受載情況，除了對結(jié)構(gòu)施加力載荷外，還需對飛機的油箱、進(jìn)氣道、座艙等施加氣壓重復(fù)載荷，驗證飛機結(jié)構(gòu)強度是否滿足設(shè)計要求，為飛機定壽、設(shè)計改進(jìn)改型提供依據(jù)。

2、傳統(tǒng)飛機結(jié)構(gòu)強度試驗中，尤其是長周期飛機全機疲勞試驗過程中，常常采用將飛機油箱、座艙、進(jìn)氣道的壓力在試驗前直接充壓或抽負(fù)壓到最終目標(biāo)值，然后再按照試驗譜逐級施加力載荷，這種試驗方法獲得的試驗數(shù)據(jù)與飛機飛行過程中結(jié)構(gòu)的真實受載有較大偏差，影響飛機結(jié)構(gòu)受力分析和指導(dǎo)設(shè)計改進(jìn)優(yōu)化。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決飛機結(jié)構(gòu)強度試驗中油箱、座艙等密封容器及進(jìn)氣道的逐級同步協(xié)調(diào)充正壓和抽負(fù)壓的工程難題，準(zhǔn)確模擬飛機工作過程中結(jié)構(gòu)受氣壓重復(fù)載荷的真實狀態(tài)，本發(fā)明專利提供一種氣壓載荷加載控制系統(tǒng)及方法。該氣壓加載控制系統(tǒng)采用電氣比例閥、氣壓傳感器作為主要伺服控制器件，與控制器組成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)同時對多個試驗件進(jìn)行同步協(xié)調(diào)充正壓和抽負(fù)壓的精確控制，提高試驗氣壓載荷控制精度，真實模擬試驗件在不同工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)受載情況。

2、具體通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)上述目的：

3、一種氣壓載荷加載控制系統(tǒng)，包括控制器、正壓控制系統(tǒng)和負(fù)壓控制系統(tǒng)；所述正壓控制系統(tǒng)包括氣源系統(tǒng)和n個正壓控制通道，其中n≥1；所有正壓控制通道分別與氣源系統(tǒng)導(dǎo)通連接，所有正壓控制通道分別與控制器通信連接；所述負(fù)壓控制系統(tǒng)包括真空泵系統(tǒng)和m個負(fù)壓控制通道，其中m≥1；所有負(fù)壓控制通道分別與真空泵系統(tǒng)導(dǎo)通連接，所有負(fù)壓控制通道分別與控制器通信連接。

4、優(yōu)選的，所述氣源系統(tǒng)包括高壓氣源通道、低壓氣源通道和分氣排，分氣排設(shè)置有一個進(jìn)氣口和n個與正壓控制通道一一對應(yīng)的出氣口。所述高壓氣源通道包括沿正向依次接入的高壓過濾器、高壓氣排、高壓減壓閥ⅰ、高壓減壓閥ⅱ和單向閥ⅰ，高壓氣排上連接有高壓氣壓表。所述低壓氣源通道包括沿正向依次接入的低壓過濾器、低壓氣排、油霧分離器ⅰ、水滴分離器ⅰ、空氣過濾器ⅰ和干燥器，低壓氣排上連接有低壓氣壓表。所述單向閥ⅰ的輸出端接入低壓氣排，干燥器的輸出端接入分氣排的進(jìn)氣口。

5、優(yōu)選的，所述正壓控制通道包括沿正向依次接入的手動截止閥ⅰ、二位三通電磁閥ⅰ、電氣比例閥ⅰ、正向?qū)ㄖ贰踩y、常開電磁閥ⅰ、氣壓表和氣壓傳感器，正向?qū)ㄖ返膬啥瞬⒙?lián)有反向?qū)ㄖ罚欢蝗姶砰yⅰ、電氣比例閥ⅰ、常開電磁閥ⅰ和氣壓傳感器分別與控制器通信連接。

6、優(yōu)選的，所述反向?qū)ㄖ分醒胤聪蛞来谓尤胗锌諝膺^濾器ⅱ、水滴分離器ⅱ、油霧分離器ⅱ和單向閥ⅱ。

7、優(yōu)選的，所述正向?qū)ㄖ分姓蚪尤胗袉蜗蜷yⅲ。

8、優(yōu)選的，所述真空泵系統(tǒng)包括導(dǎo)通連接的真空泵裝置和真空罐，且真空泵裝置與真空罐之間接入有手動截止閥ⅱ，真空罐設(shè)置有m個與負(fù)壓控制通道一一對應(yīng)的連接口。

