CN110006654A - 航空发动机远程试车系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种航空发动机远程试车系统，包括试车台模块、传输模块和至少一个远端模块；其中试车台模块承载并控制航空发动机，并经过传输模块将控制信息和航空发动机的运行状况信息传输至远端模块；远端模块利用这些信息生成并输出航空发动机的理论运行图像、理论运行状况信息和实际运行状况信息。本发明提供的航空发动机远程试车系统具有远端模块，该远端模块不但能够通过传输模块的获得控制信息和运行状况信息，还能够根据控制信息，生成并输出航空发动机的理论运行图像和理论运行状况信息。因此在使用本发明提供的航空发动机远程试车系统对航空发动机进行试车时，全部相关人员无需到达试车现场就能够目击航空发动机的试车过程。

Description

航空发动机远程试车系统

技术领域

本发明涉及一种航空发动机远程试车系统，尤其涉及一种使得全部相关人员都能够目击航空发动机的试车过程的航空发动机远程试车系统。

背景技术

航空发动机作为高度复杂的尖端技术产品，在制造完成后需要进行整机试车。由于航空发动机的试车过程需要庞大的试车工艺设备和设施来支撑，所以航空发动机的整机试车技能人员培训工作具有较高的经济和时间成本、同时具有较大的技术和安全风险。现有的航空发动机控制系统的半物理仿真试验系统能够对发动机控制系统与飞机、发动机模型进行一定程度上的闭环试验。例如现有的半物理仿真试验系统能够测试在飞机不同状态下的控制系统的控制功能和性能,同时能够进行发动机控制系统的动态参数测试和动态特性分析,发动机控制系统故障状态的模拟,发动机在各种限制以及超限边界、保护以及应急状态下控制系统的正确性验证以及发动机控制系统附件的长期试车等。虽然现有的半物理仿真试验系统能够实现上述功能，但由于上述实验是基于仿真进行的，为了对发动机进行更加周末的测试(例如对航空发动机的生产和装配工艺进行检验)进行航空发动机的实际试车仍然十分必要。

航空发动机试车过程复杂，涉及多个部门的专业知识，这些知识往往难以被少数实验人员掌握。另一方面，实际航空发动机试车台场地有限，往往无法容纳所有试车相关人员进行现场观察。基于这种现状，有必要提供一种使得全部相关人员都能够目击航空发动机的试车过程的航空发动机远程试车系统，使得相关人员在非试车现场通过远程监控可视化系统观察试车过程以及各类数据，达到提高航空发动机试车效率的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种航空发动机远程试车系统，使得在使用本发明提供的航空发动机远程试车系统对航空发动机进行试车时，全部相关人员都能够目击航空发动机的试车过程。

为解决本发明所提出的至少一部分技术问题本，本发明提供了一种航空发动机远程试车系统，包括试车台模块、传输模块和至少一个远端模块；该试车台模块包括适于承载该航空发动机的试车台主体,适于向该试车台主体发出控制信息以控制该试车台主体和该航空发动机的试车台控制单元，以及适于采集反映该航空发动机的实际运行状况的实际运行状况信息的试车台传感单元；该传输模块适于自该试车台控制单元接收该控制信息，自该试车台传感单元接收该运行状况信息，并将该控制信息和该运行状况信息传输至该远端模块；该远端模块适于根据该控制信息，生成该航空发动机的理论运行图像和理论运行状况信息，输出该理论运行图像、该理论运行状况信息和该实际运行状况信息。

根据本发明的至少一个实施例，还包括摄像装置，该摄像装置适于拍摄该航空发动机和/或该试车台主体的实际图像，并将该实际图像通过该传输模块传输至该远端模块；

该远端模块输出该实际图像。

根据本发明的至少一个实施例，该远端模块适于接收该航空发动机的设计信息，根据该控制信息和该设计信息，生成该航空发动机的理论运行图像和理论运行状况信息。

根据本发明的至少一个实施例，该航空发动机的设计信息包括该航空发动机的数字化3D几何模型和/或该航空发动机的性能参数信息。

根据本发明的至少一个实施例，该远端模块包括CAVE显示单元和仿真单元；该仿真单元根据该控制信息和该设计信息，生成该航空发动机的理论运行图像和理论运行状况信息；该CAVE显示单元以虚拟三维方式显示该理论运行图像，并以二维方式显示该理论运行状况信息和该实际运行状况信息。

