飞机高温环境测试用热空气置换系统及其置换方法与流程

1.本发明涉及飞机测试技术领域，具体涉及飞机高温环境测试用热空气置换系统及其置换方法。


背景技术：

2.飞机高温环境测试是以一架可飞行的全状态飞机为研究对象，在实验室内模拟极端高温环境，考核飞机高温环境适应性能力，同时获取其地面保障设备耐高温环境极限能力信息，并根据研制要求、失效判据及试验数据对飞机高温环境适应性进行综合评价，确定飞机高温环境适应性能力是否满足设计要求，以便及时发现飞机与高温气候环境相关的飞行安全缺陷，为飞机的设计优化与工艺改进提供技术支持，从而有效降低飞机试飞风险，提高试飞效率，缩短试飞周期。
3.飞机高温环境测试时需要利用数据采集系统进行试验参数的采集，而飞机气候实验室数据采集系统置于试验厂房内，通过测试光纤将采集到的温湿度等各种测量参数传输至控制室实现对试验场环境状态和试验件状态的检测与管理；为保证数据采集系统在任何试验条件下能正常运行，特将其安装于保温箱内，保证在-55℃～ 74℃、95rh％试验环境下，保温箱内温度能够始终维持在25
±
5℃范围内，保证数据采集系统的正常工作环境。经过三十多年发展，国内在保温箱研制方面的技术已非常成熟，但是保温箱的工作环境基本都是常温环境，鉴于现有压缩机制冷能力有限，惯用的压缩制冷方式并不能实现＞50℃高温环境下给保温箱内降温的目的，导致保温箱内温度调节失效。


技术实现要素：

4.针对上述存在的技术问题，本发明提供了飞机高温环境测试用热空气置换系统及其置换方法。
5.本发明的技术方案为：飞机高温环境测试用热空气置换系统，包括进气组件、保温箱、排气组件和plc控制器；进气组件包括空压机、冻干机和空气过滤器；空压机、冻干机和空气过滤器之间依次通过管道连接；空气过滤器包括筒体、活动卡接在筒体内部靠上位置的过滤网以及用于对过滤网上沉积的杂质进行清理的清理组件；保温箱内部设置有温度传感器，保温箱底部设置有支脚，保温箱外壁上通过接头架设置有快速接头，快速接头一端通过导管与筒体侧壁靠下位置连接，另一端贯穿保温箱，且设置有节流阀；排气组件包括排气管、活动阀芯、推动板和气动推杆；排气管贯穿保温箱的底部，保温箱内部与排气管位置对应处设置有限位架，限位架与保温箱内底部之间设置有导向滑杆；活动阀芯滑动卡接在排气管内部上端，活动阀芯内部中空，且活动阀芯侧壁上设置有排气槽，活动阀芯上端设置有压盘，压盘滑动套设在导向滑杆上，压盘与限位架内顶部之间设置有压缩弹簧，推动板滑动卡接在保温箱底部内侧，推动板一端贯穿排气管，且与活动阀芯底部抵接；气动推杆设置在保温箱底部内侧，气动推杆的伸缩端与推动板下端面抵接，保温
箱底部设置有为气动推杆提供动力的电动缸；plc控制器分别与空压机、冻干机、温度传感器、清理组件、节流阀和电动缸电性连接。
6.进一步地，清理组件包括升降电机、旋转电机、旋转套和收集盒；筒体内部从上至下依次卡接有第一卡盘和第二卡盘，第一卡盘上水平均匀分布有数个缓冲杆，各个缓冲杆上均套设有缓冲弹簧，过滤网呈碗状结构，过滤网由数个弧形瓣拼接而成，弧形瓣的数量与缓冲杆的数量对应一致，各个弧形瓣的上端均套设在缓冲杆上，且分别与缓冲弹簧一一对应抵接，各个弧形瓣的下端分别与第二卡盘活动铰接，各个弧形瓣的外壁上均设置有振动槽，振动槽内部设置有弧形振动凸起，收集盒通过升降座滑动卡接在第二卡盘上，升降电机设置在筒体外部顶端，升降电机的输出轴上设置有贯穿筒体且与升降座螺纹连接的升降丝杠；旋转套转动卡接在第二卡盘上，且位于过滤网的外侧，旋转套的内壁上对称设置有两个振动凸轮，振动凸轮能够与弧形振动凸起抵接，旋转电机设置在第二卡盘上，旋转电机为旋转套提供动力，升降电机、旋转电机分别与plc控制器电性连接，使用过程中，利用旋转电机带动旋转套旋转，从而使两个振动凸轮不断撞击各个弧形振动凸起，并最终使各个弧形瓣在缓冲杆上往复振动，弧形瓣上沉积的污染物下落至收集盒内部进行收集，从而提高了空气过滤器的持续使用效果。
