大流量通风环境下高空环境试验参数控制系统的制作方法

本公开涉及航空机载产品综合环境试验技术领域，具体涉及一种大流量通风环境下高空环境试验参数控制系统。

背景技术：

航空产品可靠性试验的基本原则是尽可能真实的模拟产品在实际使用中过程中受到的环境因素的影响，从而暴露产品的缺陷。航空机载设备中有许多大功率电子产品需要由环控系统进行通风冷却以保证其在使用过程中可靠性，因此在进行其可靠性试验时也应模拟真实的工作条件。

航空机载设备真实工作过程中，其冷却通风气体直接排放于高空大气中，在人工模拟试验环境中，其冷却通风气体也需要直接排放于人工模拟的高空环境中。目前市场上针对航空类产品的可靠性试验设备只能模拟封闭稳定的高空环境试验装置，缺少动态通风冷却条件下高空环境参数的控制能力，不能模拟真实环境，因此航空机载通风冷却试验多采用单一环境试验逐项累积考核的办法。但作用于试验件上的综合环境效应与单一环境效应累加误差极大，造成试验件测试结果失真，甚至造成整机故障，因此急需研发一套大流量通风环境下高空环境试验参数控制系统。

技术实现要素：

本申请的目的是针对以上问题，提供一种大流量通风环境下高空环境试验参数控制系统。

第一方面，本申请提供一种大流量通风环境下高空环境试验参数控制系统，包括箱体，所述箱体内设置风道隔板，箱体通过风道隔板分隔为试验室与空气调节室，所述风道隔板对应箱体的顶端设置栅栏送风口，风道隔板对应箱体的底端设置回风口；所述试验室内设有罩设在试验件外部的调温热沉，所述空气调节室内设置变频电机、离心风轮、电加热器、制冷蒸发器及除湿蒸发器，所述变频电机的输出端与离心风轮连接，变频电机通过磁流体密封在箱体外侧顶端；所述箱体外侧设有送风单元、加湿单元、抽真空单元、制冷机组、导热油换热单元以及测量控制单元；所述送风单元用于对试验室内的试验件送风，所述加湿单元用于对空气调节室进行加湿，抽真空单元用于对空气调节室进行抽真空，制冷机组用于对制冷蒸发器、除湿蒸发器以及导热油换热单元提供制冷剂，导热油换热单元用于对调温热沉提供导热油。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述调温热沉设置为不锈钢夹套装置，内设有蜂窝型流道，所述导热油换热单元将导热油输入蜂窝型流道内。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述送风单元包括过滤子单元、减压子单元、流量控制子单元、制冷子单元及加热子单元；气源空气经过过滤子单元进行干燥净化后进入减压子单元进行降压，再经过流量控制子单元的流量调节后通过制冷子单元及加热子单元配合进行调温，调温后的空气通过管道输送至试验室内的试验件内。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述加湿单元将喷嘴设置在空气调节室内，采用超冷水超声波加湿器在喷嘴处形成负压区，吸引去离子水至喷嘴处，形成水分子团与空气调节室内的空气混合。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述抽真空单元的输出端连接至空气调节室，所述抽真空单元包括无油真空泵组及连接在真空泵组上的真空管道，真空管道的端部延伸至空气调节室内，真空管道上设有真空阀门，通过调节真空阀门的开度控制对空气调节室内进行抽真空的速率。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述制冷机组采用两级复叠式的蒸发制冷循环系统。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述电加热器设置为镍铬合金电热丝式加热器。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述箱体包括承压层、设置在承压层外表的绝热保温层以及设置在绝热保温层外表的外壳。

本发明具有以下有益效果：

1、送风单元将冷风送入空气调节室内后迅速通过抽真空单元，以降低其对空气调节室内的温度、湿度、压力的扰动，可使得空气调节室迅速达到稳定状态；

2、当进行低气压低温试验时，制冷机组可同时为制冷蒸发器、除湿蒸发器和导热油换热单元提供冷却剂，利用调温热沉内的低温导热油对试验室进行辐射制冷，弥补制冷蒸发器在低气压环境下换热能力不足的缺陷；

3、空气调节室内的空气循环进入试验室内，能够满足高空环境试验模拟所需的动态温度、高度、湿度参数控制的综合试验环境，通过测量控制单元实现对试验室内环境的精确调控、控制系统能耗低，可精确模拟航空机载电子设备实际工作工况。