根据本发明的至少一个实施例，该远端模块适于通过该传输模块从该试车台模块获得试车场景相关信息；该试车场景相关信息包括当前试验次数、试验种类、该航空发动机编号、该航空发动机型号中的一个或多个。

根据本发明的至少一个实施例，该CAVE显示单元包括主显示设备和至少一个从显示设备，该主显示设备与该从显示设备以局域网相连；该主显示设备显示的内容包括该理论运行图像、该理论运行状况信息和该实际运行状况信息；该主显示设备将该试车场景相关信息传输给该从显示设备，该从显示设备显示的内容包括该试车场景相关信息。

根据本发明的至少一个实施例，该远端模块适于获得厂房信息；该远端模块根据该厂房信息，生成虚拟厂房，并虚拟三维方式显示该虚拟厂房。

根据本发明的至少一个实施例，该实际运行状况信息包括采集自该试车台主体的供油子系统状态信息、空气子系统状态信息、试车辅助设备状态信息，以及采集自该航空发动机的发动机工况信息。

根据本发明的至少一个实施例，该传输模块以Cyres WebSocket协议，将该控制信息和该运行状况信息传输至该远端模块。

本发明提供的航空发动机远程试车系统具有远端模块，该远端模块不但能够通过传输模块的获得与试车中的航空发动机相关的控制信息和运行状况信息，还能够根据控制信息，生成并输出航空发动机的理论运行图像和理论运行状况信息。因此在使用本发明提供的航空发动机远程试车系统对航空发动机进行试车时，全部相关人员都能够目击航空发动机的试车过程。

应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，而非限制性的。这些详细描述旨在为如权利要求该的本发明提供进一步的解释。

附图说明

包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1示出了本发明的航空发动机远程试车系统的一个可选的实施例的系统结构示意图；

图2示出了本发明的航空发动机远程试车系统的远端模块的一个可选的实施例的系统结构示意图；

图3示出了本发明的航空发动机远程试车系统的远端模块的另一个可选的实施例的系统结构示意图；

图4示出了在使用发明的航空发动机远程试车系统进行试车时的一个可选的流程。

具体实施方式

现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。

首先参考图1来说明本发明的航空发动机远程试车系统的一个非限制性的例子。在当前的非限制性例子中，本发明的航空发动机远程试车系统包括试车台模块1、传输模块2和至少一个远端模块3。其中试车台模块1进一步包括试车台主体11、试车台控制单元12和试车台传感单元13。

试车台主体11是试车台模块1的核心部分，往往包括发动机台架、发动机固定和调整装置、附件匣固定和调整装置、燃油供给装置、废油收集装置、供气装置和废气排出装置等，其作用是使得航空发动机能够在其上运行。试车台控制单元12的主要功能是，通过发出控制信息来控制试车台主体11和试车中的航空发动机，使得待测航空发动机能够与试车台主体11配合，模拟出航空发动机在各种运行状态、各种环境下的工作状况。试车台控制单元12与进行试车的航空发动机的连接可以是直接连接也可以是通过试车台主体11连接。试车台传感单元13与待测航空发动机连接，并能够采集航空发动机的实际运行状况，生成实际运行状况信息。

值得注意的是，在图1中实际运行状况是由试车台传感单元13从试车台主体11处获得的。但图1中所示的结构只是为了便于说明。事实上上述实际运行状况信息指的是反映航空发动机的实际运行状况的信息，但并不代表该实际运行状况信息只来自于试车台主体11，也不代表该实际运行状况信息只来自于试车中的航空发动机。事实上，来自试车台的模块的一些信息可以被视为是实际运行状况信息，采集自航空发动机的发动机工况信息也可以被视为是实际运行状况信息。

