劉學(xué)杰等

摘 要：在飛機(jī)動(dòng)力裝置定型試飛中，往往需要在載機(jī)上加裝電負(fù)載系統(tǒng)進(jìn)行模擬加載，以完成對(duì)其工作性能的考核。文章從設(shè)計(jì)方案及工作特點(diǎn)方面對(duì)液冷式及風(fēng)冷式機(jī)載電負(fù)載系統(tǒng)進(jìn)行比較。針對(duì)風(fēng)冷式電負(fù)載系統(tǒng)的對(duì)氣動(dòng)及操穩(wěn)特性產(chǎn)生不利影響的缺點(diǎn)，引出散熱器安裝在載機(jī)機(jī)身內(nèi)的液冷式電負(fù)載系統(tǒng)。然后對(duì)這兩種電負(fù)載系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析，剖析其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，并在文章最后進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力裝置定型試飛；模擬加載；電負(fù)載系統(tǒng)；負(fù)載單元

1 概述

在飛機(jī)動(dòng)力裝置定型試飛中，必須進(jìn)行電氣負(fù)載和電源容量測(cè)試，同時(shí)檢測(cè)發(fā)電機(jī)過載對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，通常使用的測(cè)試方式就是在載機(jī)上加裝電負(fù)載系統(tǒng)進(jìn)行模擬加載[1][2]。目前國(guó)內(nèi)比較成熟的電負(fù)載方案有四種：風(fēng)冷式電負(fù)載系統(tǒng)、液冷式電負(fù)載系統(tǒng)、蒸發(fā)式電負(fù)載系統(tǒng)以及容積式電負(fù)載系統(tǒng)。這幾種負(fù)載系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，文章通過重點(diǎn)闡述前兩種負(fù)載系統(tǒng)，然后對(duì)幾種系統(tǒng)進(jìn)行比較，分析其在飛機(jī)上的實(shí)現(xiàn)的各種關(guān)鍵技術(shù)及各自缺點(diǎn)。

2 風(fēng)冷式電負(fù)載系統(tǒng)

風(fēng)冷式電負(fù)載系統(tǒng)是通過在載機(jī)機(jī)身外吊掛安裝負(fù)載吊艙，利用載機(jī)飛行中外部沖壓空氣與吊艙內(nèi)的電熱負(fù)載的載體進(jìn)行強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力裝置的能量消耗[3]。

2.1 設(shè)計(jì)方案

風(fēng)冷式電負(fù)載系統(tǒng)由負(fù)載單元模塊、負(fù)載吊艙及負(fù)載控制柜三個(gè)子系統(tǒng)組成。

負(fù)載單元模塊用于消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的電功率。負(fù)載吊艙用于為電阻模塊提供適宜的安裝環(huán)境，既是電熱負(fù)載的載體，又是冷卻空氣的通道。負(fù)載控制柜安裝在載機(jī)機(jī)艙內(nèi)，用于加載模擬負(fù)載，并能實(shí)時(shí)顯示發(fā)電機(jī)工作電壓、電流、吊艙壁溫。

風(fēng)冷式電負(fù)載系統(tǒng)工作原理如圖1所示，系統(tǒng)啟動(dòng)后，電壓、電流傳感器將發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)的三相電壓電流值變換為模擬電壓信號(hào)或電流信號(hào)；通過PLC上擴(kuò)展的A/D模塊將上述信號(hào)變?yōu)閿?shù)字量送入PLC控制器中；PLC控制器根據(jù)A/D定標(biāo)參數(shù)將數(shù)字量化為對(duì)應(yīng)電壓、電流值，并輸出至負(fù)載吊艙里的負(fù)載單元。同時(shí)，PLC控制器將顯示參數(shù)信息輸出至控制終端，試飛工程師可以據(jù)此有選擇地加載負(fù)載單元。

2.2 風(fēng)冷式電負(fù)載系統(tǒng)特點(diǎn)

風(fēng)冷式電負(fù)載系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是控制原理簡(jiǎn)單明了，操作簡(jiǎn)便。二是系統(tǒng)占用載機(jī)艙內(nèi)空間小，而且設(shè)計(jì)消耗功率大。因此吊艙理論外形及尺寸可以根據(jù)功能需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，吊艙負(fù)載單元模塊的總功率也可以比較大，能滿足大功率動(dòng)力裝置試飛模擬加載需求。但是風(fēng)冷式電負(fù)載系統(tǒng)中負(fù)責(zé)通風(fēng)冷卻的負(fù)載吊艙屬于大型外掛物，一般掛裝在載機(jī)機(jī)身外氣流平穩(wěn)區(qū)域，這將會(huì)對(duì)飛機(jī)的氣動(dòng)及操穩(wěn)特性產(chǎn)生不利影響。而液冷式電負(fù)載系統(tǒng)的散熱裝置安裝在載機(jī)艙內(nèi)，可避免這一缺點(diǎn)。

3 液冷式電負(fù)載系統(tǒng)

