直升机进气道参数的试验分析（直升机机载电子设备BARAN）

直升机机载电子设备BARAN 87大气压力组件虚拟化仪表试验器设计

编写:贺军

1、概述

"BARAN 87大气压力组件"是"sfim"公司生产的产品。

"BARAN 87大气压力组件"是用于采用风速模块检测动态压力"P"和静态压"S"的变化状态的设备。

"BARAN 87大气压力组件"是用于直升机自动驾驶系统的一个组成部件。

"机载电子设备虚拟化仪表直升机BARAN 87大气压力组件试验器"是使用虚拟化仪表控制方式设计的专为检测"BARAN 87大气压力组件"试验器。

2、直升机BARAN 87大气压力组件简介

2.1、概述

"BARAN 87大气压力组件"外形如下图所示。

"BARAN 87大气压力组件" 制造商设计的部分生产编号不同在功能上也会有一些不同的区别，常用的有以下A-N编号的区别。

A：418-00475-000， B：418-00475-001， C：418-00475-300，

D：418-00475-301， E：418-00475-302， F：418-00475-400，

G：418-00475-401， H：418-00475-500， J：418-00475-600，

K：418-00475-450， L：418-00475-550， M：418-00475-700，

N：418-00475-560，

"BARAN 87大气压力组件"外观物理特性如图所示；

2.2、"BARAN 87大气压力组件"主要技术指标：

1）、物理特征：

外形尺寸：长：205.5 mm (219.5 mm 整体)、-宽: 110 mm、-高: 90.5mm

重 量：1.680 Kg ±5%

外 观：黑色外壳，外壳上边有标签，暗黑色与底面连接支架。

2）、环境特性：

工作温度： -40℃至70℃

存储温度： -55℃至85℃

最大工作高度： 20000英尺

最低工作高度： -1000英尺

空气中的湿度： 最大 95 % （在 32℃）

机箱外最大压力：绝对值1687 mb

3）、主要技术特征：

使用范围：

飞行高度：0至18000英尺。

飞行速度：40至220 kt

工作电源：

28 V ± 0.3V.

15 V ± 0.1V.

电流消耗：

28V： ≤ A和B: 50mA、

≤H、J、L和N： 220mA

≤其他： 205mA

±15V：≤ A和B: 185mA、

≤H、J、L和N： 45mA

≤其他： 45mA

绝缘测试； ≥20M（在45伏电压下测试）。

2.3、"BARAN 87大气压力组件"结构简介

"BARAN 87大气压力组件"的风速模块由一个用八个螺钉固定的法兰边缘圆柱形盖保护的电子气动单元组成。

盖子上装有两个加强的板，衬套上有两个螺纹孔，当安装在架上时，这些孔被用来螺丝固定模块。

（1）前面板

模块的前面板上有以下连接器：

（a）、电插座连接器

19针插座连接器安装有插槽和凸耳，分别用于定位和锁定飞机线路的相应插头连接器，它由4个螺丝固定。

（b）气动连接器"S"

"S"允许静压进入模块。

（c）气动连接器"P"

