关于飞机密封结构的探讨
【摘要】密封是军用和民用领域所必须的一门通用技术，不进建筑、船舶、石油化工、机械制造、能源交通、环境保护等工业离不开密封技术，航空航天武器转杯等尖端领域也与密封技术紧密相关。20世纪以来，飞机制造业取得了长足的进步，飞行速度最高达到了音速的3倍，飞行高度超过20000米，连续飞行距离达到20000公里以上。这种更高、更快、更远的成就取得是在一系列复杂技术问题得到解决后实现的，而密封技术就是实现该目标的关键技术之一。人类在高空飞行的生存空间必须能满足维持生命的基本条件，即氧气的浓度和环境温度。随着高度的增加，氧气的浓度和环境的温度都会急剧下降。因此要想实现高空载人飞行的飞机必须采用气密座舱并配置氧气增压、加温装置的空气调节系统，气密座舱和空气调节系统的实现都依赖于密封技术的实现。密封技术的现状，着重围绕密封问题所引发的腐蚀损伤对典型飞机结构疲劳寿命影响、飞机结构新的密封技术及其有效性验证方法等一系列关键技术问题展开了较为深入的研究。本文就以飞机气密性为中心，详细的介绍了飞机的气密性、提升气密性对飞机安全性的影响和未来气密性的发展趋势和方向。之后，对国内外的飞机气密性有了一个简单的介绍，并就中国飞机气密性的三个问题:焊接技术落后、密封材料及技术落后、维修环节薄弱进行了详细的剖析，并提出改善飞机气密性的建议：提高焊接技术
的应用、选用高科技的密封技术和材料、 加强飞机的维修环节。
【关键字】飞机气密性，存在问题，建议
【 Abstract 】 Seal is the military and civilian field must be a general technology, not into the building, shipbuilding, petrochemical, machinery manufacturing, energy, transportation, environmental protection and other industrial without aling technology, cutting-edge domains such as aerospace weapons rotor is cloly related to aling technology. Since the 20th century, the aircraft industry has made great progress, speed up to 3 times the speed of sound, altitude of more than 20000 meters, the continuous flight reaches more than 20000 kilometers. The higher, faster and farther achievement is obtained after a ries of complex technical problems solved, and the aling technology is one of the key technologies to realize this goal. Human life in the high-flying space must be able to meet the basic conditions to sustain life, namely the oxygen concentration and temperature. With the increa of altitude, the concentration of oxygen and the environment will be a sharp drop in temperature. So if you want to achieve high a
ltitude manned flight aircraft must u airtight cabin and configure oxygen pressurization air conditioning system, heating device, airtight cabin and the realization of the air conditioning system are dependent on the implementation of the aling technology. The prent situation of the aling technology, focusing on aling problems caud by corrosion damage of aircraft structure fatigue life of typical influence new aling technology, aircraft structure and validation method and a ries of key technical problems for more in-depth rearch. This article is centered on the plane air tightness, detailed introduces the air tightness, air tightness of the plane effect on the safety of aircraft and the future development trend and direction of the air tightness. Aircraft air tightness of both at home and abroad after a simple introduction, and the Chine aircraft air tightness of three problems: welding technology backwardness, aling material having a weak and backward technology, maintenance carried on the detailed analysis, and put forward Suggestions to improve the aircraft air tightness: improve the application of welding technology, lects the high-tech aling technology and material, strengthen the link of aircraft maintenance.
