航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪測(cè)試系統(tǒng)

☆ 前言：

隨著航空工業(yè)和計(jì)算機(jī)工業(yè)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)械式儀表已經(jīng)逐漸被數(shù)字顯示儀表所代替。航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)上最重要的部件之一，其需要測(cè)量的數(shù)據(jù)較多，而各項(xiàng)參數(shù)對(duì)于駕駛員來說都是非常重要的信息，傳統(tǒng)的單片機(jī)已經(jīng)無法滿足這些參數(shù)的采集和處理，需要功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)才能解決這個(gè)問題。航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的主要任務(wù)是采集發(fā)動(dòng)機(jī)以及滑油系統(tǒng)、旋翼和主減速器的各項(xiàng)參數(shù)，需要采集的參數(shù)較多，單次采集的時(shí)間較長(zhǎng)，要求保存的數(shù)據(jù)較多，往往需要配置多通道同步并行、連續(xù)不間斷數(shù)據(jù)采集存盤的測(cè)試系統(tǒng)。TDEC的多通道海量實(shí)時(shí)記錄分析系統(tǒng)能夠很好地滿足要求。

☆ 測(cè)試要求：
◆ 能夠同時(shí)測(cè)試燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的多種動(dòng)態(tài)信號(hào)參數(shù)，包括轉(zhuǎn)速、溫度、振動(dòng)、壓力（紊流）、應(yīng)力等；
◆ 多通道并行同步采集，連續(xù)不掉點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)；
◆ 每通道采樣率不低于100KSps，分辨率16Bit；
◆ 數(shù)據(jù)采集連續(xù)存盤記錄時(shí)間不少于30分鐘；
◆ 測(cè)試過程中能夠隨時(shí)監(jiān)測(cè)各測(cè)點(diǎn)的波形變化情況，隨時(shí)停止采集而不影響已經(jīng)記錄的數(shù)據(jù)波形，并且可以對(duì)這些波形數(shù)據(jù)進(jìn)行回放、分析、處理等操作；
◆ 系統(tǒng)軟件不但能夠設(shè)置和控制采集過程，而且需要內(nèi)嵌燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)測(cè)試專用軟件模塊，便于用戶進(jìn)行專用分析處理。

☆ 系統(tǒng)功能特點(diǎn)：
◆ 該系統(tǒng)為多通道動(dòng)態(tài)信號(hào)海量實(shí)時(shí)存盤記錄分析系統(tǒng)，選用TDEC帶有海量記錄功能的數(shù)據(jù)采集卡及實(shí)時(shí)存盤控制卡，在配套虛擬儀器應(yīng)用軟件的控制下，完成各種復(fù)雜的海量實(shí)時(shí)記錄及數(shù)據(jù)分析處理功能；
◆ 前端一次儀表選用轉(zhuǎn)速表、振動(dòng)傳感器等，可進(jìn)行燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及振動(dòng)參數(shù)測(cè)試；
◆ 測(cè)試過程中能夠隨時(shí)監(jiān)測(cè)各測(cè)點(diǎn)的波形變化情況，隨時(shí)停止采集而不影響已經(jīng)記錄的數(shù)據(jù)波形，并且可以對(duì)這些波形數(shù)據(jù)進(jìn)行回放、分析、處理等操作；
◆ 具備抗振、抗沖擊、電磁屏蔽等多項(xiàng)保護(hù)措施，能夠適應(yīng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)要求；
◆ 能夠完成工程標(biāo)定等參數(shù)轉(zhuǎn)換，直接得到物理量真實(shí)值；
◆ 能夠進(jìn)行用戶指定格式的測(cè)試報(bào)告自動(dòng)生成，所有數(shù)據(jù)和圖形可以直接發(fā)送到word中供用戶自行編輯；
◆ 系統(tǒng)軟件提供硬件智能識(shí)別、自校準(zhǔn)、自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警、控制采集、工程標(biāo)定、波形實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存盤、讀取數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、存盤、打印及通訊功能；
◆ 系統(tǒng)軟件內(nèi)嵌航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)信號(hào)參數(shù)專用測(cè)試及算法模塊，即可面向通用領(lǐng)域，又可滿足發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)專用試驗(yàn)測(cè)試要求。

