一种飞机集成刹车模块耐污染试验方法及试验系统
技术领域
本发明属于可靠性工程技术领域，涉及一种飞机集成刹车模块耐污染试验方法及试验系统。
背景技术
航空液压阀是现今航空液压系统的重要控制元件，关系到飞机的安全飞行。固体颗粒污染物是影响航空液压阀的工作性能与可靠性的关键因素之一。由于液压系统中不可避免地存在大量颗粒污染物，液压阀在污染油液中工作一段时间后，极易产生污染磨损、污染卡死和污染堵塞等故障，甚至导致失效。
在现今的液压阀耐污染试验方法之中，主要是针对某一种特定污染物等级的污染油液进行测试，进而评估待测元件对特定污染油液的耐污染程度，对于不同污染等级的污染物的测试存在不足。同时，现有测试方案针对的污染物主要是同一尺寸的污染物，对于不同尺寸的污染物的测试方法有待改进。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，为了解决同时对不同尺寸和等级的污染物进行测试的问题，提出一种飞机集成刹车模块耐污染试验方法及试验系统。本试验方法针对卡滞这一失效模式，提供一种试验程序，验证集成刹车模块在NAS1638《International particle count standards》规定的6级至9级污染的等级下的耐污染水平。
本发明方法是通过下述技术方案实现的：
一种飞机集成刹车模块耐污染试验方法步骤如下：
步骤一、试验系统的准备；被试的集成刹车模块中所有元件都需满足在NAS6至9级污染情况下正常工作的要求；
步骤二、根据集成刹车模块的工作介质及流量要求，试验系统需配备不低于3倍系统流量的航空液压油；
步骤三、准备取样装置，备用；所述取样装置能够对试验系统的工作介质进行提取并检验介质污染度是否达到所需的污染等级；
步骤四、选用合适的污染粉尘，并根据工作介质容积计算达到NAS6级污染等级需要的粉尘质量，确保可以调配出需要的污染等级，并选择合适的污染物尺寸；
步骤五、对试验系统进行检验；首先对试验系统清洁，然后根据步骤四的计算结果添加污染物，使试验系统达到NAS6级污染等级；
步骤六、启动试验系统，确认系统的工作压力符合要求；控制试验系统中集成刹车模块伺服阀循环12次，记录最后6次循环时的集成刹车模块“电流-压力”曲线作为其性能参数；
步骤七、在试验系统运行期间，监测试验系统的污染水平，并确保试验系统的污染等级符合要求；
步骤八、将集成刹车模块设置到最容易导致淤堵或者卡死的位置上，分别静置0.5、1、2、4、8、16和32分钟，每次静置后控制试验系统中集成刹车模块伺服阀循环12次，记录最后6次循环时的集成刹车模块“电流-压力”曲线作为其性能参数；
步骤九、重复步骤四至步骤八的试验过程，分别测试NAS7级、NAS8级、NAS9级污染等级下的集成刹车模块性能参数；不同之处是将步骤四至步骤八种的污染等级分别替换成NAS7、NAS8和NAS9。
自此，就完成了本发明所述的集成刹车模块耐污染试验方法。
其中，所述工作介质是指液压系统的工作介质，即航空液压油；所述航空液压油优选为磷酸酯基航空液压油；
集成刹车模块伺服阀元件两线圈流经一次0～60～0mA电流为一个循环；
一种实现所述飞机集成刹车模块耐污染试验方法的试验系统，所述试验系统包括：驱动电机，温度计，油箱，出口压力计，液压泵，取样口球阀，出口球阀，安全阀，热交换器，卸荷阀，流量计，单向阀，油滤，A口压力计，B口压力计，油滤压差计，注入口球阀，污染物注入腔，节流旁通阀一，节流旁通阀二和旁通阀。
其连接关系为：油箱底部、液压泵、节流旁通阀、旁通阀依次管路连接；旁通阀出口D、油滤、单向阀、流量计、热交换器、污染物入口依次管路连接，污染物入口伸入油箱顶部，位于液面以上；旁通阀出口C管路连接在流量计和单向阀之间；油滤压差计与油滤并联，油滤压差计一端连接在旁通阀出口D和油滤之间，另一端连接在油滤和单向阀之间；集成刹车模块压力口Pm连接在液压泵和节流旁通阀之间的管路中，集成刹车模块回油口Tm连接在节流旁通阀和旁通阀之间的管路中，即压力口Pm和回油口Tm通过节流旁通阀连通，集成刹车模块的出口A和出口B通过节流旁通阀二连通，出口A和出口B分别接A口压力计和B口压力计；卸荷阀一端管路连接在液压泵和集成刹车模块压力口Pm之间，另一端管路连接在流量计和单向阀之间；管路I并联在液压泵、卸荷阀、流量计、热交换器和油箱形成的管路中，管路I一端位于液压泵和卸荷阀之间，另一端位于热交换器和油箱之间，该管路上依次连接有出口球阀、污染物注入腔和注入口球阀；出口压力计连接在液压泵和出口球阀之间；液压泵和出口压力计之间的管路上连接一根取样管路，该管路上连接取样阀；管路II与管路I并联，管路II一端位于液压泵和取样管路之间，另一端与液压油入口连接，管路II上连接有安全阀，液压油入口从顶部伸入油箱中液面以下；驱动电机与液压泵连接；油箱和液压泵之间管路上连接有温度计；
