CN108678938A - 机载燃油泵性能退化试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种机载燃油泵性能退化试验方法，通过分析影响燃油泵寿命的三种应力，转速会影响燃油泵的正常工作，微粒污染度加速效率低，选取电应力作为实验应力。确定机载燃油泵标称电压为115V，高电压为122V，低电压为105V。选取最能反应燃油泵性能的出口压力、振动、温度进行监测，并设定停机阈值以判定燃油泵是否失效。制定电应力循环实验剖面，25％的时间输入电压为高电压，50％的时间输入电压为标称电压，其余25％的时间输入电压为低电压，三个实验阶段的输入电压变化构成一个完整周期的电应力循环。该实验方案科学合理，克服了燃油泵寿命实验只记录失效时间，忽略产品性能变化情况等不足，可用于机载燃油泵的寿命预测。

Description

机载燃油泵性能退化试验方法

技术领域

本发明涉及机载燃油泵基于性能退化的寿命预测技术，具体涉及一种机载燃油泵性能退化试验方法。

背景技术

随着科技水平的飞跃式发展、制造工业精密化、新型复合材料的层出不穷，高可靠、长寿命产品在航空航天、电子工业、信息工业等各大工业领域应用越来越广泛。然而，随着产品可靠性的提高，对于这些产品，几乎无法通过寿命试验或加速寿命试验取得足够多的失效寿命数据，甚至还会出现“零失效”现象，因此很难利用传统的基于大数据的寿命预测理论对长寿命产品进行寿命预测。但是，产品性能退化过程中包含着大量可信、精确而又有用的与产品寿命有关的关键信息，所以需要从产品性能参数的变化着手，通过性能退化试验取得退化数据，利用退化数据对产品功能的退化过程进行分析，从而对产品寿命进行预测。

机载燃油泵是燃油***的核心附件之一，也是飞机上高可靠、长寿命的机电产品的典型代表之一，能够为发动机提供规定流量和压力的燃油，其工作状态直接影响到燃油***的安全性与可靠性。

在现有技术中，研究重点是燃油泵的故障诊断，由于缺乏性能退化的有效试验手段和数据，有关燃油泵性能退化试验的研究文献较为少见。

在同类产品中，航空液压泵通常选用转速和油液污染度作为敏感应力，但申请人发现燃油泵增大转速会导致泵工作点偏移较大，产生空化现象，所以转速不适合作为敏感应力；而航空液压泵的油液循环率高，磨粒残留较多，但燃油泵的油液只有部分油路循环，磨粒少，清洁度较好，所以油液污染度也不适合作为敏感应力，因此航空液压泵的方法不适合用于机载燃油泵。需要开展机载燃油泵性能退化试验方案研究，弥补燃油泵寿命预测无有效试验手段和失效数据的缺陷，获取刻画燃油泵退化规律的退化数据，从而推断燃油泵的寿命和可靠性特征。

发明内容

针对现有技术存在的问题，申请人从以下几个方面进行了深入研究，最终确定并提出了一种机载燃油泵性能退化试验方法：

(1)筛选试验应力：影响燃油泵寿命的应力主要包括转速、微粒污染物、电应力三种，燃油泵增大转速会导致泵工作点偏移较大，产生空化现象而不能正常工作，所以转速不适合作为敏感应力；燃油泵的油液只有部分油路循环，磨粒少，清洁度较好，微粒污染度加速效率低，所以也不适合作为敏感应力，因此在燃油泵失效机理不发生变化的前提下，选择电应力作为试验应力。

(2)确定应力水平：选定电应力作为试验应力，电应力过高会导致燃油泵电机的电流急剧增大，效率下降而发热严重，电应力过低会烧毁燃油泵电机，所以设定的试验应力水平在产品正常工作时的应力水平与产品在该应力下的工作极限之间选取。根据可靠性鉴定与验收试验(GJB899A-2009)关于直升机电应力的规定确定机载燃油泵标称电压为115V，高电压为122V，低电压为105V。