作为一个非限制性的例子，试车台主体11可以进一步包括供油子系统、空气子系统、试车辅助设备等。这些系统和设备的运行状况(例如供油子系统当前的供油量)显然也能够反应试车中的航空发动机的实际运行状况。因此反映上述系统和设备的运行状况的供油子系统状态信息、空气子系统状态信息、试车辅助设备状态信息可以作为实际运行状况的信息，经由传输模块2发送至远端模块3，并且这些信息可以是由试车台传感单元13从试车台主体11处获得的。另一方面，采集自航空发动机的发动机工况信息(实际转速、实际推力、实际振动情况等)显然可以作为实际运行状况信息，并且这些信息可以是由试车台传感单元13从试车中的航空发动机获得的。

与之类似的，控制信息虽然在图1中被绘示为由试车台控制单元12产生的，但事实上其他信息(例如发动机检测到温度过高，自行生成了降低功率指令)也可以被认为是控制信息。另一方面，控制信息也不应当被狭义的理解为控制试车中的航空发动机的信息，而应当广义的理解为控制整个试车过程进行的信息。例如，试车台控制单元发出的，降低试车中的航空发动机的环境温度/进气温度的信息，也应当被视为控制信息。

传输模块2能够接受控制信息和实际运行状况信息，并将之发送到至少一个远端模块3。远端模块3可以被设置为具有较强的计算能力，因而能够将该实际运行状况信息与前述的控制信息结合，生成航空发动机的理论运行图像和理论运行状况信息，从而实现对航空发动机的运行状况的分析。其中对航空发动机的运行状况的分析可以是多种多样的。例如，可以包括对控制系统的动态参数测试和动态特性分析,对发动机控制系统故障状态的模拟，对发动机在各种限制以及超限边界、保护以及应急状态下控制系统的正确性验证，以及发动机控制系统附件的长期试车等。

作为一个非限制性的例子，远端模块3可以是一计算机，并且可以根据当前测试的航空发动机当前的供油量、节流阀开启程度、进气口开启角度、尾喷管收敛情况、环境温度、环境气压等控制信息，计算出当前测试的航空发动机的理论运行状况，并以此生成反应当前测试的航空发动机的理论运行状况的理论运行图像(例如，在虚拟三维空间中仿真出一个正在运行的航空发动机)和运行参数(例如转速、推力、涡前温度、喘振状况、压气机效率等)并输出上述理论运行图像(例如以3D方式向远端模组前的用户显示虚拟三维空间中仿真出的航空发动机)、理论运行状况信息和实际运行状况信息。

这样的设置使得与该试车中的航空发动机相关的专家、工程师等相关人员无需前往试车现场，就能够实时的或者准实时的通过远端模块3目击试车过程以及各类数据，直观的了解试车中的航空发动机的理论运行状况和实际运行状况与理论运行状况的偏差，从而给出试车建议并发现试车中体现出的问题。此外，上述航空发动机远程试车系统理论上可以将控制信息和实际运行状况信息发送给无限多个远端模块，(例如图1中所示的另一远端模块103)从而突破试车场地大小的限制，使得所有相关人员都能够通过远端模块3目击试车过程以及各类数据。

值得注意的是，以上的例子只是对本发明所提出的航空发动机远程试车系统的一个可选的例子的说明。本发明所提出的航空发动机远程试车系统的许多部分都可以具有多种多样的设置方式。例如在一个可选的例子中，传输模块2可以包括一个服务器，该服务器在接收控制信息和实际运行状况信息后，再向每个远端模块发送。又例如，可以使用一台电脑作为远端模块3，并使用TCP/IP协议作为Server端对外提供数据服务，并在试车现场设置一台通信服务器。该通信服务器收集控制信息、实际运行状况信息等信息，并作为Client端连接到作为Server端的远端模块3，从而实现信息的传输。