7.进一步地，收集盒与升降座之间螺纹连接，收集盒的内壁上滑动卡接有辅助收集套，辅助收集套与收集盒连接处设置有压缩弹簧；筒体的侧壁上设置有清理门；螺纹连接的收集盒，便于对收集盒内部收集的污染物进行清理转移；通过设置辅助收集套，有利于提高收集盒的收集效果。
8.进一步地，排气管设置有4个，4个排气管分别设置在保温箱底部四角位置；推动板、气动推杆的数量与排气管的数量对应一致；通过在保温箱底部四角位置设置排气管，使得排气管能够围绕保温箱内部的数据采集机柜进行排气，从而提高了保温箱内部热空气置换的有效性。
9.进一步地，各个排气管的出口端均设置有消声器；通过设置消声器，能够有效降低排气管排气时产生的气流噪声，从而避免了保温箱内部热空气置换时噪声污染的产生。
10.进一步地，保温箱底部设置有转换电机，转换电机的输出轴上设置有转换盘，转换盘位于保温箱底部内侧，转换盘上间隔设置有与排气管数量对应一致的滑动条，各个滑动条的长度沿顺时针方向依次减小，各个滑动条上均套设有复位弹簧，各个推动板均通过滑块一一对应套设在各个滑动条上，且推动板与滑块之间滑动卡接，转换电机与plc控制器电性连接，利用转换电机带动各个推动板依次旋转至与活动阀芯对应位置，从而实现活动阀芯开启个数的调节，保证保温箱内部热空气置换的高效进行。
11.进一步地，进气组件和快速接头均设置有两个；通过设置两组进气组件，避免其中一组进气组件发生故障而对数据采集工作产生影响，从而提高了本发明的可靠性。
12.进一步地，压盘下端面设置有密封圈，保温箱内底部与密封圈位置对应处设置有密封槽；通过设置密封圈和密封槽，有利于提高压盘与保温箱之间的气密性。
13.进一步地，快速接头与接头架转动卡接，能够避免管道缠绕时影响进气流量。
14.本发明还提供了飞机高温环境测试用热空气置换方法，包括以下步骤：s1、分别将空压机、冻干机、节流阀和电动缸与外部电源连接；
s2、利用温度传感器监测保温箱内部温度，当保温箱内部温度高于25℃时，利用plc控制器控制空压机、冻干机和节流阀开启，外部气源首先通过空压机加压，然后通过冻干机降温，最后通过筒体内部的过滤网过滤处理后，通过快速接头进入保温箱内部；s3、利用plc控制器控制电动缸启动，利用气动推杆将推动板向上顶起，活动阀芯在推动板的推动作用下沿排气管向上移动，活动阀芯上的排气槽与保温箱内部导通，保温箱内部气体通过排气管排出，完成保温箱内部热空气的置换。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几点：第一、本发明的飞机高温环境测试用热空气置换系统结构设计合理，自动化程度高，能够实现保温箱内温度高于25℃时热空气的自动置换，从而保证了数据采集系统的可靠运行，为飞机高温环境测试提供了可靠的技术支撑；第二、本发明的飞机高温环境测试用热空气置换系统采用实验室内压缩空气作为气源，方便快捷，同时也降低了热空气置换系统的运行成本，具有较强的实用性；第三、本发明在热空气置换过程中，利用空气过滤器对压缩后的冷空气进行过滤净化处理，能够降低空气中杂质堵塞管道的风险，同时也减小了空气中杂质对数据采集系统的干扰因素，有利于提高热空气置换系统的运行稳定性和可靠性。
附图说明
