飞行器电缆组件热振联合绝缘性实时监测试验系统及方法
阅读说明：本技术 飞行器电缆组件热振联合绝缘性实时监测试验系统及方法 (Thermal-vibration combined insulation real-time monitoring test system and method for aircraft cable assembly ) 是由 李小婷 张衡 李乃田 王冶峰 李春祥 高勇 肖登红 洪苇江 于 2020-11-09 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种飞行器电缆组件热振联合绝缘性实时监测试验系统及方法,该系统包括安装平台、加热箱及加热箱控制装置、振动台及振动控制采集装置、温度数据采集装置、电缆绝缘测试装置；所述安装平台固定在振动台上,所述安装平台上设置试验件及温度传感器,所述加热箱底部开口罩住安装平台且开口与安装平台间填充柔性隔热材料,所述加热箱控制装置控制加热箱内温度及调整加热箱位置,所述振动控制采集装置采集振动台振动数据,所述温度数据采集装置加热箱内温度传感器数据,所述电缆绝缘测试装置与试验件伸出加热箱的一端电缆连接,实时监测试验件绝缘性。本发明可在严酷高温振动条件下对飞行器电缆组件的绝缘性能进行在线实时监测。(The invention provides a real-time monitoring and testing system and method for thermal vibration combined insulation of an aircraft cable assembly, wherein the system comprises an installation platform, a heating box and heating box control device, a vibration table and vibration control acquisition device, a temperature data acquisition device and a cable insulation testing device; the mounting platform is fixed on the shaking table, set up test piece and temperature sensor on the mounting platform, fill flexible thermal insulation material between mounting platform and opening and mounting platform is covered to heating cabinet bottom opening, temperature and adjustment heating cabinet position in the heating cabinet controlling means control heating cabinet, vibration control collection system gathers shaking table vibration data, temperature sensor data in the temperature data collection system heating cabinet, cable insulation testing arrangement and test piece stretch out the one end cable junction of heating cabinet, real-time supervision test piece insulating nature. The invention can carry out on-line real-time monitoring on the insulation performance of the aircraft cable assembly under the severe high-temperature vibration condition.)
技术领域
本发明属于飞行器电缆组件性能测试技术领域，具体涉及一种适用于电缆组件的热振联合试验系统及方法，该方法能在严酷高温振动条件下对飞行器电缆组件的绝缘性进行实时在线监测。
