1. 引言
某型飞机冷气系统为飞机的刹车、座舱盖开关、阻力伞抛放提供动力能源，冷气系统涉及开关、电磁放气活门(QS-S11)、冷气减压阀(QS-KJ)、刹车调压阀(QS-ST)、刹车分配阀(QS-SF)等冷气附件[1]，目前各部队冷气系统检测设备均为针对某一附件进行检测，功能单一、使用不便。针对冷气系统附件的性能特点，研制冷气系统附件综合测试台，可以有效解决上述问题。该测试台还可以检测其它机型的同类附件的工作性能。杜来林[2]依据飞机气压刹车阀及转换活门的性能要求、试验大纲，设计了检测试验台，虽能检测这些附件的性能，但是被检测件较少，不能包含冷气系统典型附件；鄢杰[3]针对飞机环控系统各类电控活门，燃油系统各类气控活门的技术条件，依据测试技术条件、实验大纲，设计基于多种附件性能检测的综合测试系统，满足环控系统、燃油系统部分附件的测试要求，他的研究对测试台的系统设计有指导借鉴价值；吴月芸[4]针对目前冷气试验台技术水平落后、测试效率低、测试范围小等问题，设计具有多支路输出、测试精度高、压力范围广等诸多优点的综合测试试验台，虽能测试多种型号冷气附件，但是测试系统设计复杂、可靠性低，不能满足最新飞机冷气附件的测试需求。
2. 主要性能指标
工作介质：氮气；
气源压力：11 MPa~15 MPa；
工作压力：
低压：0 MPa~1.5 MPa；
中压：1.5 MPa~6.0 MPa；
高压：6.0 MPa~20 MPa；
外接电源：
交流：220 V/50 Hz；
直流：27 V；
最大工作电流：3.5 A；
持续工作时间：≮24 h/day；
平均无故障时间：MTBF ≥ 2000 h。
3. 系统组成及工作原理
本测试台采用箱式结构，由机箱和机芯两个部件组成。机箱采用薄板结构；机芯由机芯架以及安装在机芯架上的冷气系统和电气系统组成[5]。仪表及控制手柄全部安装在机芯架的面板上。机芯由前方装入机箱，用机箱后部螺帽紧固，两者构成一个整体。
3.1. 冷气系统组成和原理
测试台冷气系统组成如图1所示，由气滤、开关、冷气瓶、减压活门、减压阀、手动减压阀、增压器、转换开关、单向活门、压力表等组成[6]。
1. 充气接头; 2. 气滤; 3. 减压阀; 4. 机械减压活门; 5. 转换活门(二); 6. 可调减压阀; 7. 转换活门(一); 8. 增压器; 9. 单向活门; 10.11.12.13.14.15.16.17-开关; 18.19.20.21.22.23.24-压力表
Figure 1. Schematic diagram of air-conditioning system of test stand
图1. 测试台冷气系统原理图
测试时，气源由充气接头1接入，然后分成低压、中压、高压三路。
低压：冷气经减压阀、机械减压装置，减压至0 MPa~1.5 MPa，经接头⑤接至被试附件。机械减压活门有螺纹慢调和杠杆快调两种模式，调整量由限动螺母控制
中压：冷气经改装的可调减压阀减压至1.5 MPa~6 MPa，经开关13和接头④接至被试附件。
高压：冷气经接头③接至被试附件。当试验压力低于气源压力时，用开关10、11调压。当试验压力高于气源压力时，需用增压器增压。增压器的理论增压比为4，由于磨擦损失，实际增压比为3.5~3.8 [7]，因此应先将增压器低压腔的压力调节至试验压力的1/3.8~1/3.5，然后接通转换活门(一)若干次，即可增至试验压力。最高试验压力为20 MPa。
系统中的气瓶供测定附件的充气、排气时间用。气瓶的容积分别为0.25 L、0.5 L、1 L，工作压力为4 MPa。其中1 L气瓶装有安全薄膜，当压力高达5 ± 0.5 MPa时即自行爆破[8]。
3.2. 电气系统组成和原理
电气系统组成如图2所示，由电源、电秒表、电压表、电流表、开关、电阻、电触点压力表、直流继电器等组成。
外电源分交流和直流供电两个部分，220 V交流电供给电秒表S，27 V直流电供给工作电路。
由接头座2CZ接出两条工作电路。一路是将被试附件接于接点II和IV之间，用于检查QS-S6类型附件的接通情况。另一路是将被试附件接于接点II和III之间，用于检查QS-S11类型附件的工作情况。
