一种用于模拟发动机舱喷雾火灾的试验装置及试验方法与流程

1.本发明涉及航天工程技术领域，尤其涉及一种用于模拟发动机舱喷雾火灾的试验装置及试验方法。


背景技术：

2.飞机发动机舱被定义为标准火区(存在着火三要素，单一故障即可引起火灾)，舱内安装有发动机、起动机、飞机附件机匣、发动机附件机匣、排气系统、滑油系统、燃油系统、防火系统及环控系统管道等，火灾燃烧现象非常复杂，影响因素众多。
3.根据发动机舱火灾案例研究，发动机舱内的火灾主要由燃油供给管道或液压油供油管道破裂造成的燃油或液压油泄漏引起的。这些管道普遍具有较高的压力，由于环境腐蚀、设备磨损或武器打击等因素，一旦破裂，一部分泄漏的燃油或液压油形成的可燃流体迅速气化在舱内形成可燃蒸汽，与高温表面接触或与电气线路产生的电弧接触则会引起剧烈燃烧。喷雾火灾严重威胁到飞行安全。
4.基于此，亟需一种用于模拟发动机舱喷雾火灾的试验装置及试验方法，以解决上述存在的问题。


技术实现要素：

5.基于以上所述，本发明的目的在于提供一种用于模拟发动机舱喷雾火灾的试验装置及试验方法，实现了模拟发动机舱内喷雾火灾，提高了试验效率。
6.为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.一方面，提供一种用于模拟发动机舱喷雾火灾的试验装置，包括：
8.主干路，所述主干路上设置有通过管道串联的供油装置、温控装置和调压装置，所述供油装置用于输送液压油，所述温控装置用于调节所述液压油的温度，所述调压装置用于调节液压油的压力；
9.第一支路，所述第一支路一端连接于所述主干路的出油口，另一端连接于所述主干路的进油口，形成第一回路；所述第一支路上设置有喷油装置，所述喷油装置设置于实验舱内；
10.第二支路，所述第二支路一端连接于所述主干路的出油口，另一端连接于所述主干路的进油口，形成第二回路；
11.切换装置，所述切换装置用于切换液压油在所述第一回路和所述第二回路之间切换输送；
12.点火器，设置于所述实验舱内；
13.控制单元，所述供油装置、所述温控装置、所述调压装置、所述切换装置和所述点火器均电性连接于所述控制单元。
14.作为一种用于模拟发动机舱喷雾火灾的试验装置的优选技术方案，所述供油装置包括油箱和柱塞油泵，所述油箱内设置有液压油，所述柱塞油泵连接于所述油箱的出油口；
15.所述温控装置包括电磁加热器和第一温度传感器，所述电磁加热器用于加热所述液压油，所述第一温度传感器用于检测所述液压油的温度；
16.所述调压装置包括第一压力表和电动减压阀，所述第一压力表和电动减压阀依次设置于所述柱塞油泵的下游。
17.作为一种用于模拟发动机舱喷雾火灾的试验装置的优选技术方案，所述切换装置包括第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀，所述第一电磁阀和所述第二电磁阀分别设置于所述第一支路的进油端和出油端；
18.所述第三电磁阀设置于所述第二支路上。
19.作为一种用于模拟发动机舱喷雾火灾的试验装置的优选技术方案，所述第二支路上还设置有安全阀，所述安全阀与所述第三电磁阀并联连接。
20.作为一种用于模拟发动机舱喷雾火灾的试验装置的优选技术方案，所述主干路上还设置有流量计，所述流量计用于检测所述液压油的流量。
21.作为一种用于模拟发动机舱喷雾火灾的试验装置的优选技术方案，所述主干路上还设置有第一截止阀，所述第一支路上还设置有第二截止阀。
22.作为一种用于模拟发动机舱喷雾火灾的试验装置的优选技术方案，所述喷油装置包括高压软管和喷嘴，所述高压软管一端连接于管道，另一端设置有喷嘴，所述喷嘴设置于所述实验舱内。
23.作为一种用于模拟发动机舱喷雾火灾的试验装置的优选技术方案，所述点火器为热表面点火器、丙烷明火点火器和/或高能电火花点火器。
24.作为一种用于模拟发动机舱喷雾火灾的试验装置的优选技术方案，所述第一支路上且位于所述喷油装置的上游还设置有第二压力表、压力变送器和第二温度传感器。