☆ 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：
◆ 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下所示：

◆ 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明：
整套系統(tǒng)由TDEC多個(gè)PCI-10016H數(shù)據(jù)采集卡、實(shí)時(shí)存盤控制卡、分體式工業(yè)計(jì)算機(jī)、高速SCSI硬盤及配套的TopView2000RT虛擬儀器應(yīng)用軟件（內(nèi)嵌航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁u輪動(dòng)態(tài)信號(hào)參數(shù)測(cè)試專用算法軟件模塊）有機(jī)集成而構(gòu)成，在TopView2000RT虛擬儀器應(yīng)用軟件及發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁u輪動(dòng)態(tài)信號(hào)參數(shù)測(cè)試軟件模塊的控制管理下，將前端不同類型的傳感器傳來的電壓信號(hào)進(jìn)行多通道并行同步A/D變換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再通過實(shí)時(shí)存盤卡的控制，直接流盤到SCSI硬盤中，從而實(shí)現(xiàn)高速、多通道、大容量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄、實(shí)時(shí)顯示功能。用戶可以在啟動(dòng)記錄之前設(shè)定本次記錄的時(shí)間，可以在實(shí)時(shí)采集記錄過程中隨時(shí)看到采集的波形情況、記錄進(jìn)程以及測(cè)試參數(shù)的變化情況，并可隨時(shí)手動(dòng)停止而不影響之前記錄的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)采集過程中，各通道的數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)顯示，采集時(shí)保存的數(shù)據(jù)文件，可在采集結(jié)束后，進(jìn)行數(shù)據(jù)回放顯示，供用戶處理分析等，同時(shí)輸出試驗(yàn)結(jié)果。
采集結(jié)束后，通過配套的虛擬儀器應(yīng)用軟件分析數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)每通道記錄下來的波形數(shù)據(jù)，可得到記錄時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)速表輸出的電壓脈沖值總數(shù)，從而推算出該通道所測(cè)得的轉(zhuǎn)速值，帶入轉(zhuǎn)速計(jì)算公式，得到該發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速值。
另外，通過對(duì)記錄下來的波形進(jìn)行專用分析，可得到該發(fā)動(dòng)機(jī)在試驗(yàn)過程中的振動(dòng)參數(shù)，從而得到如穩(wěn)壓周向總壓紊流、徑向總壓紊流指數(shù)、紊流度、綜合紊流指數(shù)等參數(shù)。同時(shí)，通過觀察波形狀態(tài)，也可以觀測(cè)到試驗(yàn)過程中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)是否正常等。