(3)测试方法及失效判据：对机载燃油泵电机故障进行影响分析，根据主要的故障现象选取最能反应燃油泵性能的参数进行监测，包括出口压力、温度、振动等，并制定相应的停机阈值判定燃油泵失效。电机故障是该型燃油泵最主要的故障模式，会引起出口压力不足、电机振动剧烈，有异常温升，因此通过检测出口压力、振动和温度三个参数来反映燃油泵性能。由于振动往往都是伴随出口压力信号和温度信号异常同步出现，所以在制定阈值时，考虑出口压力的均值小于正常出口压力的80％或者温度超过正常温度范围5℃判定燃油泵失效

(4)制定试验剖面：根据应力水平，并结合机载燃油泵的实际工作状况确定试验剖面，试验剖面是直接供试验用的电应力参数与时间的关系图。25％的时间输入电压为高电压，50％的时间输入电压为标称电压，其余25％的时间输入电压为低电压，三个试验阶段的输入电压变化构成一个完整周期的电应力循环。

基于上述研究分析，本发明的技术方案为：

所述一种机载燃油泵性能退化试验方法，其特征在于：采用电应力作为试验应力，并确定试验中测试燃油泵标称电压为115V，高电压为122V，低电压为105V；对测试燃油泵电机施加循环的电应力，其中电应力循环曲线的一个周期为：先向测试燃油泵电机持续输出122V高电压2.5小时，再向测试燃油泵电机持续输出115V标称电压5小时，最后向测试燃油泵电机持续输出105V低电压2.5小时；试验过程中采集测试燃油泵出口压力信号、振动信号和温度信号，并根据设定的出口压力阈值和温度阈值判定测试燃油泵是否失效。

进一步的优选方案，所述一种机载燃油泵性能退化试验方法，其特征在于：判定测试燃油泵是否失效的判据为：当出口压力的均值小于正常出口压力的80％或者温度超出正常温度范围5℃时，判定测试燃油泵失效。

进一步的优选方案，所述一种机载燃油泵性能退化试验方法，其特征在于：采用的试验装置包括燃油***、程控电源、传感器***、信号采集***和控制操作显示***；

所述燃油***包括储油箱、测试油箱、电磁阀、单向阀和管路；储油箱出油口通过电磁阀连接测试油箱的输入管路；测试燃油泵安装有测试油箱内；测试油箱的输出管路通过单向阀连接到储油箱的注油口，形成闭环回路，模拟飞机燃油泵注油循环过程；

所述程控电源向电磁阀、测试燃油泵、传感器***供电；

所述传感器***包括两个振动传感器、一个温度传感器、一个压力传感器和高精度管道流量计；两个振动传感器分别安装在测试燃油泵电机壳顶盖中心和测试燃油泵电机壳侧壁上；温度传感器浸入在测试油箱内燃油中，并与测试燃油泵电机壳侧壁贴合；压力传感器通过转接管安装在测试油箱输出管路上，位于测试油箱出口与单向阀之间；高精度管道流量计安装在测试油箱输出管路中，位于压力传感器与单向阀之间；

所述信号采集***采集压力传感器输出的出口压力信号、振动传感器输出的加速度信号、温度传感器输出的温度信号、管道流量计输出的流量信号、程控电源中向测试燃油泵电机提供的电压信号和电流信号；

所述控制操作显示***接收信号采集***采集的信号并进行显示，且控制操作显示***向程控电源发出控制信号，控制程控电源按照设定的电应力循环曲线向测试泵电机的输出电压以施加电应力载荷。