9、優(yōu)選的，所述負(fù)壓控制通道包括沿反向依次接入的負(fù)壓傳感器、真空壓力表、真空常開電磁閥ⅱ、真空過濾器、水滴分離器ⅲ、油霧分離器ⅲ、電氣比例閥ⅱ和真空二位三通電磁閥ⅱ；負(fù)壓傳感器、真空常開電磁閥ⅱ、電氣比例閥ⅱ和真空二位三通電磁閥ⅱ分別與控制器通信連接。

10、一種氣壓載荷加載控制方法，采用了上述一種氣壓載荷加載控制系統(tǒng)，包括高壓氣源供氣模式和低壓氣源供氣模式。

11、所述高壓氣源供氣模式包括以下步驟：

12、s11，根據(jù)試驗任務(wù)中試驗件的數(shù)量，確定所需正壓控制通道的數(shù)量，并將試驗件一一對應(yīng)接入到相應(yīng)的正壓控制通道中；

13、s12，針對每單個試驗件，氣源系統(tǒng)產(chǎn)生氣源以后，氣源依次流過正壓控制通道中的手動截止閥ⅰ和二位三通電磁閥ⅰ后，到達(dá)電氣比例閥?。?/p>

14、s13，?電氣比例閥ⅰ按控制器輸入命令做pid閉環(huán)控制，控制輸出符合試驗要求壓力的氣流；

15、s14，經(jīng)過pid閉環(huán)控制的氣流依次流經(jīng)正壓控制通道中的正向?qū)ㄖ?、安全閥、常開電磁閥ⅰ和氣壓表后，最終到達(dá)氣壓傳感器和試驗件；

16、s15，氣壓傳感器實時將測量到的試驗件內(nèi)氣壓值反饋至控制器做pid閉環(huán)控制；

17、s16，控制器判試驗件內(nèi)氣壓壓力超過控制命令值；若否，則繼續(xù)保持當(dāng)前供氣狀態(tài)，并回到步驟s15；若是，則進(jìn)入步驟s17；

18、s17，控制器控制試驗件內(nèi)氣體依次流經(jīng)氣壓表、常開電磁閥ⅰ和安全閥后，經(jīng)反向?qū)ㄖ坊氐诫姎獗壤yⅰ，從電氣比例閥ⅰ的旁路通入大氣，使得試驗件內(nèi)壓力值與控制命令值間的誤差在試驗控制精度要求范圍內(nèi)。

19、所述低壓氣源供氣模式包括以下步驟：

20、s21，根據(jù)試驗任務(wù)中試驗件的數(shù)量，確定所需負(fù)壓控制通道的數(shù)量，并將試驗件一一對應(yīng)接入到相應(yīng)的負(fù)壓控制通道中；

21、s22，針對每單個試驗件，負(fù)壓控制系統(tǒng)產(chǎn)生真空源以后，試驗件中的空氣依次流經(jīng)負(fù)壓控制通道中的真空壓力表、真空常開電磁閥ⅱ、真空過濾器、水滴分離器ⅲ和油霧分離器ⅲ后，到達(dá)電氣比例閥ⅱ；

22、s23，?負(fù)壓傳感器實時將測量到的試驗件內(nèi)真空度值反饋至控制器做pid閉環(huán)控；

23、s24，電氣比例閥ⅱ按控制器輸入命令做pid閉環(huán)控制，控制流經(jīng)電氣比例閥ⅱ的空氣量，經(jīng)過pid閉環(huán)控制的空氣最終經(jīng)過真空二位三通電磁閥ⅱ流入負(fù)壓控制系統(tǒng)中，使得試驗件內(nèi)真空度與控制命令值間的誤差在試驗控制精度要求范圍內(nèi)。

24、本發(fā)明所帶來的有益的技術(shù)效果：

25、1）本技術(shù)方案公開的一種氣壓載荷加載控制系統(tǒng)，只需根據(jù)需要設(shè)置正壓控制通道和負(fù)壓控制通道的數(shù)量，便可同時滿足多個試驗件的充壓實驗控制要求以及多個試驗件的抽壓實驗控制要求，且整個控制過程只需融入pid閉環(huán)控制技術(shù)，便可通過控制器實現(xiàn)便利、安全可靠的智能控制。

26、2）本技術(shù)方案公開的一種氣壓載荷加載控制系方法，基于了本技術(shù)方案的一種氣壓載荷加載控制系統(tǒng)，采用電氣比例閥ⅰ/ⅱ（和氣/負(fù)壓傳感器作為主要伺服控制器件，與控制器組成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)同時對多個試驗件進(jìn)行同步協(xié)調(diào)充正壓和抽負(fù)壓的精確控制，提高試驗氣壓載荷控制精度，真實模擬試驗件在不同工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)受載情況。