25.另一方面，提供一种用于模拟发动机舱喷雾火灾的试验方法，采用以上任一方案所述的用于模拟发动机舱喷雾火灾的试验装置，包括以下步骤：
26.s1、切换装置驱动第一回路断路和第二回路通路，液压油在第二回路内循环流动，将所述第二回路内液压油的温度调节至预设温度，以及将所述第二回路内液压油的压力调节至预设压力；
27.s2、切换装置驱动第一回路通路，第二回路断路，液压油在第一回路内循环流动；
28.s3、喷油装置向实验舱内喷油，点火器对喷出的燃油进行点火；
29.s4、模拟发动机舱喷雾火灾的试验。
30.本发明的有益效果为：
31.试验时，在控制单元的控制下，切换装置使第一回路断路和第二回路通路，供油装置输送液压油在第二回路内循环，温控装置加热液压油至预设温度，调压装置调节液压油的压力至预设压力；切换装置使第一回路通路和第二回路断路，喷油装置向实验舱内喷油，点火器对喷出的燃油进行点火，实现了模拟发动机舱内喷雾火灾。本发明实现了模拟发动机舱内喷雾火灾，同时，通过设置第二回路，一方面，实现了液压油在管道内预循环，增加了液压油的加热和加压效率，而且在试验过程中第一回路短暂断路时，液压油在第二回路中保持液压油的压力和温度继续循环，防止下次第一回路通路时重新对液压油加热和加压，提高试验效率；另一方面，当瞬时关闭第一回路时，使液压油在第二回路内继续循环，防止管道瞬时断路，造成供油装置受损，增加使用寿命。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
33.图1是本发明具体实施方式提供的用于模拟发动机舱喷雾火灾的试验装置的示意图。
34.图中标记如下：
35.1、主干路；11、供油装置；111、油箱；1111、加油口；1112、放油阀；112、柱塞油泵；12、温控装置；121、电磁加热器；122、第一温度传感器；13、调压装置；131、第一压力表；132、电动减压阀；14、流量计；15、第一截止阀；
36.2、第一支路；21、喷油装置；211、高压软管；212、喷嘴；22、第二截止阀；23、第二压力表；24、压力变送器；25、第二温度传感器；
37.3、第二支路；31、安全阀；
38.4、切换装置；41、第一电磁阀；42、第二电磁阀；43、第三电磁阀；
39.5、点火器。
具体实施方式
40.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
41.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
43.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
44.如图1所示，本实施例提供一种用于模拟发动机舱喷雾火灾的试验装置，该用于模拟发动机舱喷雾火灾的试验装置包括主干路1、第一支路2、第二支路3、切换装置4、点火器5和控制单元。
45.具体地，主干路1上设置有通过管道串联的供油装置11、温控装置12和调压装置13，供油装置11用于输送液压油，温控装置12用于调节液压油的温度，调压装置13用于调节液压油的压力；第一支路2一端连接于主干路1的出油口，另一端连接于主干路1的进油口，形成第一回路；第一支路2上设置有喷油装置21，喷油装置21设置于实验舱内；第二支路3一端连接于主干路1的出油口，另一端连接于主干路1的进油口，形成第二回路；切换装置4用于切换液压油在第一回路和第二回路之间切换输送；点火器5设置于实验舱内；供油装置11、温控装置12、调压装置13、切换装置4和点火器5均电性连接于控制单元。