16.图1是本发明的热空气置换方法流程图；图2是本发明实施例1的结构示意图；图3是本发明的热空气置换系统的俯视图；图4是本发明的空气过滤器的结构示意图；图5是本发明的过滤网与筒体的连接示意图；图6是本发明的旋转套与过滤网的连接示意图；图7是本发明的排气组件与保温箱的连接示意图；图8是本发明图7中a处的局部放大示意图；图9是本发明的排气管在保温箱内部的分布图；图10是本发明图9中b处的局部放大示意图；图11是本发明的推动板与转换盘的连接示意图；其中，1-进气组件、2-空压机、3-冻干机、4-空气过滤器、40-筒体、400-清理门、41-过滤网、410-弧形瓣、411-振动槽、4110-弧形振动凸起、42-清理组件、420-升降电机、4200-升降丝杠、421-旋转电机、422-旋转套、4220-振动凸轮、423-收集盒、4230-升降座、4231-辅助收集套、43-第一卡盘、430-缓冲杆、431-缓冲弹簧、44-第二卡盘、5-保温箱、50-支脚、51-接头架、52-快速接头、53-节流阀、6-排气组件、60-排气管、61-活动阀芯、610-压盘、6100-密封圈、611-压缩弹簧、62-推动板、620-滑块、63-限位架、630-导向滑杆、64-气动推杆、640-电动缸、65-消声器、66-转换电机、660-转换盘、661-滑动条、662-复位弹簧。
具体实施方式
17.实施例1如图2、4所示的飞机高温环境测试用热空气置换系统，包括进气组件1、保温箱5、
排气组件6和plc控制器；进气组件1包括空压机2、冻干机3和空气过滤器4；空压机2、冻干机3和空气过滤器4之间依次通过管道连接；空气过滤器4包括筒体40、活动卡接在筒体40内部靠上位置的过滤网41以及用于对过滤网41上沉积的杂质进行清理的清理组件42；如图2所示，保温箱5内部设置有温度传感器，保温箱5底部设置有支脚50，保温箱5外壁上通过接头架51设置有快速接头52，快速接头52一端通过导管与筒体40侧壁靠下位置连接，另一端贯穿保温箱5，且设置有节流阀53；如图2、7、8所示，排气组件6包括排气管60、活动阀芯61、推动板62和气动推杆64；排气管60贯穿保温箱5的底部，保温箱5内部与排气管60位置对应处设置有限位架63，限位架63与保温箱5内底部之间设置有导向滑杆630；活动阀芯61滑动卡接在在排气管60内部上端，活动阀芯61内部中空，且活动阀芯61侧壁上设置有排气槽，活动阀芯61上端设置有压盘610，压盘610滑动套设在导向滑杆630上，压盘610与限位架63内顶部之间设置有压缩弹簧611，推动板62滑动卡接在保温箱5底部内侧，推动板62一端贯穿排气管60，且与活动阀芯61底部抵接；气动推杆64设置在保温箱5底部内侧，气动推杆64的伸缩端与推动板62下端面抵接，保温箱5底部设置有为气动推杆64提供动力的电动缸640；plc控制器分别与空压机2、冻干机3、温度传感器、清理组件42、节流阀53和电动缸640电性连接，plc控制器、空压机2、冻干机3、温度传感器、清理组件42、节流阀53和电动缸640均为市售产品。
18.实施例2本实施例记载的是实施例1的飞机高温环境测试用热空气置换装置的置换方法，如图1所示，包括以下步骤：s1、分别将空压机2、冻干机3、节流阀53和电动缸640与外部电源连接；s2、利用温度传感器监测保温箱5内部温度，当保温箱5内部温度为28℃时，利用plc控制器控制空压机2、冻干机3和节流阀53开启，外部气源首先通过空压机2加压，然后通过冻干机3降温，最后通过筒体40内部的过滤网41过滤处理后，通过快速接头52进入保温箱内部；s3、利用plc控制器控制电动缸640启动，利用气动推杆64将推动板62向上顶起，活动阀芯61在推动板62的推动作用下沿排气管60向上移动，活动阀芯61上的排气槽与保温箱5内部导通，保温箱5内部气体通过排气管60排出，完成保温箱5内部热空气的置换。