有益效果

本发明提出一种机载燃油泵性能退化试验方法，用于获得刻画燃油泵退化规律的退化数据，从而推断燃油泵的寿命和可靠性特征。分析影响燃油泵寿命的三种应力，其中转速会影响燃油泵的正常工作，微粒污染度加速效率低，所以选取电应力作为实验应力。根据可靠性鉴定与验收实验标准确定机载燃油泵标称电压为115V，高电压为122V，低电压为105V。因为电机故障作为机载燃油泵最主要的故障模式，会引起出口压力不足、电机振动剧烈，有异常温升，因此选取最能反应燃油泵性能的出口压力、振动、温度进行监测，并设定停机阈值以判定燃油泵是否失效。制定电应力循环实验剖面，25％的时间输入电压为高电压，50％的时间输入电压为标称电压，其余25％的时间输入电压为低电压，三个实验阶段的输入电压变化构成一个完整周期的电应力循环。该实验方案科学合理，克服了燃油泵寿命实验只记录失效时间，忽略产品性能变化情况等不足，可用于机载燃油泵的寿命预测。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：实验剖面示意图；

图2：实验过程流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

机载燃油泵是机载燃油***中的核心部件之一，用于散热分***输油和供油箱输油，输油过程中，燃油泵应保证***的流量和压力要求。燃油泵的主要工作参数如表1所示：

表1燃油泵主要工作参数

燃油泵由油泵和电机两部分组成，电机因工作环境比较恶劣，振动较大，经常有油水侵蚀，不便于检修，成为最主要的故障模式。而影响该型燃油泵寿命的应力主要包括转速、微粒污染物、电应力三种，具体分析如表2所示。

表2应力对比分析

根据表2的分析，燃油泵增大转速会导致泵工作点偏移较大，产生空化现象而不能正常工作，所以转速不适合作为敏感应力。而燃油泵的油液只有部分油路循环，磨粒少，清洁度较好，微粒污染度加速效率低，也不适合作为敏感应力，因此选取电应力作为实验应力。

根据表2的分析，结合主要的故障模式，选取电应力作为实验应力。电应力过高会导致燃油泵电动机的定子磁通接近饱和状态，出现电流极具增大，电机效率下降而发热严重，电压过低时电机转速降低，散热效率下降，易出现堵转现象烧毁电机。因此试验应力水平是在产品正常工作时的应力水平与产品在该应力下的工作极限之间选取。根据可靠性鉴定与验收试验(GJB899A-2009)关于直升机电应力的规定，采用下述表3数据：

表3电应力变化范围

根据表3的分析，在机载燃油泵性能退化实验中机载燃油泵标称电压为115V，高电压为122V，低电压为105V。

测试方法分析是根据电机的故障影响确定合理的测试参数反应燃油泵的性能，该型燃油泵电机故障影响如表4所示。

表4电机故障影响

根据表4的故障影响分析，针对压力不足、电机振动剧烈和异常温升的故障现象确定测试参数为出口压力、振动和温度。

相应的试验设备燃油***、程控电源、传感器***、信号采集***和控制操作显示***；

所述燃油***包括储油箱、测试油箱、电磁阀、单向阀和管路；储油箱出油口通过电磁阀连接测试油箱的输入管路；测试燃油泵安装有测试油箱内；测试油箱的输出管路通过单向阀连接到储油箱的注油口，形成闭环回路，模拟飞机燃油泵注油循环过程；

所述程控电源向电磁阀、测试燃油泵、传感器***供电；

所述传感器***包括两个振动传感器、一个温度传感器、一个压力传感器和高精度管道流量计；两个振动传感器分别安装在测试燃油泵电机壳顶盖中心和测试燃油泵电机壳侧壁上；温度传感器浸入在测试油箱内燃油中，并与测试燃油泵电机壳侧壁贴合；压力传感器通过转接管安装在测试油箱输出管路上，位于测试油箱出口与单向阀之间；高精度管道流量计安装在测试油箱输出管路中，位于压力传感器与单向阀之间；

所述信号采集***采集压力传感器输出的出口压力信号、振动传感器输出的加速度信号、温度传感器输出的温度信号、管道流量计输出的流量信号、程控电源中向测试燃油泵电机提供的电压信号和电流信号；