46.试验时，在控制单元的控制下，切换装置4使第一回路断路和第二回路通路，供油装置11输送液压油在第二回路内循环，温控装置12加热液压油至预设温度，调压装置13调节液压油的压力至预设压力；切换装置4使第一回路通路和第二回路断路，喷油装置21向实验舱内喷油，点火器5对喷出的燃油进行点火，实现了模拟发动机舱内喷雾火灾。本实施例实现了模拟发动机舱内喷雾火灾，同时，通过设置第二回路，一方面，实现了液压油在管道内预循环，增加了液压油的加热和加压效率，而且在试验过程中第一回路短暂断路时，液压油在第二回路中保持液压油的压力和温度继续循环，防止下次第一回路通路时重新对液压油加热和加压，提高试验效率；另一方面，当瞬时关闭第一回路时，使液压油在第二回路内继续循环，防止管道瞬时断路，造成供油装置11受损，增加使用寿命。
47.供油装置11包括油箱111和柱塞油泵112，油箱111内设置有液压油，柱塞油泵112连接于油箱111的出油口。本实施例中，油箱111还设置有加油口1111和放油阀1112，外部的液压油通过加油口1111输送至油箱111内，当试验结束后，液压油可通过放油阀1112输送至油箱111外部。温控装置12包括电磁加热器121和第一温度传感器122，电磁加热器121用于加热液压油，本实施例中电磁加热器121位于油箱111的下方，第一温度传感器122用于检测主干路1内液压油的温度，控制单元根据第一温度传感器122反馈的温度值，调节电磁加热器121的功率，以使液压油的温度加热至预设温度。调压装置13包括第一压力表131和电动减压阀132，第一压力表131和电动减压阀132依次设置于柱塞油泵112的下游，第一压力表131用于测量柱塞油泵112出油口处液压油的压力，便于操作人员直观的了解柱塞油泵112出口处的油压；当压力较大时，电动减压阀132用于减小液压油的压力。
48.进一步优选地，第一支路2上且位于喷油装置21的上游还设置有第二压力表23、压力变送器24和第二温度传感器25。在试验阶段，主回路中第一压力表131读取柱塞油泵112的出口液压油的压力，第二压力表23读取液压油经过电动减压阀132后的压力。压力变送器24通过触摸屏压力设定，给出信号，控制电动减压阀132实现喷嘴212处的压力需求。第二温度传感器25实时读取燃烧试验时喷出的燃油温度，并将信号传递给控制单元，控制单元根据第二温度传感器25反馈的信号，调节电磁加热器121的功率。本实施例通过第二温度传感器25、第二压力表23以及压力变送器24的设置，提高了第一支路2内液压油温度和压力控制精度，模拟真实管道内液压油的输送场景，提高试验数据可靠性。
49.进一步地，主干路1上还设置有流量计14，流量计14用于检测液压油的流量，以使操作人员获取液压油的流量值信息。
50.切换装置4包括第一电磁阀41、第二电磁阀42和第三电磁阀43，第一电磁阀41和第二电磁阀42分别设置于第一支路2的进油端和出油端；第三电磁阀43设置于第二支路3上。切换装置4需要驱动第一回路断路和第二回路通路时，控制单元关闭第一电磁阀41和第二
电磁阀42，实现第一回路断路，第三电磁阀43能够防止第二回路中的液压油倒流至第一回路中，控制单元开启第三电磁阀43，实现第二回路通路。同理，切换装置4需要驱动第二回路断路和第一回路通路时，控制单元开启第一电磁阀41和第二电磁阀42，实现第一回路通路，控制单元关闭第三电磁阀43，实现第一回路断路。
51.进一步地，第二支路3上还设置有安全阀31，安全阀31与第三电磁阀43并联连接。当第一支路2为通路，第二支路3为断路时，柱塞油泵112或电动减压阀132故障，导致第一支路2内油压高于第二预设压力，此时液压油可经过安全阀31经第二支路3返回至油箱111内，防止油压过高导致喷油装置21损坏，提高了该试验装置的安全性。
52.优选地，喷油装置21包括高压软管211和喷嘴212，高压软管211一端连接于管道，另一端设置有喷嘴212，喷嘴212设置于实验舱内。高压软管211的材质为耐高温材质，高压软管211可设置于实验舱内或设置于实验舱外。本实施例中，喷嘴212的类型为雾化喷嘴或狭缝喷嘴，以模拟两种燃料泄漏过程，两者为可更换装置。