"P"气动连接器底座允许总压力进入模块。

气动连接器底座由六角螺母固定。

（2）后面板

后面板在铝支架上带有标识牌，内部设备由两个螺丝固定。

（3）内部结构见下图所示，该模块包含以下部分：

-风速探测器，

-气压探测器，

-两个部件：

"放大器"板（Z1），"风速检测"板（Z2）。

"动态检测器"（动压），"气压探测器"（静压）两个探测器都是一样的。

它们包括下面的-一个膜盒传感器，-一个连接组件，-一个线性感应电位器。

板是由环氧玻璃卡制成的，它固定在组件上，这些组件处理从探测器或系统发出的数据。

类型为A到G，K和M的大气数据组件工作原理图如下所示。

类型为H、J、L和N的大气数据组件工作原理图如下所示。

风速气压模块检测动态压力（P）和静态压力（S）的变化，提供与这些压力成正比的两个电压。

这些从探测器输出的电压由模块中的两个电路板处理风速检测器测量的压差：总压力P，静态压力S，这种差异取决于飞机的速度。

膜盒压力传感器在内部承受总压力，在外部承受静压，并测量差压。

膜盒压力传感器的运动通过平衡连杆机械放大，并通过线性感应电位器电子放大，该电位器是一种可变耦合变压器，其感应电压取决于转子的角度位移。

类型A 到 G， K和M 版本大气组件插头接线表如下所示。

类型H、J、L和N接头的接线如下图所示。

3、"BARAN 87大气压力组件"测试气路控制部分简介

"机载电子设备虚拟化仪表直升机BARAN 87大气压力组件试验器"气路控制部分如图所示。

气路控制部分由15个单元组件组成：

1）、动压充气泵（M1）。

2）、静压抽气泵（M2）。

3）、动压控制电磁阀（J1）。

4）、动压排气电磁阀（J2）。

5）、静压控制电磁阀（J3）。

6）、静压排气电磁阀（J4）。

7）、动压控制气阀。

8）、静压控制气阀。

9）、动、静压互通气阀。

10）、动静压互通电磁阀（J5）。

11）、动压显示传感器ZSE40F。

12）、静压显示传感器ZSE40。

13）、动压储气罐。

14）、动压气路连接端口。

15）、静压气路连接端口。

气路控制组件板如下图所示:

动压和静压的压力传感器

动压和静压的压力传感器外形如下图所示：

动压和静压的压力传感器简介：

动压和静压的采集压力传感器分别采用日本产的ZSE40F和ZSE40高精度数字式压力传感器。该压力传感器技术性能指标如下：

ZSE40F使用压力范围:在-100.0kPa到 100.0kPa

供电电压：DC12-24V /- 10% （波度10%以内）

保证耐压力：500kPa

压力分解度：0.1kPa 1mmHg(设备动压测试选用mmHg)

压力反应时间： 2.5ms

重复精度： /- 0.2%满刻度以内 /- 1个单位以下

模拟电压输出：1-5V /- 5% 满刻度以内（在电压范围内）

模拟输出直线性： /- 1% 满刻度以内

模拟电压输出阻抗：1K

使用周围温度范围：操作时0-50℃，保存时-10到60℃（防止结冰）

使用周围湿度范围：35-85%RH（防止结冰）

ZSE40 使用压力范围:在10.0kPa到-101.3kPa

供电电压：DC12-24V /- 10% （波度10%以内）

保证耐压力：500kPa

压力分解度：0.1kPa

压力反应时间： 2.5ms

重复精度： /- 0.2%满刻度以内 /- 1个单位以下

模拟电压输出：1-5V /- 2.5% 满刻度以内（在电压范围内）

模拟输出直线性： /- 1% 满刻度以内

模拟电压输出阻抗：1K

使用周围温度范围：操作时0-50℃，保存时-10到60℃（防止结冰）

使用周围湿度范围：35-85%RH（防止结冰）

动压和静压加到压力传感器后转换为模拟电压输出后分别加入空速表、高度表和升降速度的比例放大器输入端。ZSE40和ZSE40F接线图如下：

4、"BARAN 87大气压力组件"测试虚拟化仪表显示和控制部分简介

"机载电子设备虚拟化仪表直升机BARAN 87大气压力组件试验器"虚拟化仪表显示和控制部分如图所示。

"机载电子设备虚拟化仪表直升机BARAN 87大气压力组件试验器"虚拟化仪表显示和控制部分由以下几部分组成：

1）、28V电源工作电流检测部分。

2）、15V电源工作电流检测部分。

3）、动压（全压）测试部分。

4）、静压测试部分。

5）、动压控制"BARAN 87大气压力组件"电压输出检测部分。

6）、静压控制"BARAN 87大气压力组件"电压输出检测部分。

7）、门限开关指示检测部分。

5、"BARAN 87大气压力组件"测试方法说明

5.1、测试规范操作试验条件：

1）、"BARAN 87大气压力组件"测试时需要在正常供电条件下进行测试，测试供电的电源要求：

（1）、 28 V±0.3V

（2）、±15 V ±0.1V

2）、测试环境温度要求：

在20 ℃ ±5℃ 环境温度下进行试验。

3）、测试时间要求：

输出电压测试要在通电15分钟后测量。

4）、测试电压和信号在设备的插座端子处检测（详见大气组件插头接线表中所述，不同的产品类型接线有所不同）。

5）、测试空速计量单位是以节（kt）为计量单位。

kt是英文knots的缩写，中文名字叫"节"。

此速度单位常用于航海、航空等领域。例如:船舶的航行速度一般国际上都均采用"海里/小时"计算，简称为xx节。

1Kt=1n mile / h = 1.852Km / h。

1节=1海里/小时=1.852公里/小时。

各国计算标准不统一，我国按1.852公里/小时计算。即:

1海里/小时=1.852公里(千米)/小时(中国标准)

1海里/小时=1.85101公里(千米)/小时。(美国标准)

1海里/小时=1.85455公里(千米)/小时。(英国标准)

1海里/小时=1.85327公里(千米)/小时。(法国标准)

1海里/小时=1.85578公里(千米)/小时。(俄罗斯标准)

6)测量高度计量单位是以英尺（ft）为计量单位。

7）、连接测试设备前要先进行绝缘测试

绝缘测试；≥20M（在45伏电压下测试）。

绝缘测试在 45V直流电压兆欧表条件下测试，在插座连接器端子先与外壳接地端测试。

应施加5秒测试，在环境温度下读取的绝缘电阻应大于20兆欧姆。

5.2、"BARAN 87大气压力组件"工作电流检测

用鼠标点击" 28V"和"±15V"的"电源接通"开关接通工作电源，此时观察虚拟化仪表上显示的电流检测数值，此处以"A类型""BARAN 87大气压力组件"为例，如下图所示， 28V：≤ A和B:50mA， 15V：≤ A和B:185mA。

测试的电流消耗指标：

28V：≤ A和B: 50mA、

≤H、J、L和N： 220mA

≤其他： 205mA

15V：≤ A和B: 185mA、

≤H、J、L和N： 45mA

≤其他： 45mA

5.3、"BARAN 87大气压力组件"气体严密性检测

检查"BARAN 87大气压力组件"气体严密性的目的是检查"BARAN 87大气压力组件"内的"全压"和"静压"如下图所示气压膜盒的密封性，气压膜盒的密封性不好直接影响设备的技术指标的准确性。

（1）连接"BARAN 87大气压力组件"的静态端口（S）和总压力端口（P）经过一个三通接头连接到"机载电子设备虚拟化仪表直升机BARAN 87大气压力组件试验器"的"S"静压端口，如图所示。

（2）气体严密性测试采用静压测试，静压测试部分在虚拟化仪表屏幕右侧，用鼠标点击"静压气泵控制"开关，打开静压抽气泵工作电源，此时"静压气泵控制"开关上的△指示灯也同时燃亮，"静压气泵电源控制"指示灯也同步燃亮。用鼠标点击调节"高度表PWM调速旋钮"慢慢增大"静压抽气泵"的工作力度，观察指针式"高度表（x 1000ft）"和"高度表数字显示(x1000ft)"的数值到达高度表显示为"18289 ft"，如下图所示。

高度18289 ft相对于目前的大气压力为500mb，使箱体减压500毫巴。

（3）用鼠标再点击"静压气泵控制"开关停止施加负压。表示停止了静压抽气泵工作电源，此时"静压气泵控制"开关上的△指示灯也同时熄灭，"静压气泵电源控制"指示灯也同步熄灭。

保持现状指示数值的稳定状态10分钟时间，到达10分钟时间时观察"高度表"的指示下降到"18056 ft"之上，也就是代表检查"BARAN 87大气压力组件"的气压膜盒箱内压力在10分钟内增加不超过5mb。

注意：检查试验时要将"BARAN 87大气压力组件"的气压端口与试验器的"S"静压端口连接的管道应尽可能短。

5.4、"BARAN 87大气压力组件" 风速检测器的测试

"BARAN 87大气压力组件"的"风速检测器的测试"是在虚拟化仪表左侧部分检测，如下图所示。

进行"风速检测器的测试"需要将"BARAN 87大气压力组件"的电路引出线插头接线的"R"和"E"线与试验器对应的端口连接。

1）、"风速检测器的测试"的测试采用全压测试，全压测试部分在虚拟化仪表屏幕左侧，用鼠标点击"动压气泵控制"开关，打开动压充气泵工作电源，此时"动压气泵控制"开关上的△指示灯也同时燃亮，"动压气泵电源控制"指示灯也同步燃亮。用鼠标点击调节"空速表PWM调速旋钮"慢慢增大"动压充气泵"的工作力度，观察指针式"空速表（kt）"和"空速数字显示(kt)"的数值，例如调节高度表显示为"100 kt"，观察指针式"空速表（kt）"和"空速数字显示(kt)"的数值均为"100 kt"如上图所示。