又例如，在另一个可选的例子中，传输模块仅起到传输作用。由试车台控制单元12将控制信息发送至一个或者多个远端模块，相应的由试车台传感单元13将实际运行状况信息发送至一个或多个远端模块。另一方面，传输模块2传输控制信息和实际运行状况信息的协议可以是各种有线网络或者无线网络通信协议。例如传输模块2可以以Cyres WebSocket协议传输控制信息和实际运行状况信息。下面以一些非限制性的例子对本发明提供的数字电路产品测试装置的变化中的至少一部分进行说明。

继续参考图1，根据一个非限制性的例子，本发明提供的航空发动机远程试车系统，还包括摄像装置14。该摄像装置14能够拍摄试车前或者试车中的该航空发动机和/或试车台主体11的实际图像，并将拍摄到的实际图像通过传输模块2传输至远端模块3。这就使得远端模块3还能够输出试车的实际图像。当然，这里的实际图像只可能包括试车中的航空发动机的外部的图像。上文中的理论运行图像由于是通过仿真的方式生成的，所以不一定是外部图像，也可以是剖面图像等。通过设置摄像装置，并通过远端模块显示实时图像，能够进一步增加远离现场的专家、工程师等相关人员能够获得的信息量，有利于提高试车效率。

继续参考图1，根据一个非限制性的例子，远端模块3能够接收航空发动机的设计信息。例如，在当前的非限制性例子中，远端模块3包括处理器31、存储器32和数据端口33和网络端口34。因此远端模块3能够通过其数据端口33获得航空发动机的设计信息，并将之储存在存储器32中。处理器31通过网络端口34获得控制信息，并从存储器32中读取航空发动机的设计信息，并通过仿真计算或者其他类似的方式生成航空发动机的理论运行图像和理论运行状况信息。此处航空发动机的设计信息应当做广义理解。即，航空发动机的设计信息可以包括航空发动机的数字化3D几何模型等的物理参数信息，也可以包括航空发动机的设计推力曲线、设计升限制等性能参数信息。

根据一个非限制性的例子，远端模块3包括CAVE显示单元301和仿真单元302。其中仿真单元302根据控制信息和设计信息，生成航空发动机的理论运行图像和理论运行状况信息。而CAVE显示单元302则能够以虚拟三维方式显示仿真单元302生成的航空发动机的理论运行图像，并以二维方式显示航空发动机的理论运行状况信息和实际运行状况信息。虽然远端模块3的模块结构如上所述，但是不应当狭义的理解为远端模块3只能是包括两个相互独立的部件，并且各自执行各自的功能的情况。下面参考图2来说明远端模块3的一种可选的结构。与图1所示的例子类似的，远端模块3包括处理器31、存储器32、数据端口33和网络端口34。并且远端模块3还具有CAVE显示器35。远端模块3能够通过数据端口33获得航空发动机的设计信息，并将之储存在存储器32中。此外存储器中还存有操作系统300，以及仿真单元302(例如仿真软件)。

在此基础上，处理器31通过网络端口34获得控制信息，并从存储器32中读取航空发动机的设计信息，通过操作系统300运行仿真单元302，从而生成航空发动机的理论运行图像和理论运行状况信息。处理器将上述航空发动机的理论运行图像和理论运行状况信息以适于被CAVE显示器35显示的格式发送到CAVE显示器35，并将通过网络端口34获得的航空发动机的实际运行状况信息也发送到CAVE显示器35，使得CAVE显示器35以虚拟三维方式显示仿真单元302生成的航空发动机的理论运行图像，并以二维方式显示航空发动机的理论运行状况信息和实际运行状况信息。在这一非限制性例子中，可以将处理器31、存储器32和CAVE显示器35视为CAVE显示单元301。事实上，只要远端模块3实现了仿真功能和CAVE显示，就应当被视为具有CAVE显示单元301和仿真单元302。