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铁板豆腐【 Key Words 】 Aircraft air tightness；There is a problem； Advice
一、绪论
当前国内外研究机构重点关注采用超声和红外热成像的气密性监测方法。冷气系统是飞机的主要附件系统，其主要功能包括驱动机轮刹车、收放着陆减速伞、座舱密封、应急收放起落架等。军队当前采用的冷气系统气密性检测方法是通过对冷气系统增压来观察压力表值的变化，操作程序复杂，耗费时间长，检测效率低，无法满足现代战争对装备保障的需要。因此迫切需要一种高效、迅速、准确的气密性检测方法，来提高装备保障的效率，达到检测手段智能化、通用化、小型化的要求。国内的同类产品在检测精度及智能化方面与国际先进水平还存在一定差距。本文提出采用超声检测的方法，并利用虚拟仪器良好的人机交互界面，采用基于成语故事亡羊补牢LabVIEW基于LabVIEW的飞机气体系统气密性检测系统设计的系统设计，实现检测设备的小型化、智能化要求。
针对飞机气密性检测要求,采用超声检测的方法更能满足实际的检测需要。而国内已有产品在检测精度及智能化方面与国际先进水平还存在一定差距。文中提出采用超声检测的方法,采用超声传感器阵列接受泄漏的超声信号,采用DSP及虚拟仪器技术进行系统设计。采用La情感英文
bVIEW作为软件开发平台。所以,将该系统应用于飞机气体系统的气密性检测,可以实现较好的检测效果。同针对飞机冷气系统特点，结合DSP和虚拟仪器技术的优势，研制了具有良好的虚拟仪器界面的气密性检测系统，该系统具有对气体泄漏进行实时检测与趋势预测的能力，并能对泄漏故障报警。目前比较流行的气密性检测方法是利用气体流量公式进行检测。首先测量与泄漏量相关的一些参数,例如压力、压差、弹性波等,然后将这些相关量通过一定关系式转化为相应的泄漏量。这种检测方法受主观因素影响小,检测精度高,并且易于实现自动控制、自动报警,大大提高了检测效率。
2、飞机气密性简介
2.1机身气密性简介
在工业生产和自动控制中，常常需要对压力、流量、泄漏量等模拟量进行检测和监控。对飞机来说，各种参数和性能的监控和把握更是重要。其中，飞机的气密性直接影响到飞机空气调节系统的效率和飞机的安全性能，是飞机重要的性能指标之一。随着科学技术的进步和工业生产的发展，对产品和设备气密性的要求也越来越高。因此，除了设计和加工过程中应采取有效措施，防止泄漏隐患外，在设备的生产、组装、调试及使用过程中，还
要运用有效的泄漏检测手段，将不允许存在的漏孔找出来，以便进行修补。设备或器件因功能不同，泄漏的大小、部位和泄漏的物质不同，泄漏所带来的危害程度和危害表现也就不同。泄漏的危害性主要表现在以下几个方面:破坏真空设备或真空器件的工作真空度;破坏仪器设备内部的工作压力;使储存的高压气体或燃料损失;对器件内部气体进行污染;造成产品失败等。
2.2提升气密性的意义
用适当的方法迅速判断是否漏气;测定泄漏率，并确定其是否在允许范围之内;选择合适的检漏方法，找出泄漏点的确切位置，以便进行修补。飞机座舱往往是气密的，但在实际过程中，由于飞机座舱结构问题，座舱的泄漏是不可避免的。针对飞机在出厂前要进行的整体机舱泄漏检测而设计的试验系统。飞机机舱的泄漏量不仅对气密性有影响，对压力控制系统也有影响，先对机身进行压力试验和气密试验，从而判断是否有泄漏，随后对泄漏大小及泄漏点的位置进行判断，以便对飞机进行维修。
2.3气密性的发展方向及趋势
气密性检测技术的研究工作基本都集中在泄漏的定量检测,但不能确定泄漏的具体位置。目前一种新的发展趋势是把气密性检测技术和水检方法结合在一起,形成一套多功能的检测设备。利用该设备首先对工件进行气密性检测,如果工件合格烤鸡的制作方法,则完成了检测,将工件送出;如果工件泄漏量超标,则将工件及卡具等作为一个整体沉入一个水槽里,观察具体的泄漏位置。另一方面越俎代庖造句,国内外的研究机构一直在寻求一种有效的干式泄漏检测与定位的方法。其中,美国USON公司和日本COSMOS公司等在泄漏定点检测方面做了大量的工作,主要产品集中在两类:一类是利用质谱检测的原理,采用稀有气体作为示踪介质,手持探头在充有一定压力气体的被测对象外逐点检测,当探头靠近泄漏点时,仪器进行声光报警;另一类是利用超声波定向原理,向被测对象充一定压力的纯净空气,当被测对象存在较大漏孔(10-3Pa#m3/s以上)时,气体就会穿过漏孔形成湍流,并在漏孔附近产生频率大于20kHz的连续宽带超声波,此时利用检漏仪的超声波定向探头进行扫描即可完成漏点定位。传统的水检法与示踪气体法受检测原理的限制存在着效率低、无法在线诊断等缺点。超声波法也只能在泄漏孔较大并且泄漏气体为湍流时才可以采用。如何开发一套更方便、高效的泄漏点定位系统,是国内外气密性检测相关研究机构关注的热点问题。近年来,红外热成像技术以响应速度快、测量范围宽、非接触测量等优点得到了广泛的重视,但对于其在气密性检测技术中的应用尚无人涉足。
