气动式座舱压力调节系统稳定性的分析与优化

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1、2016年1月第42卷第1期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsJanuary2016V01．42No．1http：∥bhxb．buaa．edu．enjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0020气动式座舱压力调节系统稳定性的分析与优化郑新华1’2，谢利理1’+，任军学3(1．西北工业大学自动化学院，西安710129；2．郑州轻工业学院电气信息q-程学院，郑州4500023．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京1

2、00083)摘要：为了解决气动式座舱压力调节系统装配飞机时出现的座舱压力波动现象，分析了座舱压力控制系统的组成，根据余压段实际参与压力调制的组件，对控制系统进行了简化，以此为例分析系统的稳定性。首先对系统中的非线性环节进行了详细分析，得到其描述函数和负导描述函数曲线。比较了小孔一气容结构在常压、小幅充放气条件下的过渡过程，发现在该使用条件下的充放气时间基本相等，据此将小孔．气容结构的传递函数建模为一阶环节，指出了二者的相同及不同之处。使用描述函数的方法对系统的稳定性进行判断，提出了实现稳定的可行性方法。全物理仿真结果表明，使用该方法可使座舱压力调节系统的性能达到规范所

3、要求的指标。关键词：飞机座舱；压力调节；气动式；稳定性；优化；描述函数中图分类号：V245．4文献标识码：A文章编号：1001．5965(2016)01-0087-07气动式座舱压力调节系统的优点是系统全部由气动元件组成，其工作过程完全不需要使用电能，因而系统对电磁干扰不敏感，可以适用于战场复杂的电磁环境。因此，虽然在客机及商用飞机上已经普遍使用电子式和数字式的座舱压力调节系统¨。。，在军用飞机上仍然以纯气动式的座舱压力调节系统为主。随着社会的发展和航空技术的不断进步，军用飞机对座舱压力控制系统的要求越来越高，不仅要求其具有较高的自动化水平，而且要求其能够提供舒适的座

4、舱压力环境。气动式是发展历史最为悠久的一类座舱压力调节系统，最初的系统设计采用纯机械结构，调压精度低，控制功能简单，体积庞大¨1。随着金属薄膜用于座舱压力调节系统之中，座舱压力的控制精度得到较大提高¨⋯。相对于金属膜片而言，高分子材料薄膜对压力更为敏感，被广泛用于制作压力或压差传感器¨一1。目前，高分子薄膜材料已被用于座舱压力调节系统之中，其作用集感压和活门控制于一体，这使得系统具有了调压精度高、体积小、重量轻等优点，其调压过程完全自动控制，不需要人工干预，且可以自动适应高原起降要求¨-。与该新型系统相比，国内原有的座舱压力调节系统体积大，自动化水平低，调压精度低。虽

5、然系统在典型过程中的动态特性可以满足人的生理要求∽1，但座舱压力的舒适性却无法保证，因而难以适应现代化战机的要求。为满足现代军用飞机对座舱压力调节系统的要求，使用新型的座舱压力调节系统取代原有系统已成为必然趋势。但是使用过程中，装配新产品的部分机型在某些飞行高度出现了座舱压力不衰减的波动，根据不同机型的实飞测试结果，座舱压力的波动幅值在0．4～4kPa之间。该波动会引起飞行员明显的不适感觉，其症状包括耳膜发胀、耳鸣和头晕等¨“121，这些症状的持续存在将收稿日期：2015-01-08；录用日期：2015-04-10；网络出版时间：2015-05-2115：3l网络出版

6、地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150521．1531．007．html基金项目：航空科学基金(20100653006)}通讯作者：Tel．：029-88491623E—mail：xielili@nwpu．edu．cn引用格式：郑新华，谢利理，任军学．气动式座舱压力调节系统稳定性的分析与优化ⅣJ．北京航空航天大学学报，2016，42(I)：87·93．ZHENGXH．XIELL．RENJx．StabilityanMysisandoptimizationforpneumaticcabinpressureregulating

7、system￡】]．Jour-halofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2016，42(I)：87—93(inChinese)．88北京航空航天大学学报2016年会分散飞行员的注意力，降低其工作效率，甚至造成操作失误，带来严重的飞行安全隐患。因此稳定的座舱压力环境是保障飞行安全的重要条件，是营造舒适座舱压力环境亟待解决的首要问题，也是座舱压力调节系统其他控制指标实现的基础。但国内在新型气动式座舱压力调节系统研究方面的基础还比较薄弱，郑新华等研究了气动式座舱压力调节系统中部分组件的特性¨3’“