技術(shù)特征：

1.一種氣壓載荷加載控制系統(tǒng)，其特征在于：包括控制器（1）、正壓控制系統(tǒng)和負(fù)壓控制系統(tǒng)；

2.如權(quán)利要求1所述一種氣壓載荷加載控制系統(tǒng)，其特征在于：所述氣源系統(tǒng)（2）包括高壓氣源通道、低壓氣源通道和分氣排（3），分氣排（3）設(shè)置有一個進(jìn)氣口和n個與正壓控制通道（17）一一對應(yīng)的出氣口；

3.如權(quán)利要求1所述一種氣壓載荷加載控制系統(tǒng)，其特征在于：所述正壓控制通道（17）包括沿正向依次接入的手動截止閥ⅰ（18）、二位三通電磁閥?。?9）、電氣比例閥ⅰ（20）、正向?qū)ㄖ?、安全閥（22）、常開電磁閥ⅰ（23）、氣壓表（24）和氣壓傳感器（25），正向?qū)ㄖ返膬啥瞬⒙?lián)有反向?qū)ㄖ?；二位三通電磁閥?。?9）、電氣比例閥?。?0）、常開電磁閥?。?3）和氣壓傳感器（25）分別與控制器（1）通信連接。

4.如權(quán)利要求3所述一種氣壓載荷加載控制系統(tǒng)，其特征在于：所述反向?qū)ㄖ分醒胤聪蛞来谓尤胗锌諝膺^濾器ⅱ（26）、水滴分離器ⅱ（27）、油霧分離器ⅱ（28）和單向閥ⅱ（29）。

5.如權(quán)利要求3所述一種氣壓載荷加載控制系統(tǒng)，其特征在于：所述正向?qū)ㄖ分姓蚪尤胗袉蜗蜷yⅲ（21）。

6.如權(quán)利要求1所述一種氣壓載荷加載控制系統(tǒng)，其特征在于：所述真空泵系統(tǒng)（30）包括導(dǎo)通連接的真空泵裝置（31）和真空罐（32），且真空泵裝置（31）與真空罐（32）之間接入有手動截止閥ⅱ（33），真空罐（32）設(shè)置有m個與負(fù)壓控制通道（34）一一對應(yīng)的連接口。

7.如權(quán)利要求1所述一種氣壓載荷加載控制系統(tǒng)，其特征在于：所述負(fù)壓控制通道（34）包括沿反向依次接入的負(fù)壓傳感器（35）、真空壓力表（36）、真空常開電磁閥ⅱ（37）、真空過濾器（38）、水滴分離器ⅲ（39）、油霧分離器ⅲ（40）、電氣比例閥ⅱ（41）和真空二位三通電磁閥ⅱ（42）；負(fù)壓傳感器（35）、真空常開電磁閥ⅱ（37）、電氣比例閥ⅱ（41）和真空二位三通電磁閥ⅱ（42）分別與控制器（1）通信連接。

8.一種氣壓載荷加載控制方法，其特征在于，采用了如權(quán)利要求1~7任一所述一種氣壓載荷加載控制系統(tǒng)，包括高壓氣源供氣模式和低壓氣源供氣模式；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及飛機結(jié)構(gòu)強度測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氣壓載荷加載控制系統(tǒng)及方法，其系統(tǒng)包括控制器、正壓控制系統(tǒng)和負(fù)壓控制系統(tǒng)。正壓控制系統(tǒng)包括氣源系統(tǒng)和n個正壓控制通道；所有正壓控制通道分別與氣源系統(tǒng)導(dǎo)通連接，所有正壓控制通道分別與控制器通信連接；負(fù)壓控制系統(tǒng)包括真空泵系統(tǒng)和m個負(fù)壓控制通道；所有負(fù)壓控制通道分別與真空泵系統(tǒng)導(dǎo)通連接，所有負(fù)壓控制通道分別與控制器通信連接。本技術(shù)方案只需根據(jù)需要設(shè)置正壓控制通道和負(fù)壓控制通道的數(shù)量，便可同時滿足多個試驗件的充壓實驗控制要求以及多個試驗件的抽壓實驗控制要求，且整個控制過程只需融入PID閉環(huán)控制技術(shù)，便可通過控制器實現(xiàn)便利、安全可靠的智能控制。

技術(shù)研發(fā)人員：周佳瑜,何錕,劉暢,劉迪威,賈琪
受保護的技術(shù)使用者：成都飛機工業(yè)（集團）有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24