附图说明

图1为本申请第一种实施例的结构原理图；

图中所述文字标注表示为：1、箱体；2、调温热沉；3、风道隔板；4、变频电机；5、磁流体；6、离心风轮；7、电加热器；8、制冷蒸发器；9、除湿蒸发器；10、送风单元；11、加湿单元；12、抽真空单元；13、制冷机组；14、导热油换热单元；15、测量控制单元；16、试验件。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。

如图1所示为本申请的第一种实施例的示意图，包括箱体1，所述箱体1内设置风道隔板3，箱体1通过风道隔板3分隔为试验室与空气调节室，所述风道隔板3对应箱体1的顶端设置栅栏送风口，风道隔板3对应箱体1的底端设置回风口。本实施例中优选地，所述箱体1包括承压层、设置在承压层外表的绝热保温层以及设置在绝热保温层外表的外壳。本实施例中，箱体1上还设有箱门、观察窗、真空法兰、测控法兰、排水口以及其他接口。本实施例中，空气调节室内的空气通过栅栏送风口进入试验室内，在试验室内循环完毕后通过回风口循环回空气调节室内。

所述试验室内设有罩设在试验件16外部的调温热沉2，所述空气调节室内设置变频电机4、离心风轮6、电加热器7、制冷蒸发器8及除湿蒸发器9，所述变频电机4的输出端与离心风轮6连接，变频电机4通过磁流体5密封在箱体1外侧顶端。所述箱体1外侧设有送风单元10、加湿单元11、抽真空单元12、制冷机组13、导热油换热单元14以及测量控制单元15；所述送风单元10用于对试验室内的试验件16送风，所述加湿单元11用于对空气调节室进行加湿，抽真空单元12用于对空气调节室进行抽真空，制冷机组13用于对制冷蒸发器8、除湿蒸发器9以及导热油换热单元14提供制冷剂，导热油换热单元14用于对调温热沉2提供一定流量及一定温度的导热油。

本实施例中，优选地，所述调温热沉2设置为不锈钢夹套装置，内设有蜂窝型流道，所述导热油换热单元14将导热油输入蜂窝型流道内。可根据试验需求在-70℃～+250℃范围内调节温度。本实施例中，试验件16放置在调温热沉2内。

本实施例中，离心风轮6通过箱体1外的磁流体5密封的变频电机4驱动，搅动空气使得试验室内的空气通过回风口进入空气调节室。本实施例中，通过除湿蒸发器9降低空气调节室内的湿度，通过制冷蒸发器8降低空气调节室内的温度，通过电加热器7提高空气调节室内的温度，加湿单元11将水蒸气送入空气调节室可提高空气湿度。本实施例中，具有特定温湿度的空气被离心风轮6吸入，通过风道隔板3上部的栅格送风口送入到试验室内，对试验件16所处空间的温湿度进行调节，以达到试验所需要的温湿度环境。

本实施例中，调温热沉2主要用于低气压环境下的辐射制冷，同时可在大量冷却通风气体通入试验空间内时，起到稳定温度场的作用。导热油换热单元14为调温热沉2提供导热油，导热油通过油循环系统实现在调温热沉2内的密闭循环。

本实施例中，测量控制单元15采用两级控制结构：本地控制和远程控制。本地控制与远程控制互锁，具备完全相同的功能，实现系统所有可控设备启停控制、试验箱内温湿度、压力控制和送风系统控制，以plc为核心控制架构，实现设备运行状态的监控以及试验数据的采集、控制，并实现本地、远程控制的无扰切换。本实施例中测量控制单元15对整个系统进行综合、实时控制，实现本地设备运行状态的监控以及试验数据的采集、逻辑控制。被控设备主要包括系统内的执行设备、传感器、控制单元、操作机柜及触摸屏。测量控制单元15负责箱体1温湿度控制、压力控制等不同气候参数控制、箱体1照明、电动阀门等。控制面板安装触摸屏、声光报警器以及按钮开关等，实现本地启停操作、紧急停机操作、控制参数显示和设定、报警等。

本实施例中，采取cfd流体计算仿真方法，对试验空间内空气循环风道进行仿真优化，建立最优通道，可使冷却通风气体进入试验空间内后，尽快被抽真空单元12抽除，降低其对试验空间内的温度、湿度、压力的扰动，可迅速达到稳定状态。