取样口球阀6平时关闭，取样时打开；出口球阀7在系统工作时关闭，污染物搅匀时打开。
节流旁通阀一，用于在被试集成刹车模块关闭时保持试验系统流量。
节流旁通阀二，用于在被试件开启(有流量)时保持试验系统中的压力。
旁通阀，清洁系统时使用。
油箱底部为锥形，其夹角小于90度，以确保充分的流体流动。
污染物注入腔采用专用容腔，确保污染物注入腔内无污染物滞留。优选污染物注入腔的容积约500mL，其容腔高度与直径之比约为10，并且锥形底部的夹角小于90度。
热交换器为不会导致污染物聚集的冷却器，使用单通道单元并垂直安装冷却器，液压油从冷却器底部进入。
流量计为对污染物不敏感的流量计，精确度在全量程的2％以内。同时确保试验系统中流道尺寸足以使整个试验系统中存在湍流混合。
步骤四中试验用污染粉尘的选择：
A、当被试集成刹车模块对污染粉尘是否有磁性不敏感，且其包含元件中不含电动液压阀时，污染物由亚利桑那试验粉尘单独构成。
B、当被试集成刹车模块组成元件含电动液压阀时，若污染粉尘的颗粒尺寸局限在[0-40μm]范围内，污染粉尘为亚利桑那试验粉尘和羰基铁粉(Carbonyl Iron，CI)的混合物，两种成分的质量分数各为50％；若污染粉尘的颗粒尺寸局限在[0-80μm]范围内，污染物由亚利桑那试验粉尘单独构成。
步骤五中对试验系统进行清洁需确保系统达到优于NAS6级的要求。
步骤五中添加污染物的具体操作为：在3至5分钟内注入污染物；以最快每分钟1个循环的频率，循环试验被试集成刹车模块至少五个循环，确保工作介质中的污染物均匀分布在被试集成刹车模块内。
步骤七中监测试验系统的污染水平，并确保试验系统的污染等级符合要求的具体方法为：按照固定周期提取介质样本并记录污染水平，如果污染水平优于设定等级，通过添加步骤四选用的污染物，使污染等级符合要求；如果污染水平比设定等级差，通过对试验系统进行清洁，使污染等级符合要求。
步骤七中设定等级、污染等级均与步骤五中达到的污染等级相同。
本发明与现有技术相比有如下优点：
在现今的集成刹车模块耐污染试验方法之中，主要是针对某一种特定污染等级的工作介质进行测试，进而评估待测元件对特定污染等级的工作介质的耐污染程度，对于不同污染等级的污染物的测试存在不足。同时，现有测试方案针对的污染物主要是同一等级的污染物，对于不同尺寸的污染物的测试方法有待改进。
(1)在本试验方法中，旨在评估待测元件的耐污染度，污染等级从NAS6级逐步增加到NAS9级，同时研究了多污染等级的污染物对待测元件的性能的影响，可以得到元件对不同等级污染物的耐污染程度更加清晰的结果。
(2)在本试验方法中，针对不同尺寸和污染等级的污染物均进行了测试，利用亚利桑那粉尘和羰基铁的不同混合方式，得到了多等级多尺寸范围的污染粉尘，可以针对电动液压阀和非电动液压阀多种元件进行测试，可以达到和实际工况条件相拟合的效果。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1为集成刹车模块试验系统图；
其中，1—驱动电机，2—温度计，3—油箱，4—出口压力计，5—液压泵，6—取样口球阀，7—出口球阀，8—安全阀，9—热交换器，10—卸荷阀，11—流量计，12—单向阀，13—油滤，14—A口压力计，15—B口压力计，16—油滤压差计，17—注入口球阀，18—污染物注入腔，V-1—节流旁通阀一，V-2—节流旁通阀二，V-3—旁通阀。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