液冷式電負(fù)載系統(tǒng)是通過負(fù)載單元對(duì)工作液進(jìn)行加熱及散熱器對(duì)工作液冷卻，如此進(jìn)行不斷循環(huán)來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力裝置能量消耗的。

3.1 設(shè)計(jì)方案

液冷式電負(fù)載系統(tǒng)由液冷子系統(tǒng)、負(fù)載子系統(tǒng)以及控制子系統(tǒng)三部分組成，其工作原理如圖2所示。負(fù)載元件將加熱器罐組里面的工作液（防凍液或水）加熱至某一設(shè)定值后，工作泵啟動(dòng)將工作液泵出，送至與大氣相通的散熱器中完成熱能交換，冷卻后的工作液又回到儲(chǔ)液罐，如此不斷循環(huán)，消耗負(fù)載電能。

液冷子系統(tǒng)主要包括加熱器罐組、集液器、工作泵、流量傳感器、溫度傳感器、散熱器以及分配閥等。散熱器一般安裝在載機(jī)艙內(nèi)地板下，通過進(jìn)氣道及出氣道與外界大氣相通。為了增加系統(tǒng)可靠性，一般都設(shè)計(jì)主輔電動(dòng)泵的雙裕度結(jié)構(gòu)。負(fù)載子系統(tǒng)由加熱罐組及負(fù)載單元組成，負(fù)載單元累加的總功率一般比試飛所需的總功率值要大一些?？刂谱酉到y(tǒng)通過各類傳感器采集壓力、溫度、電流、電壓、流量等參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理輸出，試飛工程師依據(jù)輸出信息監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，并進(jìn)行模擬負(fù)載的加載。

3.2 液冷式電負(fù)載系統(tǒng)特點(diǎn)

液冷式電負(fù)載系統(tǒng)是把液冷系統(tǒng)和負(fù)載子系統(tǒng)整合在一起，整個(gè)系統(tǒng)元器件多，系統(tǒng)控制復(fù)雜，故障率較高。另外，在載機(jī)上加裝一套散熱器以完成對(duì)工作液冷卻，必須在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上開設(shè)一個(gè)進(jìn)氣口框及一個(gè)排氣口框，將對(duì)飛機(jī)造成不可恢復(fù)的損傷，這在動(dòng)力裝置的新機(jī)試飛中是不可取的，為了避免這一缺陷，飛機(jī)試飛改裝工程師研制出了一種在試飛過程中無需冷卻循環(huán)的系統(tǒng)-容積式電負(fù)載系統(tǒng)，以及通過將蒸發(fā)罐組中的水加熱汽化排到飛機(jī)外部大氣中帶走將熱量，實(shí)現(xiàn)負(fù)載電能的消耗的蒸發(fā)式電負(fù)載系統(tǒng)，由于文章篇幅限制，不再在文中展開討論。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章介紹了我國(guó)常用的幾種機(jī)載電負(fù)載系統(tǒng)，針對(duì)風(fēng)冷式電負(fù)載系統(tǒng)的對(duì)氣動(dòng)及操穩(wěn)特性產(chǎn)生不利影響的缺點(diǎn)，引出散熱器安裝在載機(jī)機(jī)身內(nèi)的液冷式電負(fù)載系統(tǒng)，但是液冷式系統(tǒng)存在元器件多，系統(tǒng)控制復(fù)雜，故障率較高等缺點(diǎn)。目前風(fēng)冷式電負(fù)載系統(tǒng)已經(jīng)在我國(guó)某型運(yùn)輸機(jī)上成功承擔(dān)過某發(fā)動(dòng)機(jī)的科研試飛工作，液冷式電負(fù)載系統(tǒng)因其復(fù)雜的控制及故障率高等困難還沒有完成過完整的研究工作。

參考文獻(xiàn)

[1]吳曉輝，等.基于飛機(jī)發(fā)電機(jī)測(cè)試的電負(fù)載控制系統(tǒng)[J].航空制造技術(shù)，2011（2）：81-84.

[2]殷智偉，范蟠果.飛機(jī)發(fā)電機(jī)電負(fù)載控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械與電子，2010（2）：46-48.

[3]牛亞宏，王進(jìn).機(jī)載電熱負(fù)載吊艙[J].科技通報(bào)，2012（11）：208-211.

[4]孫新川，仲秦，范蟠果.LabWindows/CVI和PLC技術(shù)下的飛機(jī)電負(fù)載系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械與電子，2010（2）：14-18.

[5]劉少軍，王瑜瑜.基于LabWindows/CVI的飛機(jī)電負(fù)載系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2014，40（11）：92-94.

作者簡(jiǎn)介：劉學(xué)杰（1982-），男，籍貫：安徽省阜陽(yáng)市，工程師，碩士研究生，從事試驗(yàn)機(jī)改裝設(shè)計(jì)與研究工作。

呂超（1984-），男，籍貫：陜西省咸陽(yáng)市，工程師，碩士研究生，從事試驗(yàn)機(jī)改裝設(shè)計(jì)與研究工作。