电接点压力表除了表盘上的指示指针外，在表盖内设置了两根限位指针。指示指针随压力变化而偏转，作为一个活动触点。限位指针则可借表盖外的旋钮分别拨至任一给定的上、下限值，作为一对限位触点，这样电接点压力表就可配合电秒表S测定压力升或降的时间。
当指示指针与限位指针之一接触时，电秒表不动；反之，当指示指针与限位指针分离时，电秒表运行，至指示指针与另一限位指针接触，电秒表又停止。这样，电秒表所计的时间就是压力在上、下限值之间升或降的时间。电秒表S的额定工作电压和频率为220 V、50 Hz，若电频率变化，准确的时间按下式计算：
式中t1——电秒表指示值；
f——实际使用的电频率。
电秒表每计时一次后，应拧复位旋钮使之归0位。直流继电器J的额定电压为27 V。
Figure 2. Schematic diagram of electric system
图2. 测试台电气系统原理图
4. 试验工作过程
运用本测试台对飞机冷气系统附件进行性能测试，包含三个步骤，首先将测试附件接入测试台，然后进行常规的密封性能试验，最后进行附件的工作性能试验，若试验数据符合要求，则附件的性能符合要求。下面针对不同类型附件分别介绍测试原理。
4.1. QS-SF、QS-ST附件的测试原理
被测件与测试台连接：将QS-SF的左、右出气接头分别与测试台②、⑥接头连接，进气接头与QS-ST的出气接头相连，QS-ST的进气接头与测试台④接头相连，其他接头封闭。气源来气经气滤、开关11、可调减压阀、开关13后，进入被测附件。
密封性试验：来气压力通过可调减压阀调整到0.6 MPa，保持2 min，QS-SF、QS-ST附件接头及壳体接合处不得漏气。在进口气压保持0.6 MPa，②、⑥接头出口气压分别由压力表20、21显示，此时压力应为0.1 MPa和1.2 MPa，各保持1 min，密封处不得漏气[9]。
工作性能试验：当进口压力为5 MPa，②、⑥接头出口压力调整到1 MPa时，操纵QS-ST的操纵手柄迅速扳到止动点，与②、⑥接头出口连接的气瓶压力由0上升至0.95 MPa的时间不得超过2.2 s，则进气速度则符合要求；当出口压力为1 MPa时，迅速松开手柄，出口相连的气瓶压力由1 MPa下降至0.05 MPa的时间不得超过2.2 s，则排气速度符合要求。安装被测件测试后，测试结果如表1所示，测试结论符合试验要求。
Table 1. Intake and exhaust speed test record sheet of QS-SF, QS-ST
表1. QS-SF、QS-ST进气、排气速度测试记录表
| 序号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
| 进气速度(s) |
1.2 |
1.4 |
1.5 |
2.0 |
1.8 |
| 排气速度(s) |
1.4 |
1.6 |
2.0 |
2.1 |
1.7 |
4.2. QS-S11附件的测试原理
被测件与测试台连接：将QS-S11的进气接头与接头④相连，出气接头与接头⑦相连，其他接头封闭。气源来气经气滤、开关11、可调减压阀、开关13后分为两路，一路经过接头④进入被测附件，另一路经过开关14，进入气瓶E。被测件出气接头经过接头⑦与气压表和转换活门(二)相连。将被测件的电磁铁线圈接于电路2、3触点。
密封性试验：接通电磁铁开关1 K，打开开关14，向接头④加3.5 ± 0.2 MPa的进气压力，然后关闭开关13，保持1 min，进气压力表19下降不得超过0.5 MPa。
工作性能试验：接通电磁铁开关1 K，打开开关14，向接头④加3.5 ± 0.2 MPa的进气压力，然后断开电磁铁开关1 K，压力表24 (电接点压力表)读数由0上升至3.4 MPa的时间不超过1.5 s，则进气速度符合要求；断开电磁铁开关1 K，将压力表24压力调整到3.5 MPa，然后接通电磁铁开关1 K，气瓶B的压力由3.5 MPa降至0.1 MPa的时间不超过1.5 s，则放气速度符合要求；当室温为20 ± 10℃，工作电压为27 V时，电磁铁的工作电流应不大于3 A；用500高阻表检查壳体与插头接点之间的绝缘电阻电阻值，应不小于20 MΩ。安装被测件测试后，测试结果如表2所示，测试结论符合试验要求。