一种飞机集成刹车模块耐污染试验方法，采用如图1所示的试验系统，包括：驱动电机1，温度计2，油箱3，出口压力计4，液压泵5，取样口球阀6，出口球阀7，安全阀8，热交换器9，卸荷阀10，流量计11，单向阀12，油滤13，A口压力计14，B口压力计15，油滤压差计16，注入口球阀17，污染物注入腔18，节流旁通阀一V-1，节流旁通阀二V-2和旁通阀V-3。
其连接关系为：油箱3底部、液压泵5、节流旁通阀V-1、旁通阀V-3依次管路连接；旁通阀V-3出口D、油滤13、单向阀12、流量计11、热交换器9、污染物入口依次管路连接，污染物入口伸入油箱3顶部，位于液面以上；旁通阀V-3出口C管路连接在流量计11和单向阀12之间；油滤压差计16与油滤13并联，油滤压差计16一端连接在旁通阀V-3出口D和油滤13之间，另一端连接在油滤13和单向阀12之间；集成刹车模块压力口Pm连接在液压泵5和节流旁通阀V-1之间的管路中，集成刹车模块回油口Tm连接在节流旁通阀V-1和旁通阀V-3之间的管路中，即压力口Pm和回油口Tm通过节流旁通阀V-1连通，集成刹车模块的出口A和出口B通过节流旁通阀二V-2连通，出口A和出口B分别接A口压力计14和B口压力计15；卸荷阀10一端管路连接在液压泵5和集成刹车模块压力口Pm之间，另一端管路连接在流量计11和单向阀12之间；管路I并联在液压泵5、卸荷阀10、流量计11、热交换器9和油箱3形成的管路中，管路I一端位于液压泵5和卸荷阀10之间，另一端位于热交换器9和油箱3之间，该管路上依次连接有出口球阀7、污染物注入腔18和注入口球阀17；出口压力计4连接在液压泵5和出口球阀7之间；液压泵5和出口压力计4之间的管路上连接一根取样管路，该管路上连接取样阀6；管路II与管路I并联，管路II一端位于液压泵5和取样管路之间，另一端与液压油入口连接，管路II上连接有安全阀8，液压油入口从顶部伸入油箱3中液面以下；驱动电机1与液压泵5连接；油箱3和液压泵5之间管路上连接有温度计2；
取样口球阀6平时关闭，取样时打开；出口球阀7在系统工作时关闭，污染物搅匀时打开。
节流旁通阀一V-1，用于在被试集成刹车模块关闭时保持试验系统流量。
节流旁通阀二V-2，用于在被试件开启(有流量)时保持试验系统中的压力。
旁通阀三V-3，清洁系统时使用。
油箱3底部为锥形，其夹角小于90度，以确保充分的流体流动。
污染物注入腔18采用专用容腔，确保污染物注入腔内无污染物滞留。优选污染物注入腔的容积约500mL，其容腔高度与直径之比约为10，并且锥形底部的夹角小于90度。
热交换器9为不会导致污染物聚集的冷却器，使用单通道单元并垂直安装冷却器，液压油从冷却器底部进入。
流量计11为对污染物不敏感的流量计，精确度在全量程的2％以内。同时确保试验系统中流道尺寸足以使整个试验系统中存在湍流混合。
飞机集成刹车模块耐污染试验方法，具体实施步骤如下：
步骤一，准备如图1所示的试验系统，保证整个试验系统的所有液压元件可以在工作介质处于NAS 1638标准的6级至9级污染等级下正常运行。通过工作介质污染度控制系统，控制工作介质污染度在NAS 1638标准的6级至9级。试验液压系统需要多个节流阀来保持流量或压力。当被试集成刹车模块处于允许工作介质流通状态时，应关闭节流旁通阀V-1并调节V-2以保持所需压力。
步骤二、试验系统需配备不低于3倍系统流量的磷酸酯基航空液压油；试验系统(不包括油液清洁系统)，其液压油体积流量等于被试集成刹车模块额定流量的四分之一到二分之一。在集成刹车模块某些工作状态，只有泄漏导致的流量需求。但是，流量必须保持相对较高，以使污染物保持悬浮状态，从而使系统满足测试要求。集成刹车模块中液压阀的阀芯操作力是流量和工作压力的函数，并且最大操作力可以在特定的流量和压力条件下发生。
步骤三、提供清洁液样品瓶，其所需清洁度水平满足每毫升瓶体积包含少于10个大于10微米的颗粒。同时提供洁净的污染物提取瓶，保证正常提取试验系统的污染物以检测是否达到所需等级。
步骤四、选用合适的污染粉尘，并根据工作介质容积计算达到NAS6级污染等级需要的粉尘质量，确保可以调配出需要的污染等级，并选择合适的污染物尺寸。表1列出了污染物的两种配方，表2列出了羰基铁粉的等级。
表1试验污染物
表2羰基铁等级
