CN105173111A - 一种便携式直升机振动监测维护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种便携式直升机振动监测维护系统，包括设置于直升机上的传感器组件，所述传感器组件通过信号线与数据采集设备连接，所述数据采集设备将其采集的数据信息传送至用于进行数据处理的数据分析显示设备。本发明的优越效果在于：通过传感器组件对直升机旋翼、发动机、传动轴、减速器进行长期振动监测，提前预警可能出现的故障，通过检测结果计算出相应的维护方案，使用方便，提高了直升机飞行的可靠性，保证了任务完成度。
Description
技术领域
本发明涉及飞行设备监控技术领域，涉及一种监测系统，具体涉及一种便携式直升机振动监测维护系统。
背景技术
直升机旋翼是直升机的重要组成部分之一，直接关系到直升机飞行过程中的动力稳定性及振动水平。而直升机旋翼桨尖的运动轨迹(旋翼锥体)是影响旋翼工作状态的主要参数。直升机旋翼工作状态的监测与调整方法一直是国内外相关学者的研究重点。虽然旋翼在制造过程中进行了严格的材料、工艺、工装等生产质量控制，但仍难以保证各桨叶特性的一致，这种不一致将会直接影响直升机飞行性能，尤其是直升机在高速飞行时影响更为明显，甚至会造成机毁人亡。据了解，俄罗斯生产的直升机振动较大，这与其在制造过程中的工艺、材料及是否采用了隔震和减震措施有关，而且未采用先进的测量仪器对直升机的旋翼锥体进行测量，从而根据测量数据得到直升机旋翼最佳的调整方案及减震措施。由于中国直升机制造领域长期依赖俄罗斯技术，这使得中国直升机也普遍存在以上问题。目前中国常用的直升机旋翼锥体测量方法有打纸筒法、频闪灯肉眼观察法。1950年发明了打纸筒法测量旋翼锥体，该方法技术原理简单、成本低，但只能在地面进行测量，误差约6mm左右，并且只能得到旋翼旋转一圈的共锥度值；频闪灯方法是在各桨叶桨尖上安装不同形状的靶标，周期性点亮频闪仪，人眼观察各桨尖上靶标的高低，从而判断出桨叶锥体，但该方法测量结果受人眼主观影响，无法精度确定锥体参数且无法自动给出相应的维护方案；对于发动机、减速器、传动轴，现有维护方法是在定检时，拆件进行人工排查的方法完成维护保养，相应部件的维护较为复杂且定检难以及时发现故障隐患。
公开号为CN201653382U的中国专利公开了直升机旋翼锥体测量仪，所述测量仪包括工业摄像机、旋翼锥体测量控制系统、转速传感器和计算机，工业摄像机的通讯端口与计算机的端口连接，工业摄像机的外触发端口接到旋翼锥体测量控制系统的整形触发信号输出端，转速传感器与旋翼锥体测量控制系统的转速信号放大整形电路相接；旋翼锥体测量控制系统包括数据采集卡、转速信号放大整形电路、桨叶片数选择开关、和单片机整形电路。该直升机旋翼锥体测量仪通过工业摄像机安装在直升机上，直升机开车桨叶旋转后，调整摄像机仰角，通过计算机软件屏幕显示的影像寻找桨叶目标，位置确定后固定摄像机测量，由于直升机在飞行过程中振动引起摄像机测量误差，不能满足测量需求。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，本发明的目的是针对直升机的旋翼、发动机、减速器、传动轴的状态监测及维护保养难的问题，提出了一种便携式直升机振动监测维护系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种便携式直升机振动监测维护系统，包括设置于直升机上的传感器组件，所述传感器组件通过信号线与数据采集设备连接，所述数据采集设备将其采集的数据信息传送至用于进行数据处理的数据分析显示设备。
所述的技术方案优选为，所述传感器组件包括设置于主减速器上的第一转速传感器及设置于驾驶舱内的第一加速度传感器。
所述的技术方案优选为，所述第一转速传感器采用磁转速传感器。
所述的技术方案优选为，所述传感器组件包括设置于尾减速器上的第二转速传感器及第二加速度传感器。
所述的技术方案优选为，所述第二转速传感器采用光学转速传感器。
所述的技术方案优选为，所述传感器组件包括设置于机首的轨迹跟踪器。
所述的技术方案优选为，所述传感器组件包括分别设置于发动机、减速器、传动轴上的第三加速度传感器。
所述的技术方案优选为，所述数据采集设备包括接口电路、信号调理电路、采集控制电路及信号处理电路，所述接口电路、信号调理电路、采集控制电路、信号处理电路依次连接。
所述的技术方案优选为，所述采集控制电路包括AD采集电路及与其连接的FPGA控制电路。
所述的技术方案优选为，所述信号调理电路包括9路ICP信号调理电路及5路脉冲信号调理电路。
所述的技术方案优选为，所述数据分析显示设备包括笔记本及安装于笔记本的直升机振动分析软件。
所述的技术方案优选为，所述信号处理电路通过以太网与数据分析显示设备连接。
与现有技术相比，本发明的优越效果在于：通过传感器组件对直升机旋翼、发动机、传动轴、减速器进行长期振动监测，提前预警可能出现的故障，通过检测结果计算出相应的维护方案，使用方便，解决了老式直升机健康状态的监测问题，进行关键部件预防性更换维修，减少飞机故障及维护任务，提高了直升机飞行的可靠性，保证了任务完成度。