19.实施例3本实施例与实施例1不同之处在于：如图4、5、6所示，清理组件42包括升降电机420、旋转电机421、旋转套422和收集盒423；筒体40内部从上至下依次卡接有第一卡盘43和第二卡盘44，第一卡盘43上水平均匀分布有4个缓冲杆430，各个缓冲杆430上均套设有缓冲弹簧431，过滤网41呈碗状结构，过滤网41由4个弧形瓣410拼接而成，各个弧形瓣410的上端均套设在缓冲杆430上，且分别与缓冲弹簧431一一对应抵接，各个弧形瓣410的下端分别与第二卡盘44活动铰接，各个弧形瓣410的外壁上均设置有振动槽411，振动槽411内部设置有弧形振动凸起4110，收集盒423通过升降座4230滑动卡接在第二卡盘44上，升降电机420设置在筒体40外部顶端，升降电机420的输出轴上设置有贯穿筒体40且与升降座4230螺纹连接的升降丝杠4200；旋转套422转动卡接在第二卡盘44上，且位于过滤网41的外侧，旋转套422的内壁上对称设置有两个振动凸轮
4220，振动凸轮4220能够与弧形振动凸起4110抵接，旋转电机421设置在第二卡盘44上，旋转电机421为旋转套422提供动力，升降电机420、旋转电机421分别与plc控制器电性连接；升降电机420和旋转电机421均为市售产品；如图4所示，收集盒423与升降座4230之间螺纹连接，收集盒423的内壁上滑动卡接有辅助收集套4231，辅助收集套4231与收集盒423连接处设置有压缩弹簧；筒体40的侧壁上设置有清理门400。
20.实施例4本实施例记载的是实施例3的飞机高温环境测试用热空气置换装置的置换方法，与实施例2不同之处在于，包括s4，s4、系统运行3天后，利用plc控制器控制旋转电机421和升降电机420启动，利用升降电机420带动升降丝杠4200旋转，从而使升降座4230提升收集盒423至辅助收集套4231与第二卡盘44下端面抵接；然后利用旋转电机421带动旋转套422旋转，从而使两个振动凸轮4220不断撞击各个弧形振动凸起4110，并最终使各个弧形瓣410在缓冲杆430上往复振动，弧形瓣410上沉积的污染物下落至收集盒423内部进行收集；最后通过清理门400对收集盒423内部的杂质进行清理和转移。
21.实施例5本实施例与实施例1不同之处在于：如图8、9所示，排气管60设置有4个，4个排气管60分别设置在保温箱5底部四角位置；推动板62、气动推杆64的数量与排气管60的数量对应一致；各个排气管60的出口端均设置有消声器65。
22.实施例6本实施例与实施例1不同之处在于：如图7、9、10、11所示，保温箱5底部设置有转换电机66，转换电机66的输出轴上设置有转换盘660，转换盘660位于保温箱5底部内侧，转换盘660上间隔设置有与排气管60数量对应一致的滑动条661，各个滑动条661的长度沿顺时针方向依次减小，各个滑动条661上均套设有复位弹簧662，各个推动板62均通过滑块620一一对应套设在各个滑动条661上，且推动板62与滑块620之间滑动卡接，转换电机66与plc控制器电性连接，转换电机66为市售产品。
23.实施例7本实施例记载的是实施例6的飞机高温环境测试用热空气置换装置的置换方法，与实施例2不同之处在于：步骤s2中，利用温度传感器监测保温箱5内部温度，当保温箱5内部温度为30℃时，利用plc控制器控制空压机2、冻干机3和节流阀53开启，外部气源首先通过空压机2加压，然后通过冻干机3降温，最后通过筒体40内部的过滤网41过滤处理后，通过快速接头52进入保温箱内部；步骤s3中，利用plc控制器控制转换电机66启动，通过转换电机66带动转换盘660旋转，利用转换盘660带动4个推动板62依次旋转至与4个活动阀芯61对应位置。
24.实施例8本实施例与实施例1不同之处在于：
如图3所示，进气组件1和快速接头52均设置有两个。
25.实施例9本实施例记载的实施例8的飞机高温环境测试用热空气置换装置的置换方法，与实施例2不同之处在于：步骤s2中，当保温箱5内部温度为30℃时，利用plc控制器控制两组进气组件1同时开启。