3、中外飞机气密性研究现状
3.1外国气密性研究现状
对于飞机气体系统进行气密性检测需要较高的检测灵敏度,且能够实现快速检测的目的。当前国内外研究机构重点关注采用超声和红外热成像的气密性监测方法。针对飞机气密性检测要求,采用超声检测的方法更能满足实际的检测需要。国内外研究表明，超声波与红外成像已成为气密性检测方法主要的发展趋势。红外成像检测气密性的方法需要压缩冷空气源，成本较高，与机动快速的航空装备检测要求不适应。以美国UE公司为代表的超声气密性检测生产企业,其产品UI一traprobel仪xx〕被NASA用于航天领域,代表着当前超声检测气密性的最高水平。而国内已有产品在检测精度及智能化方面与国际先进水平还存在一定差距。文中在研究了军用飞机检测特点的基础上,提出采用超声检测的方法,采用超声传感器阵列接受泄漏的超声信号,采用DsP及虚拟仪器技术进行系统设计。采用肠bviEW作为软件开发平台,可以实现较好的检测效果。
目前比较流行的气密性检测方法是利用气体流量公式进行检测。首先测量与泄漏量相关的一些参数,属龙和属马例如压力、压差、弹性波等,然后将这些相关量通过一定关系式转化为相应的泄漏
量。这种检测方法受主观因素影响小,检测精度高,并且易于实现自动控制、自动报警,大大提高了检测效率。依据被测参数的不同,依据气体流量公式进行气密性检测的方法又分差压法、直压法、真空法、流量法等。其中被测参数的选取,对气密性检测精度有直接影响。直压式检测精度低,价格便宜。而差压式与流量式检测精度高,价格相对也较高。应该根据不同工件特征,选取合理的气密性检测设备,力求经济合理、精确有效。
3.2中国气密性研究现状
对于飞机气体系统进行气密性检测需要较高的检测灵敏度,且能够实现快速检测的目的。当前国内外研究机构重点关注采用超声和红外热成像的气密性监测方法。针对飞机气密性检测要求,采用超声检测的方法更能满足实际的检测需要。而国内已有产品在检测精度及智能化方面与国际先进水平还存在一定差距。文中提出采用超声检测的方法,采用超声传感器阵列接受泄漏的超声信号,采用DSP及虚拟仪器技术进行系统设计。采用LabVIEW作为软件开发平台。所以,将该系统应用于飞机气体系统的气密性检测,可以实现较好的检测效果。同针对飞机冷气系统特点，结合DSP和虚拟仪器技术的优势，研制了具有良好的虚拟仪器界面的气密性检测系统，该系统具有对气体泄漏进行实时检测与趋势预测的能力，并能对泄漏故障报警。
3.2.1超声检测气密性的原理
当飞机气体管路内充满气体,当其内部压强大于外部压强时,由于内外压差较大,一旦管路有漏孔,气体就会从漏孔冲出。当漏孔尺寸较小且雷诺数较高时,冲出气体就会形成湍流,湍流在漏孔附近会产生一定频率的声波,声波振动的频率与漏孔尺寸有关,漏孔较大时人耳可听到漏气声,漏孔很小且声波频率大于20 kHz人耳就听不到了,但它们能在空气中传播,被称作空载超声波。超声波是高频短波信号,其强度随着离开声源(漏孔)距离的增加而迅速衰减。因此,超声波被认为是一种方向性很强的信号,用此信号判断泄漏位置相当简单。泄漏超声本质上是湍流和冲击噪声。泄漏驻点压力P与泄漏孔口直径D决定了湍流声的声压级L。著名学者马大猷教授指出在与泄漏孔的距离一定时,泄漏超声的声压级是随泄漏孔尺寸和系统压力的变化而变化的。泄漏产生的超声波频带比较宽,一般在20~100 kHz。
3.2.2基于鸟简笔画DSP的硬件结构设计
该系统主要实现对飞机气体系统(氧气系统、冷气系统)及飞机座舱和油箱的气密性检测。气体泄漏产生的超声信号是很微弱的,而在机场环境下背景噪声很大,在该系统中只检测40 kHz点的泄漏超声波的强度,原因是通过实验得出,在40 kHz点的泄漏超声波能量都是比较大的。而且泄漏声和本底噪声能量差值也最大。这样选择可以增加系统灵敏度。系统的硬件电路由前置放大、滤波、混频处理电路、电源部分、显示部分、数据存储和传输部分组成如图2所示。
3.2.3冷气系统的故障对飞行的影响
冷气系统是飞机的主要附件系统，其主要功能包括驱动机轮刹车、收放着陆减速伞、座舱密封、应急收放起落架等。军队当前采用的冷气系统气密性检测方法是通过对冷气系统增压来观察压力表值的变化，操作程序复杂，耗费时间长，检测效率低，无法满足现代战争
对装备保障的需要。因此迫切需要一种高效、迅速、准确的气密性检测方法，来提高装备保障的效率，达到检测手段智能化、通用化、小型化的要求。国内的同类产品在检测精度及智能化方面与国际先进水平还存在一定差距。本文提出采用超声检测的方法，并利用虚拟仪器良好的人机交互界面，采用基于LabVIEW基于LabVIEW的飞机气体系统气密性检测系统设计的系统设计，实现检测设备的小型化、智能化要求。