附图说明
图1为本发明便携式直升机振动监测维护系统的结构示意图；
图2为图1中所述数据采集设备的原理框图；
图3为某型直升机主旋翼的动平衡调整示意图；
图4a为图1中所述轨迹跟踪器的测量原理图；
图4b为图1中轨迹跟踪器发出两束光波时不同高度的桨叶扫过光波的示意图；
图5为某型直升机指定部件的振动趋势图；
图6为便携式直升机振动监测维护系统第一种使用流程图；
图7为便携式直升机振动监测维护系统第二种使用流程图。
附图标识如下：
1-传感器组件、11-第一转速传感器、12-第一加速度传感器、13-第二转速传感器、14-第二加速度传感器、15-轨迹跟踪器、151-第一桨叶、152-第二桨叶、153-旋翼转轴、16-第三加速度传感器、2-数据采集设备、21-接口电路、22-信号调理电路、23-采集控制电路、24-信号处理电路、3-数据分析显示设备。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。
如附图1、2所示，本发明所述一种便携式直升机振动监测维护系统，包括设置于直升机上的传感器组件1，所述传感器组件1通过信号线与数据采集设备2连接，所述数据采集设备2将其采集的数据信息传送至用于进行数据处理的数据分析显示设备3。所述传感器组件1包括设置于主减速器上的第一转速传感器11及设置于驾驶舱内的第一加速度传感器12；设置于尾减速器上的第二转速传感器13及第二加速度传感器14；设置于机首的轨迹跟踪器15，以及分别设置于发动机、减速器、传动轴上的第三加速度传感器16。所述第一转速传感器11采用磁转速传感器，所述第二转速传感器13采用光学转速传感器。通过所述传感器组件1用于检测转速参数、振动参数、旋翼锥体参数，并将检测的数据信息传送至数据采集设备。
所述数据采集设备2包括接口电路21、信号调理电路22、采集控制电路23及信号处理电路24，所述接口电路21、信号调理电路22、采集控制电路23、信号处理电路24依次连接。所述采集控制电路23包括AD采集电路及与其连接的FPGA控制电路；所述信号调理电路22包括9路ICP信号调理电路及5路脉冲信号调理电路；所述信号处理电路24通过以太网与数据分析显示设备3连接。所述接口电路21、信号调理电路22、采集控制电路23及信号处理电路24均为现有技术。所述数据分析显示设备3包括笔记本(图中未示)及安装于笔记本上的直升机振动分析软件。所述直升机振动分析软件为现有软件，通过直升机振动分析软件能实时显示直升机的振动数据、对直升机旋翼进行动平衡计算、旋翼锥体测量及振动趋势分析。所述数据分析显示设备3为人机交互设备，用于数据处理及维护方案的确定，进一步地，所述数据分析显示设备3用于显示动平衡调节量、主旋翼锥体的调节量。
本发明第一转速传感器11、第一加速度传感器12、第二转速传感器13、第二加速度传感器14采集的数据信息用于主减速器、尾减速器的动平衡调节。如图3所示为某型直升机主旋翼的动平衡调整示意图，在测量时，直升机上驾驶舱和尾减速器两个部位的振动信号及各自的转速信号，根据旋翼的转速同步信号即方位角信号，对振动信号进行梳妆滤波、低通滤波处理，得到1次/转的振动信号，对振动信号使用全相位FFT变换，计算出振动信号的相位，其相位精度为±5°，对振动信号进行加Flattop窗函数，计算时域信号的FFT变换，得到与转速同频信号的幅值，即振动信号的幅值。振动信号的幅值表示旋翼的重量不平衡程度，相位则表示旋翼上引起振动的重量不平衡位置。计算得到旋翼不平衡点后，结合动平衡调整图，进而计算出直升机动平衡调整量。
本发明通过所述轨迹跟踪器15采集的数据信息用于主旋翼锥体(图中未示)的测量及调节，通过安装在机首整流罩上的轨迹跟踪器15测量得到，所述轨迹跟踪器15发出两束夹角为11°的光波，不同高度的桨叶扫过两束光所用的时间不同，计算出该时间差。如图4a所示为轨迹跟踪器15的测量原理图，图4b为所述轨迹跟踪器发出两束光波时不同高度的桨叶扫过光波的示意图。通过所述公式(1)、(2)、(3)得到桨叶上D点与轨迹跟踪器所在水平面之间的距离，即桨叶的相对高度Hi，根据测量计算得到的桨叶的相对高度Hi，以及根据直升机维护手册给定的值来确定主旋翼锥体调整量。
其中，α为轨迹跟踪器发出光波与其所在水平面的夹角，Ω为旋翼转轴的实测转速，π为常数，Ti为时间差，Hi为桨叶上D点与轨迹跟踪器所在水平面之间的距离，L0为旋翼转轴中心到轨迹跟踪器的距离，r为桨叶上A点与旋翼转轴之间的距离，R为桨叶上D点与旋翼转轴之间的距离，hi为桨叶上A点与轨迹跟踪器所在水平面之间的距离，i取1,2,…n。
本发明通过第三加速度传感器16采集的数据信息用于对直升机上的发动机、减速器、传动轴进行振动状态监测，并对检测的数据信息进行振动趋势分析，实现故障预警。所述振动趋势分析方法实现的基本原理是：查询数据分析显示设备3中所保存的某型直升机指定部件的振动数据，调取出各次振动数据的最大值，按日期排列，绘制出指定部件的振动趋势图，进而判断多久后可能发生故障及发生故障的部件，如图5所示。