背景技术
随着飞行器飞行马赫数提高，严酷的气动热载荷以及振动载荷的综合作用，为飞行器电缆组件的敷设、布置和热防护设计带来了挑战。而且由于飞行器结构设计空间的限制，电缆敷设和电连接器布置通常达不到理想状态。因此，电缆组件在热振环境下的适应性是一个技术风险点。采用合适的热振联合试验方法对电缆组件进行绝缘性在线实时监测，对保证飞行安全起到非常关键的作用。
地面热振联合试验技术对飞行器结构及设备的环境适应性考核起到至关重要作用。然而，通常试验采用石英灯等加热方式，振动台上无法满足对电缆和电连接器均匀性的加热需求。而且电缆及电连接器布置形式多样，与常规结构的安装形式不同。通用的结构热振联合试验方法已经不适用了，需要发展一种适用于飞行器电缆组件的热振联合试验方法。
目前，国内外主要针对地下敷设电力电缆线路、架空电缆、水下电缆等开发了相应的热振联合老化试验装置。如“一种用于电缆试样的热-振联合老化试验装置(CN206399790 U)”、“一种XLPE绝缘样段的热-振动联合老化试验装置(CN 205262935 U)”、“用于脐带缆电缆单元电、热、振动联合老化的试验装置(CN 202939241 U)”等，主要研究电缆的老化现象。
飞行器电缆组件区别于上述电缆，在服役环境、电缆特性、失效模式等方面有以下不同，导致采用上述试验装置很难实现对飞行器电缆组件在热振联合条件下绝缘性的系统研究：一是气动加热条件严酷，飞行器电缆组件的服役温度远大于上述电缆；二是电缆组件特性不同，飞行器电缆一般由多股不同种类的带绝缘层的导线组成电缆网，为满足耐温要求针对电缆组件进行了特殊设计；三是电缆组件可能会在热振试验过程中出现绝缘性能下降，在热振试验结束后绝缘性能恢复的现象，如果仅仅试验后检测难以暴漏风险。因此，针对飞行器电缆组件在严酷热振条件下开展性能测试，需要采用高精度的控制方法及实施监测试验手段。
发明内容
针对现有技术中飞行器电缆组件无法在热振联合条件下实时监测绝缘性能变化的技术问题，本发明提供了一种飞行器电缆组件热振联合绝缘性实时监测试验系统及方法，可在严酷高温振动条件下对飞行器电缆组件的绝缘性能进行在线实时监测。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案如下：
一种飞行器电缆组件热振联合绝缘性实时监测试验系统，包括安装平台、加热箱及加热箱控制装置、振动台及振动控制采集装置、温度数据采集装置、电缆绝缘测试装置；所述安装平台固定在振动台上，所述安装平台上设置试验件及温度传感器，所述加热箱底部开口罩住安装平台且开口与安装平台间填充柔性隔热材料，所述加热箱控制装置控制加热箱内温度及调整加热箱位置，所述振动控制采集装置采集振动台振动数据，所述温度数据采集装置采集加热箱内温度传感器数据，所述电缆绝缘测试装置与试验件伸出加热箱的一端电缆连接，实时监测试验件绝缘性。
进一步的，所述试验件包括一组连接的电连接器及电连接器两端各携带一段电缆，且一端电缆伸出加热箱外采用热缩管作绝缘处理，另一端电缆伸出加热箱外连接电缆绝缘测试装置。
进一步的，所述安装平台上表面布置安装试验件的若干套筒、卡板、卡箍。
进一步的，所述试验件位于加热箱内的非考核段用隔热层包裹，位于加热箱外的非考核段采用固定带固定在安装平台上。
进一步的，所述安装平台底部、靠近与振动台连接位置采用水冷方式对振动台进行防护。
一种飞行器电缆组件热振联合绝缘性实时监测试验方法，包括如下步骤：
S1、组装热振联合绝缘性实时监测试验系统，将试验件安装到安装平台上，采用电缆绝缘测试装置对试验件进行绝缘性能检查；
S2、采用响应控制方法对振动台和安装平台进行常温振动调试，通过调试位于加热区外的振动台上的控制点使得安装平台上表面的振动测点满足振动试验条件；
S3、控制加热箱按照最大温升速率升温到试验温度，加热箱控制装置控制加热箱下降到安装平台处，采用柔性隔热材料封堵加热箱与安装平台缝隙；
S4、开启振动台进行试验件热振联合试验，按照步骤S2调试的振动台振动条件进行振动控制；
S5、试验全程采用电缆绝缘测试装置对电缆组件进行绝缘性能监测，热振联合试验结束一段时间后关闭电缆绝缘测试装置；
S6、通过实时监测各电缆组件内部两两任意导线对之间的绝缘电阻值是否低于许用值来判断电缆组件是否出现内部导线绝缘层失效。
进一步的，还包括如下步骤
如果电缆组件出现内部导线绝缘层失效的情况，分别通过纯加热试验和常温振动试验对电缆组件绝缘性实时监测，确定绝缘失效的原因。
进一步的，所述步骤S2具体包括如下步骤：
S2.1、振动传感器布置在振动台上及安装平台上表面，与振动控制采集装置连接；
S2.2、将安装平台上表面的振动传感器作为控制点，将振动台上的振动传感器作为测量点，进行振动调试，确认安装平台上表面的振动传感器满足振动条件后停止调试；
S2.3、采集振动台振动传感器的振动响应，作为新设置的振动条件，并将振动台的振动传感器作为控制点，以安装平台上表面的振动传感器为测量点再次进行振动调试，确认安装平台上表面振动传感器满足原振动条件；
S2.4、去掉位于加热区内安装平台上的振动传感器，仅采用振动台上的振动传感器进行控制，进行热振联合试验。
进一步的，所述步骤S2.2振动调试包括两次，分别为-6dB条件振动调试、0dB条件振动调试，所述步骤S2.3中振动调试为0dB条件。
进一步的，步骤S2.2中安装平台上表面的振动传感器满足的振动条件控制要求、步骤S2.3中安装平台上表面振动传感器满足的振动响应要求具体为：加速度功率谱密度偏差控制在±3dB以内。
本发明与现有技术相比的有益效果：
1)本发明提出的一种飞行器电缆组件热振联合绝缘性实时监测试验系统及方法。(一)试验件包括一组连接的电连接器，及电连接器两端各携带一段电缆，且一端电缆伸出加热箱外采用热缩管作绝缘处理，另一端电缆伸出加热箱外连接电缆绝缘测试装置，通过设置足够长的非考核段，使得电缆绝缘测试装置远离振动加热装置。(二)在保证热密封和振动信号传输的前提下，将安装平台设计出电缆走线空间，一方面保证热缩管端出现在加热区外保证该非考核端的绝缘性，另一方面使得电缆连接绝缘测试装置。(三)热振前提前开启绝缘测试系统对绝缘性进行监测，热振结束一段时间后再关闭绝缘测试系统，精确定位故障出现的时间，避免出现漏检现象。通过实时监测各电缆组件内部两两任意带绝缘层的导线对之间的绝缘电阻值是否低于许用值来判断电缆组件是否出现内部导线绝缘层失效。
2)本发明提出的一种飞行器电缆组件热振联合绝缘性实时监测试验系统及方法，通过安装平台的设计实现电缆组件在飞行器上真实安装形式及与四周的贴合尺寸的模拟。不同尺寸套筒模拟电缆在隧道管中贴合的紧密程度，配合安装平台上的电缆走线空间，确保不会由于夹具本身在振动条件下对电缆造成损伤，安装平台固定带避免电缆出现振动放大的现象。通过安装平台布置不同规格、距离的卡箍，模拟真实电缆真实的固定方式。卡板用于模拟特殊的电缆或电连接器固定。
3)本发明提出的一种飞行器电缆组件热振联合绝缘性实时监测试验系统级方法，能够通过振动响应控制方法，对电缆组件实现高精度振动控制。
本发明为严酷高温振动条件下飞行器电缆组件的适应性监测提供新试验方法，为电缆组件的选型、热防护方案和约束方式起到验证性作用，为飞行安全提供保障。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施例提供的飞行器电缆组件热振联合绝缘性实时监测试验系统示意图；
图2为本发明具体实施例提供的飞行器电缆组件安装平台结构示意图。
其中，1为安装平台，2为电缆、3为热缩管、4为隔热层，5为隔热棉毡，6为固定带，7为套筒，8为卡板。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。
在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
本发明提出一种飞行器电缆组件热振联合绝缘性实时监测试验系统，如图1所示，包含安装平台1、加热箱及加热箱控制装置、振动台及振动控制采集装置、温度数据采集装置及电缆绝缘测试装置，安装平台固定在振动台上，安装平台上设置试验件，安装平台两侧根据电缆尺寸设置走线空间，加热箱底部开口罩住安装平台且开口与安装平台间填充柔性保温材料，加热箱控制装置控制加热箱温度及调整加热箱位置，振动控制采集装置采集振动台及安装平台振动数据，温度数据采集装置采集记录加热箱内温度传感器数据，电缆绝缘测试装置与试验件伸出加热箱的一端电缆连接，实时监测试验件绝缘性。本发明参与试验的飞行器电缆组件试验件包括电缆和电连接器，其中一组电连接器连接后，两端各携带一段电缆，其中，一端电缆伸出加热箱外采用热缩管3作绝缘处理，另一端电缆伸出加热箱外连接电缆绝缘测试装置，用于对电缆的绝缘性能进行实时在线监测。
安装平台1采用T型结构，安装在振动台上，振动台采用垂台，用于传递振动信号。由于热载荷严酷，在安装平台底部、靠近与振动台连接位置采用水冷方式对振动台进行防护。