26.实施例10本实施例与实施例1不同之处在于：如图8所示，压盘610下端面设置有密封圈6100，保温箱5内底部与密封圈6100位置对应处设置有密封槽。
27.实施例11本实施例与实施例1不同之处在于：如图2所示，快速接头52与接头架51转动卡接。

技术特征：
1.飞机高温环境测试用热空气置换系统，其特征在于，包括进气组件（1）、保温箱（5）、排气组件（6）和plc控制器；所述进气组件（1）包括空压机（2）、冻干机（3）和空气过滤器（4）；所述空压机（2）、冻干机（3）和空气过滤器（4）之间依次通过管道连接；所述空气过滤器（4）包括筒体（40）、活动卡接在筒体（40）内部靠上位置的过滤网（41）以及用于对过滤网（41）上沉积的杂质进行清理的清理组件（42）；所述保温箱（5）内部设置有温度传感器，保温箱（5）底部设置有支脚（50），保温箱（5）外壁上通过接头架（51）设置有快速接头（52），所述快速接头（52）一端通过导管与筒体（40）侧壁靠下位置连接，另一端贯穿保温箱（5），且设置有节流阀（53）；所述排气组件（6）包括排气管（60）、活动阀芯（61）、推动板（62）和气动推杆（64）；所述排气管（60）贯穿保温箱（5）的底部，保温箱（5）内部与排气管（60）位置对应处设置有限位架（63），所述限位架（63）与保温箱（5）内底部之间设置有导向滑杆（630）；所述活动阀芯（61）滑动卡接在排气管（60）内部上端，活动阀芯（61）内部中空，且活动阀芯（61）侧壁上设置有排气槽，活动阀芯（61）上端设置有压盘（610），所述压盘（610）滑动套设在导向滑杆（630）上，压盘（610）与限位架（63）内顶部之间设置有压缩弹簧（611），所述推动板（62）滑动卡接在保温箱（5）底部内侧，推动板（62）一端贯穿排气管（60），且与活动阀芯（61）底部抵接；所述气动推杆（64）设置在保温箱（5）底部内侧，气动推杆（64）的伸缩端与推动板（62）下端面抵接，保温箱（5）底部设置有为气动推杆（64）提供动力的电动缸（640）；所述plc控制器分别与空压机（2）、冻干机（3）、温度传感器、清理组件（42）、节流阀（53）和电动缸（640）电性连接。2.根据权利要求1所述的飞机高温环境测试用热空气置换系统，其特征在于，所述清理组件（42）包括升降电机（420）、旋转电机（421）、旋转套（422）和收集盒（423）；所述筒体（40）内部从上至下依次卡接有第一卡盘（43）和第二卡盘（44），所述第一卡盘（43）上水平均匀分布有数个缓冲杆（430），各个所述缓冲杆（430）上均套设有缓冲弹簧（431），所述过滤网（41）呈碗状结构，过滤网（41）由数个弧形瓣（410）拼接而成，所述弧形瓣（410）的数量与缓冲杆（430）的数量对应一致，各个弧形瓣（410）的上端均套设在所述缓冲杆（430）上，且分别与所述缓冲弹簧（431）一一对应抵接，各个弧形瓣（410）的下端分别与所述第二卡盘（44）活动铰接，各个弧形瓣（410）的外壁上均设置有振动槽（411），所述振动槽（411）内部设置有弧形振动凸起（4110），所述收集盒（423）通过升降座（4230）滑动卡接在第二卡盘（44）上，升降电机（420）设置在筒体（40）外部顶端，升降电机（420）的输出轴上设置有贯穿筒体（40）且与所述升降座（4230）螺纹连接的升降丝杠（4200）；所述旋转套（422）转动卡接在第二卡盘（44）上，且位于过滤网（41）的外侧，旋转套（422）的内壁上对称设置有两个振动凸轮（4220），所述振动凸轮（4220）能够与弧形振动凸起（4110）抵接，所述旋转电机（421）设置在第二卡盘（44）上，旋转电机（421）为旋转套（422）提供动力，升降电机（420）、旋转电机（421）分别与plc控制器电性连接。3.根据权利要求2所述的飞机高温环境测试用热空气置换系统，其特征在于，所述收集盒（423）与升降座（4230）之间螺纹连接，收集盒（423）的内壁上滑动卡接有辅助收集套（4231），所述辅助收集套（4231）与收集盒（423）连接处设置有压缩弹簧；所述筒体（40）的侧壁上设置有清理门（400）。4.根据权利要求1所述的飞机高温环境测试用热空气置换系统，其特征在于，所述排气