☆ 系統(tǒng)軟件：
◆ TopView2000RT虛擬儀器應(yīng)用軟件：
● 基于TopView2000，含實(shí)時(shí)處理模塊，與海量動(dòng)態(tài)信號(hào)記錄分析儀配套使用；
● 采用Scatter/Gather DMA數(shù)據(jù)傳輸及SCSI總線驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，引入SCSI存儲(chǔ)模塊，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)分析和實(shí)時(shí)存儲(chǔ)功能，其采集深度僅受存儲(chǔ)介質(zhì)有效存儲(chǔ)空間的限制；
● 在實(shí)時(shí)記錄的同時(shí)，可以滾動(dòng)監(jiān)測(cè)波形，并在需要時(shí)停止?jié)L動(dòng)，觀看、放大或打印指定的曲線段，而正在進(jìn)行的記錄并不中斷；
● 波形的特征參數(shù)可在滾動(dòng)的同時(shí)動(dòng)態(tài)刷新，如最大值、最小值、平均值、周期、方差根等；
● 記錄的數(shù)據(jù)為專用文件格式。利用TopView2000RT軟件，可以對(duì)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行快速預(yù)覽、自動(dòng)播放、方便靈活的通道切換、對(duì)特定位置的波形快速定位，既可以查看整條曲線的壓縮全貌，也可以觀察感興趣的特定位置的波形；
● 軟件提供導(dǎo)出功能，可把指定的文件中感興趣的部分或整個(gè)文件，導(dǎo)出為Windows兼容的二進(jìn)制格式，或者轉(zhuǎn)換成其它分析軟件如Graphtool、Matlab、Excel等所需的文件格式，用戶也可以將數(shù)據(jù)通過磁盤或網(wǎng)絡(luò)存到指定的計(jì)算機(jī)中做專用軟件分析。
◆ 航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁u輪動(dòng)態(tài)信號(hào)參數(shù)專用算法模塊：
● 基于TopView2000，含實(shí)時(shí)處理模塊，與海量動(dòng)態(tài)信號(hào)記錄分析儀配套使用；
● 軟件具有可擴(kuò)展性，能夠方便地增加新功能模塊，根據(jù)不同的試驗(yàn)算法輸出相應(yīng)結(jié)果；
● 在數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄存盤的同時(shí)，自動(dòng)生成用戶指定的表格或圖形化的測(cè)試結(jié)果，包括轉(zhuǎn)速、紊流參數(shù)等，該結(jié)果隨試驗(yàn)進(jìn)程動(dòng)態(tài)刷新，使用戶能夠及時(shí)判斷試驗(yàn)進(jìn)程是否正常；
● 自動(dòng)生成用戶指定格式的試驗(yàn)報(bào)告，包括測(cè)試波形曲線圖、相關(guān)測(cè)試參數(shù)數(shù)據(jù)表格、計(jì)算結(jié)果及試驗(yàn)相關(guān)信息等，還可以發(fā)送到Word中進(jìn)行重排版和文字編輯；
● 所有測(cè)試波形曲線、計(jì)算結(jié)果等信息可以保存為文件格式供用戶重復(fù)調(diào)用及分析處理。

☆ 系統(tǒng)軟件及專用軟件模塊部分界面圖：

☆ 硬件配置及主要技術(shù)指標(biāo)：
◆ 分體式工業(yè)計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)
◆ SCSI高速硬盤（10000轉(zhuǎn)）
◆ PCI-10016H海量數(shù)據(jù)采集卡
◆ TOP實(shí)時(shí)存盤控制卡
◆ 并行采集通道數(shù)：16～32CH
◆ 每通道最高采樣率：100KSps，向下可程控分18檔
◆ 分辨率：16Bit
◆ 每通道量程：±1V～±10V，四檔程控
◆ 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式：實(shí)時(shí)采集存盤
◆ 觸發(fā)方式：內(nèi)、外、手動(dòng)、強(qiáng)制觸發(fā)多種模式

☆ 結(jié)束語：
該系統(tǒng)在TDEC海量動(dòng)態(tài)信號(hào)記錄分析儀硬件平臺(tái)基礎(chǔ)上，通過二次開發(fā)編程編寫專用軟件模塊，并無縫嵌入到TopView2000RT系統(tǒng)軟件中，使整套系統(tǒng)成為專用的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁u輪參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)。同時(shí)，該系統(tǒng)也可以完成諸如溫度、壓力、應(yīng)力應(yīng)變、噪聲、位移等通用測(cè)試，充分體現(xiàn)了虛擬儀器的靈活性、擴(kuò)展性和多用性。通過實(shí)踐檢驗(yàn)，該系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)功能完全滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁u輪參數(shù)信號(hào)的多種測(cè)試要求，很好地完成了用戶的試驗(yàn)任務(wù)；同時(shí)在抗振動(dòng)、抗電磁干擾、工作可靠性等方面也具有極大優(yōu)勢(shì)，各測(cè)試功能模塊組合靈活，TDEC也能夠?yàn)橛脩簟傲可矶ㄖ啤睂Ｓ脺y(cè)試算法，貼近用戶實(shí)際需要，非常適合航空發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)測(cè)試使用。