安装平台1上表面布置不同尺寸的套筒7、卡板8、卡箍等，用于模拟电缆和电连接器在飞行器上真实安装形式及与四周的贴合尺寸，如图2所示。具体而言，不同尺寸的套筒7用于模拟电缆在油箱隧道管内的管壁与电缆贴合状态，需要根据真实间隙设计套筒尺寸；卡板8用于将特殊的电缆或电连接器固定到安装平台上；卡箍用于模拟常规电缆的固定方式，卡箍选型、间距和卡箍之间的电缆长度应与真实状态一致。电缆和电连接器的考核段根据实际安装形式分别放置于套筒、卡板内，或者用卡箍固定，电缆2位于加热箱内的非考核段用隔热层4包裹，位于加热箱外的非考核段采用固定带固定在安装平台位于加热区外的柱面上，如图1所示。
加热箱为自动控温加热箱，其开口向下，预热到试验温度后，加热箱控制装置控制加热箱下降至开口与安装平台上平面平齐，开口与安装平台四周的缝隙采用隔热棉毡5等柔性隔热材料封堵，加热箱用于对电缆及电连接器进行加热控制。安装平台振动加载过程中，加热箱吊装位置不随振动变化，由于加热箱与安装平台之间采用柔性隔热材料封堵，保证振动过程中加热箱不漏热。
温度传感器布置在安装平台上表面，同时通过支架等方式布置在与电缆组件附近同一水平面的空气中，与温度数据采集装置连接，用于对加热箱内试验件周围的温度进行实时在线监测。
本发明提出一种飞行器电缆组件热振联合绝缘性实时监测试验方法，包括如下步骤：
1、组装热振联合绝缘性实时监测试验系统，将试验件安装到安装平台上，标记套筒、卡板、卡箍等与安装平台的连接件的锁紧位置，用于试验后判断连接件是否松动。将试验件一端电缆采用热缩管作绝缘处理，固定在安装平台位于加热区外，另一端也固定在安装平台位于加热区外，并连通电缆绝缘测试系统，采用电缆绝缘测试装置对电缆组件进行绝缘性能检查。
2、采用响应控制方法对振动台和安装平台进行常温振动调试，由于连接关系高频信号传递较差，需要确保安装平台满足振动试验条件，实现对电缆及电连接器的高精度振动控制。具体步骤如下：
2.1、振动传感器布置在振动台上及安装平台上表面，与振动控制采集装置连接。
2.2、将安装平台上表面的振动传感器作为控制点，将振动台上的振动传感器作为测量点，进行振动调试，分别进行-6dB条件振动调试、0dB条件振动调试，确认安装平台上表面的振动传感器满足振动条件后停止调试。本实施例中，振动条件的控制要求具体为：加速度功率谱密度偏差控制在±3dB以内。
2.3、采集振动台振动传感器的振动响应，作为新设置的振动条件，并将振动台的振动传感器作为控制点，以安装平台上表面的振动传感器为测量点再次进行调试。进行0dB条件振动调试，确认安装平台上表面振动传感器满足原振动条件，振动响应要求具体为：加速度功率谱密度偏差控制在±3dB以内。确认后以振动台上的振动传感器为控制点进行正式热振试验。
本实施例中，新设置的振动条件为：步骤2.2中0dB条件振动调试时振动台传感器位置的振动响应；原振动条件为：步骤2.2中的振动条件。
2.4、去掉位于加热区内安装平台上的振动传感器，仅采用振动台上的振动传感器进行控制，进行热振联合试验。
通过调试位于加热区外的振动台上的控制点使得安装平台上表面的振动传感器满足振动试验条件，正式热振联合试验过程中，仅控制监测振动台上振动传感器的数据即可，无需在安装平台上增加振动传感器。
3、控制加热箱按照最大温升速率升温到试验温度，加热箱控制装置控制加热箱按照0.05m/s的速度下降到安装平台处，采用柔性隔热材料封堵加热箱与安装平台缝隙；
4、开启振动台进行电缆组件正式热振联合试验，按照2.3步骤调试的振动台的振动条件进行振动控制。
5、试验全程采用电缆绝缘测试装置对电缆组件进行绝缘性能监测，热振结束一段时间后关闭电缆绝缘测试装置。
6、通过实时监测各电缆组件内部两两任意带绝缘层的导线对之间的绝缘电阻值是否低于许用值来判断电缆组件是否出现内部导线绝缘层失效。如果出现内部导线绝缘层失效的情况，采用上述试验系统，分别通过纯加热试验对电缆组件绝缘性实时监测及常温振动试验对电缆组件绝缘性实时监测，定位绝缘失效的原因是热条件还是振动条件。试验后可以解剖电缆组件进行检查。
如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。
这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
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