管（60）设置有4个，4个排气管（60）分别设置在保温箱（5）底部四角位置；所述推动板（62）、气动推杆（64）的数量与排气管（60）的数量对应一致。5.根据权利要求4所述的飞机高温环境测试用热空气置换系统，其特征在于，各个所述排气管（60）的出口端均设置有消声器（65）。6.根据权利要求4所述的飞机高温环境测试用热空气置换系统，其特征在于，所述保温箱（5）底部设置有转换电机（66），所述转换电机（66）的输出轴上设置有转换盘（660），所述转换盘（660）位于保温箱（5）底部内侧，转换盘（660）上间隔设置有与排气管（60）数量对应一致的滑动条（661），各个所述滑动条（661）的长度沿顺时针方向依次减小，各个所述滑动条（661）上均套设有复位弹簧（662），各个所述推动板（62）均通过滑块（620）一一对应套设在各个滑动条（661）上，且所述推动板（62）与滑块（620）之间滑动卡接，转换电机（66）与plc控制器电性连接。7.根据权利要求1所述的飞机高温环境测试用热空气置换系统，其特征在于，所述进气组件（1）和快速接头（52）均设置有两个。8.根据权利要求1所述的飞机高温环境测试用热空气置换系统，其特征在于，所述压盘（610）下端面设置有密封圈（6100），所述保温箱（5）内底部与密封圈（6100）位置对应处设置有密封槽。9.根据权利要求1-8任意一项所述的飞机高温环境测试用热空气置换系统的置换方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、分别将空压机（2）、冻干机（3）、节流阀（53）和电动缸（640）与外部电源连接；s2、利用温度传感器监测保温箱（5）内部温度，当保温箱（5）内部温度高于25℃时，利用plc控制器控制空压机（2）、冻干机（3）和节流阀（53）开启，外部气源首先通过空压机（2）加压，然后通过冻干机（3）降温，最后通过筒体（40）内部的过滤网（41）过滤处理后，通过快速接头（52）进入保温箱内部；s3、利用plc控制器控制电动缸（640）启动，利用气动推杆（64）将推动板（62）向上顶起，活动阀芯（61）在推动板（62）的推动作用下沿排气管（60）向上移动，活动阀芯（61）上的排气槽与保温箱（5）内部导通，保温箱（5）内部气体通过排气管（60）排出，完成保温箱（5）内部热空气的置换。

技术总结
本发明公开了飞机高温环境测试用热空气置换系统及其置换方法，属于飞机测试技术领域，置换系统包括进气组件、保温箱、排气组件和PLC控制器；进气组件包括依次连接的空压机、冻干机和空气过滤器，保温箱与空气过滤器连接，排气组件包括排气管、活动阀芯、推动板和气动推杆；排气管贯穿保温箱底部，活动阀芯滑动卡接在排气管内部上端，推动板卡接在保温箱底部内侧，且与活动阀芯抵接；气动推杆设在保温箱底部内侧，气动推杆的伸缩端与推动板抵接，保温箱底部设有为气动推杆提供动力的电动缸；PLC控制器分别与各用电设备电性连接；本发明置换系统结构设计合理，能够保证飞机高温环境测试时实验室全温度范围的正常数据采集，适宜推广使用。推广使用。推广使用。


技术研发人员：李冬梅 刘晓晖 任战鹏 孟姝君 孙永平 吴敬涛 马建军
受保护的技术使用者：中国飞机强度研究所
技术研发日：2022.04.22
技术公布日：2022/5/25