2）、）继续增加动压一直增加到200Kt （66，55mb），如下图中所示。

然后逐渐下降到40Kt（2.62mb）。

逐渐下降空速的速度的方法是用鼠标点击调节"空速表PWM调速旋钮"慢慢逆时针旋转减小"动压充气泵"的充气力度，此时不要用鼠标点击"动压气泵控制"开关，因为用鼠标点击"动压气泵控制"开关时同时会关闭了"动压控制继电器J1"使气压停止流动。

也不要采用用鼠标点击"动压释放"开关来下降空速，因为点击"动压释放"开关后，"动压释放继电器J2"打开后释放残留气压，空速表会比较快的速度下降，使用者来不及观察空速表和"空速输出电压"的对应变化关系。

在逐渐下降空速的过程观察"空速输出电压（mV）"竖条状显示以及竖条状显示下方的数字式显示窗口，对应关系如下表中所示。

根据下表，"BARAN 87大气压力组件"的电路引出线插头接线的"R"和"E"线的输出电压与以节表示的速度成正比关系。

（3）测试结束时，用鼠标再点击"动压气泵控制"开关停止施加动压。表示停止了动压充气泵工作电源，此时"动压气泵控制"开关上的△指示灯也同时熄灭，"动压气泵电源控制"指示灯也同步熄灭。

5.5、"BARAN 87大气压力组件"气压探测器的测试

1）、"BARAN 87大气压力组件"的"气压探测器的测试"是在虚拟化仪表右侧部分检测。

进行"气压探测器的测试"需要将"BARAN 87大气压力组件"的电路引出线插头接线的"S"和"E"线与试验器对应的端口连接。

2）、气压探测器的测试采用静压测试，静压测试部分在虚拟化仪表屏幕右侧，用鼠标点击"静压气泵控制"开关，打开静压抽气泵工作电源，此时"静压气泵控制"开关上的△指示灯也同时燃亮，"静压气泵电源控制"指示灯也同步燃亮。用鼠标点击调节"高度表PWM调速旋钮"慢慢增大"静压抽气泵"的工作力度，观察指针式"高度表（x 1000ft）"和"高度表数字显示(x1000ft)"的数值到达高度表显示为"18289 ft"，观察"高度输出电压（mV）"的立柱填充显示电压值与立柱填充显示下方的"高度输出电压（mV）"数字式显示窗口均显示对应的输出电压"8303 mV"。

高度显示18289 ft相对于目前的大气压力为500mb，使箱体减压500毫巴。

"BARAN 87大气压力组件"的"气压探测器的测试"是在虚拟化仪表右侧部分检测，如下图所示。

3）、逐渐下降到"高度表（x 1000 ft）"到"-989 ft"，下降高度表的显示数值从"18289 ft"下降到"-989 ft"，相对于绝对压力为从"500mb"上升到"1050 mb"。

逐渐下降高度表高度的方法是用鼠标点击调节"高度表PWM调速旋钮"慢慢逆时针旋转减小"静压抽气泵"的抽气力度，此时不要用鼠标点击"静压气泵控制"开关，因为用鼠标点击"静压气泵控制"开关时同时会关闭了"静压控制继电器J3"使气压停止流动。

也不要采用用鼠标点击"静压释放"开关来下降高度，因为点击"静压释放"开关后，"静压释放继电器J4"打开后释放残留气压，高度表会比较快的速度下降，使用者来不及观察高度表和"高度表输出电压"的对应变化关系。

在逐渐下降高度表数值的过程观察"高度输出电压（mV）"竖条状显示以及竖条状显示下方的数字式显示窗口，对应关系如下表中所示。

根据下表，"BARAN 87大气压力组件"的电路引出线插头接线的"S"和"E"线的输出电压与以英尺表示的高度显示成正比关系。

5.6、"BARAN 87大气压力组件"空速开关的测试

1）、"BARAN 87大气压力组件"的"空速开关的测试"是在虚拟化仪表中间部分检测。

进行"空速开关的测试"需要将"BARAN 87大气压力组件"的电路引出线插头接线的"K"和"L"线与试验器对应的端口连接。

如果空速超过预设阈值，K中出现28V，L被设置为接地。

例如类型版本"F、G、H"空速达到"40kt"如下图所示。

例如类型版本"A和B "空速达到"59.4kt"如下图所示。

"空速开关的测试"门限如下列表所示。

版本A至6，K和M，如果空速大于阈值，如果点P没有通电，则点M设置为地，如果存在 28V（PI中存在耦合器），则禁用此开关。

版本H，J，L和N，点M设置为地，N点提供 28V，如果电源-15V和28V存在（电源启用）。

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