在一优选实施方式中，所述送风单元10包括过滤子单元、减压子单元、流量控制子单元、制冷子单元及加热子单元；气源空气经过过滤子单元进行干燥净化后进入减压子单元进行降压，再经过流量控制子单元的流量调节后通过制冷子单元及加热子单元配合进行调温，调温后的空气通过管道输送至试验室内的试验件16内。本实施例中，通过送风单元10可以精确模拟机载通风试验中所需具有特定流量和温度的空气，本实施例中送风单元10采用多级分路控制原则，流量可在可在0～250kg/h之间调节。

本实施例中，箱体1外送风单元10将新风通过管道穿过箱体1送入试验件16内。该单元主要功能是提供带温度的干燥气体，采用plc控制，实现全自动温度控制。送风单元10设置有多路流量控制支路，每个流量控制支路可在一定范围精确调节空气流量，在0～100kg/h范围内，流量精度不大于1.5％。

在一优选实施方式中，所述加湿单元11将喷嘴设置在空气调节室内，采用超冷水超声波加湿器在喷嘴处形成负压区，吸引去离子水至喷嘴处，形成水分子团与空气调节室内的空气混合。本实施例中，加湿单元11采用喷雾式加湿的原理，利用高速流动的气体在喷嘴附近形成负压区，吸引去离子水到喷嘴处，并且在高速气流的带动下，将水雾化为水分子团，与环境中气体混合。水分子团迅速气化，快速增加空气中的绝对含湿量。该方式与蒸发式加湿一样，为等焓加湿，具有相应的速度快、控制精度高等特点，同时具有安全性好，不额外增加试验空间内热量等特点。

本实施例中，试验空间内湿度增加采用超冷水超声波加湿器进行加湿。超冷水超声波加湿器采用超声波高频振荡原理，将水雾化成为1～5μm的超微粒子，通过超冷技术保证环境温度在最低-40℃依然是液态状态，高压装置配合喷嘴装置将水雾扩散到低气压低温(或高温)环境，达到均匀加湿的目的。超冷水超声波加湿器采用了独特的湿度控制，随湿度变化而自动调节加湿量，当相对湿度高于设定的上限h时，加湿器便自动停止加湿，使环境始终处于恒湿状态。超冷水超声波加湿器是将加湿器的过滤器，泵机组，水箱，超声装置，超冷水装置，控制箱安装在箱体1外，喷雾系统(喷嘴、管道、电容式湿度传感器)等安装在箱体1的空气调节室内加湿。这种加湿方式是将去纯水经加湿器主机增压并通过超细过滤后，在经过超冷水及、超声装置，再经过特制的高压喷嘴雾化高速喷出，形成1～5μm的水雾粒子，与流动的空气进行热湿、冷湿交换，实现对箱体1内不同温度、压力状态下的湿度控制。

在一优选实施方式中，所述抽真空单元12的输出端连接至空气调节室，所述抽真空单元12包括无油真空泵组及连接在真空泵组上的真空管道，真空管道的端部延伸至空气调节室内，真空管道上设有真空阀门，通过调节真空阀门的开度控制对空气调节室内进行抽真空的速率。

本实施例中，箱体1内压力模拟通过对密闭试验环境内抽气或充气的方式实现。根据不同试验的高度或压力需求，配置真空泵组及其配套工艺设备。其中压力下降(高度上升)主要通过控制抽气速率的方式进行，压力上升(高度下降)主要通过控制复压速率的方式进行。具体实现过程为：舱体上配置真空压力传感器，真空泵组与舱段之间配备可调真空阀门。压力传感器负责测量容器内的当前真空度并反馈到控制系统，压力控制系统根据反馈结果来控制调节真空阀门的开度，通过抽气与进气的平衡从而实现指定压力值或者指定上升速率的调节与保持。下降过程的下降速率调节主要通过可控真空阀门实现舱体可控复压的过程实现。

在一优选实施方式中，所述制冷机组13采用两级复叠式的蒸发制冷循环系统。本实施例中，制冷剂可通过电磁阀门的调节，改变流量，从而精准控制制冷量。

在一优选实施方式中，所述电加热器7设置为镍铬合金电热丝式加热器。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将申请的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本申请的保护范围。

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