所述控制操作显示***接收信号采集***采集的信号并进行显示，且控制操作显示***向程控电源发出控制信号，控制程控电源按照设定的电应力循环曲线向测试泵电机的输出电压以施加电应力载荷。

通过外场调研确定测试点的位置和本实施例中的停机阈值如表5所示。

表5测试参数及阈值

根据选取的实验应力和应力水平，制定图1的电应力循环实验剖面，设备工作状态的电应力按照以下要求变化：

第一实验阶段：25％的时间输入电压为高电压

第二实验阶段：50％的时间输入电压为标称电压

第三实验阶段：其余25％的时间输入电压为低电压

三个实验阶段的输入电压变化构成一个完整的电应力循环，整个实验期间重复这一电应力循环。

结合图2实验步骤流程图，实验步骤如下：

1)调节程控电源输出至标称电压，测试燃料泵运行200小时，测取测试燃料泵正常状态下的振动、出口压力等参数。

2)调节程控电源输出至高电压，开始第一实验阶段，持续时间2.5小时。

3)调节程控电源输出至标称电压，开始第二实验阶段，持续时间5.0小时。

4)调节程控电源输出至低电压，开始第三实验阶段，持续时间2.5小时。

5)重复2)—4)至产品故障停机。

本发明与现有技术方法相比，克服了燃油泵寿命实验只记录失效时间，忽略产品性能变化情况等不足，通过退化实验能够获得刻画燃油泵退化规律的退化数据，从而推断燃油泵的寿命和可靠性特征。经过对本发明进行的实验检验，实验结果良好。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种机载燃油泵性能退化试验方法，其特征在于：采用电应力作为试验应力，并确定试验中测试燃油泵标称电压为115V，高电压为122V，低电压为105V；对测试燃油泵电机施加循环的电应力，其中电应力循环曲线的一个周期为：先向测试燃油泵电机持续输出122V高电压2.5小时，再向测试燃油泵电机持续输出115V标称电压5小时，最后向测试燃油泵电机持续输出105V低电压2.5小时；试验过程中采集测试燃油泵出口压力信号、振动信号和温度信号，并根据设定的出口压力阈值和温度阈值判定测试燃油泵是否失效。

2.根据权利要求1所述一种机载燃油泵性能退化试验方法，其特征在于：判定测试燃油泵是否失效的判据为：当出口压力的均值小于正常出口压力的80％或者温度超出正常温度范围5℃时，判定测试燃油泵失效。

3.根据权利要求1或2所述一种机载燃油泵性能退化试验方法，其特征在于：采用的试验装置包括燃油***、程控电源、传感器***、信号采集***和控制操作显示***；

所述燃油***包括储油箱、测试油箱、电磁阀、单向阀和管路；储油箱出油口通过电磁阀连接测试油箱的输入管路；测试燃油泵安装有测试油箱内；测试油箱的输出管路通过单向阀连接到储油箱的注油口，形成闭环回路，模拟飞机燃油泵注油循环过程；

所述程控电源向电磁阀、测试燃油泵、传感器***供电；

所述传感器***包括两个振动传感器、一个温度传感器、一个压力传感器和高精度管道流量计；两个振动传感器分别安装在测试燃油泵电机壳顶盖中心和测试燃油泵电机壳侧壁上；温度传感器浸入在测试油箱内燃油中，并与测试燃油泵电机壳侧壁贴合；压力传感器通过转接管安装在测试油箱输出管路上，位于测试油箱出口与单向阀之间；高精度管道流量计安装在测试油箱输出管路中，位于压力传感器与单向阀之间；

所述信号采集***采集压力传感器输出的出口压力信号、振动传感器输出的加速度信号、温度传感器输出的温度信号、管道流量计输出的流量信号、程控电源中向测试燃油泵电机提供的电压信号和电流信号；

所述控制操作显示***接收信号采集***采集的信号并进行显示，且控制操作显示***向程控电源发出控制信号，控制程控电源按照设定的电应力循环曲线向测试泵电机的输出电压以施加电应力载荷。