53.主干路1上还设置有第一截止阀15，第一支路2上还设置有第二截止阀22。本实施例中第一截止阀15设置于柱塞油泵112的上游，第二截止阀22设置于喷油装置21的上游，当该试验装置关停状态时，第一截止阀15和第二截止阀22为断路状态，实现了第一回路以及第二回路的断路，防止由于电磁阀故障，导致无法完全关闭管道。试验时，第一截止阀15和第二截止阀22为通路状态。再者，在液压油压力一定时，根据流量计14检测的液压油的流量值，通过调节第一截止阀15和第二截止阀22的开度，以及柱塞油泵112和电动减压阀132的功率，进而调节液压油的流量。
54.进一步地，本实施例中，点火器5为热表面点火器、丙烷明火点火器和/或高能电火花点火器。本实施例中，点火器5采用高能电火花点火器，控制单元能够控制点火器5工作与否。
55.作为优选地，该用于模拟发动机舱喷雾火灾的试验装置还包括安全防护模块，安全防护模块包括安全防护装置和应急制动按钮。安全防护装置采用接地装置和高精度计时控制系统；应急制动按钮包括按键及高灵敏度、反应时间极短的应急制动电路，该电路设置在控制系统内。
56.需要特别说明的是，控制单元接收传感器信号，以及控制单元驱动阀类零部件运转为现有技术中的成熟技术，具体工作原理、控制单元的型号以及与供油装置11、温控装置12、调压装置13、切换装置4和点火器5的具体有线或无线连接方式，在此不再赘述。
57.进一步地，本实施例还提供了一种用于模拟发动机舱喷雾火灾的试验方法，采用上述的用于模拟发动机舱喷雾火灾的试验装置，包括以下步骤：
58.s1、切换装置4驱动第一回路断路和第二回路通路，液压油在第二回路内循环流动，将第二回路内液压油的温度调节至预设温度，以及将第二回路内液压油的压力调节至预设压力；
59.其中，本实施例中，s1步骤为蓄热阶段，柱塞油泵112开启，第三电磁阀43开启，第一电磁阀41和第二电磁阀42关闭，电磁加热器121开启，通过柱塞油泵112驱动液压油循环移动，且在第一温度传感器122的检测及信号反馈下，将液压油的温度加热至100℃(具体温度值可通过触摸屏设定)。本实施例中预设温度为100℃，液压油或航空煤油的预设温度依据为：
①
发动机供油管道入口温度为80℃，但发动机管道为110℃，两者差距在30℃的范围，
实际失火一般为发动机管道漏油，因此设计油温在100℃左右，不但可以模拟真实的发动机燃油泄漏，而且能够对比研究不同温度下的燃油燃烧特性；
②
已有研究表明燃油的温度升高后会影响火焰的稳定性。
60.液压油在供油装置11的驱动下实现循环流动，液压油在温控装置12的调节下调节至预设温度，液压油在调压装置13的调节下调节至预设压力。
61.s2、切换装置4驱动第一回路通路，第二回路断路，液压油在第一回路内循环流动；蓄热阶段结束后，第三电磁阀43关闭，第一电磁阀41和第二电磁阀42开启。
62.s3、喷油装置21向实验舱内喷油，点火器5对喷出的燃油进行点火；
63.高温、高压的液压油通过高压软管211及雾化喷嘴212或狭缝喷嘴212将喷出的高温液压油雾化。开启点火器5，将喷嘴212处的雾化液压油进行点火，实现油雾燃烧，实现管道内燃油泄漏形成的火灾爆炸场景模拟。
64.本实施例中，控制单元使用plc和触摸屏进行集中控制，通过触摸屏操作控制各元器件启停，在触摸屏界面上具有油箱111温度设定，喷出油流量显示，喷出液压油的压力设定及显示功能。
65.s4、模拟发动机舱喷雾火灾的试验；在试验过程中，模拟管道泄漏过程中液压油泄漏时间由自动计时装置监测控制，当泄漏时间达到3s时立即关闭第一回路，液压油回到第二回路继续循环。点火器5模拟火灾爆炸场景过程中点火时间由自动计时装置检测控制，当点火时间达到1s时停止点火。实验舱内还设置有风机和有误浓度传感器，试验完成后启动实验舱内的风机吹扫10min以上，探测系统内的油雾浓度传感器数值确认安全后，方可有人员靠近。
66.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。