可选的，在当前的非限制性的例子中远端模块3通过传输模块2，从试车台模块1获得的信息还包括试车场景相关信息。该试车场景相关信息包括当前试验次数、试验种类、试车航空发动机编号、试车航空发动机型等，这些信息也可以在试车过程中，通过远端模块3显示出来，使得相关人员能够获得更多的当前试车的相关信息。其中上述试车场景相关信息的具体显示方式可以是多样的。例如，CAVE显示单元301包括主显示设备351和至少一个从显示设备352，并且主显示设备351与从显示设备352相连。主显示设备351显示理论运行图像、理论运行状况信息和实际运行状况信息，从显示设备352则显示试车场景相关信息，并且该试车场景相关信息是通过局域网，从主显示设备351处获得的。

虽然本实施例的CAVE显示单元301如上所述，但上述例子中主显示设备351和从显示设备352共用处理器31和存储器32的结构仅是对CAVE显示单元301的可选形式的说明。事实上，CAVE显示单元301还可以具有其他结构。例如，参考图3，从显示设备352不与主显示设备351共用处理器31和存储器32。可选的，在当前的非限制性例子中，处理器31、存储器32和主显示设备351是一台计算机，而显示设备352则是另一台计算机。两者通过局域网等方式连接，以实现数据传输。此外，虽然图中只示出了一个从显示设备352，但事实上从显示设备的数量可以根据实际需要进行设置。例如，可以将四台计算机通过局域网相互连接作为远端模块3，其中三台计算机作为三个从显示设备。

根据一个非限制性的例子，远端模块3还能够获得关于试车台所在的试车厂房的厂房信息。远端模块3获得该厂房信息的方式可以是多样的。例如，厂房信息可以是全部通过传输模块2从试车台模块1获得的。又例如，存储器32中存有一个包括多个厂房的厂房信息的厂房信息库。处理器31根据来自试车台模块1的信息来调用该厂房信息库中对应的厂房信息。远端模块3根据厂房信息生成虚拟厂房，并虚拟三维的方式将生成的虚拟厂房显示出来。例如，在图2所示的例子中，处理器31在获得厂房信息后，运行存储在存储器32中的厂房模拟单元302(例如厂房模拟软件)，模拟出虚拟厂房，再将该模拟出的虚拟厂房发送至CAVE显示器35。相应的CAVE显示器35以三维方式显示该虚拟厂房。这样的设置使得相关人员能够获得更多厂房信息，利于提高相关人员对试车环境的了解。

下面参考图4来说明当使用本发明的在使用发明的航空发动机远程试车系统进行试车时的一个可选的流程。图中左侧虚线框中的步骤由试车台模块1执行，右侧虚线框中的步骤则由远端模块3执行。

首先，本地的试车台模块1和远端模块3分别进行初始化。然后在试车台模块1和远端模块3之间建立连接以便传输数据。建立连接后还可以具有一测试步骤，判断是否连接成功。在判断为连接成功后，试车台模块1即可以开始试车。此时可以向位于试车现场的用户发出请求指令信息。

当接收到用户的指令后(既可以是开始试车的指令，也可以是试车过程中的控制指令)，试车台模块1解析用户的指令，从而在用户的控制下进行试车，并不断的将接收到的指令发送至远端模块3，使得远端模块3也能够通过解析这些用户指令实现对试车的仿真。此外，在试车过程中，试车台模块1还持续的采集实际运行状况信息并发送至远端模块3，以便远端模块3可以将该实际运行状况信息也显示出来。

当判断为试车完成时(例如接到用户的终止指令或者试车已打预定时间)，试车台模块1结束试车并向远端模块3发生结束信号。接收到该结束信号后，远端模块停止仿真，不再接收指令和实际运行状况信息，并显示试车已结束。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明使用本发明的在使用本发明的航空发动机远程试车系统进行试车时的一个可选的流程。事实上，在使用本发明的航空发动机远程试车系统进行试车时，其具体步骤在多方面都能够进行改变。例如，试车台模块1可以在接收指令后，先进行解析。然后将解析后的指令发送至远端模块3。因此，本技术领域中的普通技术人员应当认识到以上的实施例不构成对本发明的限制。