对于非电动液压阀，推荐使用表1中系列2(0-10μm，100％的亚利桑那试验粉尘)和系列5(0-80μm，100％的亚利桑那试验粉尘)的试验污染物进行试验。如果被试件在这些尺寸范围之一中性能不符合要求，则可以进行其他系列污染物试验，以更准确地确定被试件敏感的污染物尺寸。同样，对于电动液压阀，建议使用系列2(0-10μm，50％的亚利桑那试验粉尘和50％的羰基铁粉)和系列4(0-40μm，50％的亚利桑那试验粉尘和50％的羰基铁粉)的污染物进行试验。对于过滤系统不良的系统中的电动液压阀，在进行试验时，还应考虑表1中的系列5(0-80μm，100％的亚利桑那试验粉尘)污染物。表1中列出的亚利桑那试验粉尘经过搅拌均匀加入液压系统后，需要通过专门的污染粉尘计数仪进行检验。
步骤五、对试验系统进行检验；安装冲洗块代替被试集成刹车模块，将清洁介质通入试验系统，冲洗所有管路，清洗系统，使系统达到优于NAS6级的要求。通过调节节流旁通阀V-2调节系统流量达到试验时系统最低流量；通过调节卸荷阀10调节到最大压力，此最大压力即为试验所用压力。通过污染物注入口向系统中加入重量为G的污染颗粒，使试验系统达到NAS6级污染等级，其中，G＝X×V，X为污染物浓度(mg/L)，V为系统容积(L)。
加入污染颗粒时，需要切换旁通阀V-3，让介质绕过油滤13循环，在3至5分钟内缓慢注入使系统达到NAS6级污染物范围的污染介质。当流体进行循环时，实时监控介质污染等级，控制在合理的公差范围内。以最快每分钟1个循环的频率，循环试验被试集成刹车模块至少五个循环，确保工作介质中的污染物均匀分布在被试件内。
步骤六、确保试验系统符合步骤五要求，使用被试集成刹车模块代替冲洗块。为试验系统配置合适的控制和数据记录装置。在干净的样品瓶中准备含有G克试验污染物的介质，增加系统压力到指定值。除非另行规定，否则试验压力不得低于被试件额定压力的90％。循环12次，记录最后6次循环时的性能参数(伺服阀电流-压力曲线)。
步骤七、对于集成刹车模块的正常工作模式，污染试验需要持续约90分钟。在试验系统运行期间，对污染等级实时测量，以相等的时间间隔从系统中提取液体样品，在规定的试验时间内，至少进行6次提取操作(在条件具备时，也可以实时在线测量并定期记录)。如果污染水平优于设定等级，通过添加步骤四选用的污染物，使污染等级达到NAS6级；如果污染水平比设定等级差，通过对试验系统进行清洁，使污染等级达到NAS6级。
步骤八、先将集成刹车模块设定在零流量(液压油流量)工作状态，并记录额定输出压力状态下通过集成刹车模块中伺服阀电流值；然后在步骤五的污染等级下，将集成刹车模块设置到最容易导致淤堵或者卡死的位置上，分别静置0.5、1、2、4、8、16和32分钟，每次静置后控制试验系统中集成刹车模块伺服阀循环12次，记录最后6次循环时的集成刹车模块“电流-压力”曲线作为其性能参数；最后一次32分钟静置完成，并完成12次循环后，改变伺服阀电流使集成刹车模块A口和B口输出压力均向相同方向波动1.5％，记录此时的伺服阀电流；将电流偏移量作为评价集成刹车模块的污染敏感度指标；
该过程中的静置时间不累计，在每次静置并完成测量后重新计时；
所述集成刹车模块A口和B口输出压力均向相同方向波动1.5％指A口压力计14和B口压力计15的显示值均增加1.5％或均减少1.5％。
步骤九、重复步骤四至步骤八的试验过程，分别测试NAS7级、NAS8级、NAS9级污染等级下的集成刹车模块性能参数。
在注入新的不同尺寸大小的污染物颗粒继续进行试验之前，对系统管路进行彻底净化并达到优于NAS6级的要求。在系统净化过程中，必须循环被试集成刹车模块以去除污染物(建议至少五个周期)。
步骤九在新的污染等级下进行试验之前，需要使用清洁工作介质测量性能参数。如果在先前的污染流体试验中性能下降，则使用清洁工作介质进行试验测量性能参数，结果将有助于验证是否是污染导致的恶化。如果在先前的试验期间性能没有降低，则不需要测量清洁工作介质中的性能参数。同样，在最后一次污染试验后，并不强制要求使用清洁工作介质进行试验，但如果有性能下降，建议进行该项试验。
本发明所述方法最终得到了不同污染等级下集成刹车模块伺服阀电流偏移量和性能参数，通过不同污染等级下的电流偏移量和性能参数，能够判断集成刹车模块对不同等级污染物的耐污染程度。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