Table 2. Performance parameter test record sheet of QS-S11
表2. QS-S11工作性能参数测试记录表
| 序号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
| 进气速度(s) |
1.2 |
1.4 |
1.5 |
2.0 |
1.8 |
| 放气速度(s) |
1.4 |
1.6 |
2.0 |
2.1 |
1.7 |
| 工作电流(A) |
1.6 |
2.3 |
2.1 |
2.9 |
2.0 |
| 绝缘电阻值(MΩ) |
12 |
14 |
15 |
17 |
14 |
4.3. QS-KJ附件的测试原理
被测件与测试台连接：将QS-KJ的进气接头与接头④相连，出气接头与接头③相连，其他接头封闭。
密封性试验：关闭开关12，向接头④加13 MPa~15 MPa的进气压力，保持5 min，各接合处不得漏气。
工作性能试验：打开开关12，关闭开关10，气源来气经气滤、开关11、可调减压阀、开关13后，通过接头④进入被测件，向被测件加13 MPa~15 MPa的进气压力重复试验3次，最后一次试验保持10 min，出口的压力上升不得超过0.15 MPa，并且与出气接头相连的压力表18应稳定在
MPa范围内[10]。安装被测件测试后，测试结果如表3所示，测试结论符合试验要求。
Table 3. Outlet pressure test record sheet of QS-KJ
表3. QS-KJ出口压力测试记录表
| 序号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
| 出口压力变化值(MPa) |
0.13 |
0.11 |
0.12 |
0.12 |
0.14 |
| 出口压力稳定值(MPa) |
5.0 |
5.1 |
5.1 |
5.2 |
5.4 |
4.4. QS-S7附件的测试原理
QS-S7附件的测试原理与QS-KJ附件的测试原理相似，将QS-S7的进气腔进气接头与接头④、操纵腔进气接头与接头⑤相连，出气接头与接头⑦相连，其他接头封闭。密封性试验时：向接头④分别加1 MPa和5.5 MPa的气压，各保持1 min，观察表19的压力不得下降。工作性能试验：向接头④加5 MPa的气压，再向接头⑤加1.2 MPa的气压时，接头⑦出口的压力(即表24指示压力)应为
，则说明QS-S7的工作压力符合要求；向接头⑤迅速加入压力，气瓶A的压力由0上升至1.8 MPa的时间不得超过0.8 s，则进气速度符合要求。安装被测件测试后，测试结果如表4所示，测试结论符合试验要求。
Table 4. Working pressure, intake and exhaust speed test record sheet of QS-S7
表4. QS-S7工作压力，进、排气速度测试记录表
| 序号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
| 工作压力(MPa) |
1.76 |
1.79 |
1.8 |
1.82 |
1.9 |
| 进气速度(s) |
0.4 |
0.5 |
0.5 |
0.7 |
0.8 |
| 放气速度(s) |
0.6 |
0.5 |
0.4 |
0.7 |
0.5 |
5. 结论
本测试台在分析电磁放气活门(QS-S11)、冷气减压阀(QS-KJ)、刹车调压阀(QS-ST)、刹车分配阀(QS-SF)等冷气附件测试需求基础上，采用气动增压技术、自动控制技术，按照高、中、低三个层次调压设计而成，主要由冷气系统和电气系统等组成。测试台完成设计后，测试某型飞机电磁放气活门(QS-S11)、刹车分配阀(QS-SF)等冷气附件共15个批次，结果表明：该测试台结构紧凑，操作方法简单，使用方便，综合性强，安全可靠，完全能够满足各型号电磁放气活门、减压阀等冷气附件相关性能的测试需求，达到了设计目标。该测试台现已批量生产，被推广到航空兵部队、航空修理厂等飞机修理单位。