尽管上面的实施例示例远端模块3是通过计算机软件与硬件的组合来实施。但是可以理解，远端模块3也可在计算机软件、硬件中加以实施。对于硬件实施而言，远端模块3可在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DAPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行上述功能的其它电子装置或上述装置的选择组合来加以实施。在部分情况下，这类实施例可以通过控制器进行实施。

对软件实施而言，远端模块3可通过诸如程序模块(procedures)和函数模块(functions)等独立的软件模块来加以实施，其中每一个模块执行一个或多个本文中描述的功能和操作。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换。因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种航空发动机远程试车系统，包括试车台模块、传输模块和至少一个远端模块；

所述试车台模块包括适于承载所述航空发动机的试车台主体,适于向所述试车台主体发出控制信息以控制所述试车台主体和所述航空发动机的试车台控制单元，以及适于采集反映所述航空发动机的实际运行状况的实际运行状况信息的试车台传感单元；

所述传输模块适于自所述试车台控制单元接收所述控制信息，自所述试车台传感单元接收所述运行状况信息，并将所述控制信息和所述运行状况信息传输至所述远端模块；

所述远端模块适于根据所述控制信息，生成所述航空发动机的理论运行图像和理论运行状况信息，输出所述理论运行图像、所述理论运行状况信息和所述实际运行状况信息。

2.根据权利要求1所述的航空发动机远程试车系统，其特征在于：还包括摄像装置，所述摄像装置适于拍摄所述航空发动机和/或所述试车台主体的实际图像，并将所述实际图像通过所述传输模块传输至所述远端模块；

所述远端模块输出所述实际图像。

3.根据权利要求1所述的航空发动机远程试车系统，其特征在于：所述远端模块适于接收所述航空发动机的设计信息，根据所述控制信息和所述设计信息，生成所述航空发动机的理论运行图像和理论运行状况信息。

4.根据权利要求3所述的航空发动机远程试车系统，其特征在于：所述航空发动机的设计信息包括所述航空发动机的数字化3D几何模型和/或所述航空发动机的性能参数信息。

5.根据权利要求3所述的航空发动机远程试车系统，其特征在于：所述远端模块包括CAVE显示单元和仿真单元；

所述仿真单元根据所述控制信息和所述设计信息，生成所述航空发动机的理论运行图像和理论运行状况信息；

所述CAVE显示单元以虚拟三维方式显示所述理论运行图像，并以二维方式显示所述理论运行状况信息和所述实际运行状况信息。

6.根据权利要求5所述的航空发动机远程试车系统，其特征在于：所述远端模块适于通过所述传输模块从所述试车台模块获得试车场景相关信息；

所述试车场景相关信息包括当前试验次数、试验种类、所述航空发动机编号、所述航空发动机型号中的一个或多个。

7.根据权利要求6所述的航空发动机远程试车系统，其特征在于：所述CAVE显示单元包括主显示设备和至少一个从显示设备，所述主显示设备与所述从显示设备以局域网相连；

所述主显示设备显示的内容包括所述理论运行图像、所述理论运行状况信息和所述实际运行状况信息；

所述主显示设备将所述试车场景相关信息传输给所述从显示设备，所述从显示设备显示的内容包括所述试车场景相关信息。

8.根据权利要求1所述的航空发动机远程试车系统，其特征在于：所述远端模块适于获得厂房信息；

所述远端模块根据所述厂房信息，生成虚拟厂房，并虚拟三维方式显示所述虚拟厂房。

9.根据权利要求1所述的航空发动机远程试车系统，其特征在于：所述实际运行状况信息包括采集自所述试车台主体的供油子系统状态信息、空气子系统状态信息、试车辅助设备状态信息，以及采集自所述航空发动机的发动机工况信息。

10.根据权利要求1所述的航空发动机远程试车系统，其特征在于：所述传输模块以Cyres WebSocket协议，将所述控制信息和所述运行状况信息传输至所述远端模块。