根据实际测试需求，本发明所述便携式直升机振动监测维护系统有两种使用流程，如附图6、7所示，其中图6为第一种使用流程图，适用于维修厂定检时更换旋翼、发动机、传动轴、减速器等部件时，根据维护部件，测量相应项目的振动情况，并对其进行维护。图7为第二种使用流程图；在飞行前，直升机均预先安装有传感器组件1及配套通信线缆，根据飞行小时数定期采集其数据信息，并将数据信息传送到笔记本，所述笔记本存储有该预先安装有传感器组件1的直升机的数据信息，特别是对其振动数据进行趋势分析，预判可能发生故障的时间及部件，从而提前发出故障预警。
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。
Claims (10)
1.一种便携式直升机振动监测维护系统，其特征在于，包括设置于直升机上的传感器组件，所述传感器组件通过信号线与数据采集设备连接，所述数据采集设备将其采集的数据信息传送至用于进行数据处理的数据分析显示设备。
2.根据权利要求1所述的便携式直升机振动监测维护系统，其特征在于，所述传感器组件包括设置于主减速器上的第一转速传感器及设置于驾驶舱内的第一加速度传感器。
3.根据权利要求1所述的便携式直升机振动监测维护系统，其特征在于，所述传感器组件包括设置于尾减速器上的第二转速传感器及第二加速度传感器。
4.根据权利要求1所述的便携式直升机振动监测维护系统，其特征在于，所述传感器组件包括设置于机首的轨迹跟踪器。
5.根据权利要求1所述的便携式直升机振动监测维护系统，其特征在于，所述传感器组件包括分别设置于发动机、减速器、传动轴上的第三加速度传感器。
6.根据权利要求1所述的便携式直升机振动监测维护系统，其特征在于，所述数据采集设备包括接口电路、信号调理电路、采集控制电路及信号处理电路，所述接口电路、信号调理电路、采集控制电路、信号处理电路依次连接。
7.根据权利要求6所述的便携式直升机振动监测维护系统，其特征在于，所述采集控制电路包括AD采集电路及与其连接的FPGA控制电路。
8.根据权利要求6所述的便携式直升机振动监测维护系统，其特征在于，所述信号调理电路包括9路ICP信号调理电路及5路脉冲信号调理电路。
9.根据权利要求6所述的便携式直升机振动监测维护系统，其特征在于，所述信号处理电路通过以太网与数据分析显示设备连接。
10.根据权利要求1所述的便携式直升机振动监测维护系统，其特征在于，所述数据分析显示设备包括笔记本及安装于笔记本的直升机振动分析软件。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Yu Jiang Inventor after: Liu Fei Inventor after: Luo Rui Inventor after: Liu Xingyong Inventor before: Liu Xingyong |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 101300, Beijing, Shunyi District Renhe Town Du Yang North Street, No. 1, 19, 4 Patentee after: Beijing andaville Intelligent Technology Co.,Ltd. Address before: 101300, Shunyi District, Renhe District, Beijing 19 North Yang Street 1, 4 Patentee before: BEIJING ANDAWELL MEASUREMENT & CONTROL TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 101300 4th floor, building 1, No. 19, duyang North Street, Renhe Town, Shunyi District, Beijing Patentee after: Beijing Tianpu Situo Intelligent Technology Co.,Ltd. Address before: 101300 4th floor, building 1, No. 19, duyang North Street, Renhe Town, Shunyi District, Beijing Patentee before: Beijing andaville Intelligent Technology Co.,Ltd. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |