一种分布式航空发动机试车测控系统
技术领域
本发明涉及航空发动机试车测控领域,具体涉及一种分布式航空发动机试车测控系统。
背景技术
航空发动机是飞机的核心部件,是飞机的动力源。航空发动机维护质量直接影响飞机使用情况,甚至影响到飞机的飞行安全。航空发动机在寿命期内,为了保证飞行安全,按规定必须要定期对飞机发动机进行试车,检查发动机各项性能的好坏。航空发动机试车测控,是航空发动机的研发和维护过程中通常要经历的。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是提供一种分布式航空发动机试车测控系统,在试车台和发动机上设置多个测控子节点,就近负责传感器信号的采集及控制信号的输出,并以网络总线为数据总线,接收一个或多个控制节点的命令,该系统的数据处理节点负责显示不同专业需要的数据,并进行数据的记录与存储。
(二)技术方案
为达到上述目的,本发明提供了一种分布式航空发动机试车测控系统,包括:台架电源子系统、数据总线子系统、发动机全权限数字控制子系统、起动控制子系统、发电控制子系统、振动测量子系统、推力测量子系统、环境参数测量子系统、发动机燃油测量子系统、主控制计算机、辅助控制计算机和监视计算机;
所述台架电源子系统为各个子系统提供电源;
所述数据总线子系统为各个子系统和各个计算机提供数据交互,使得各个子系统和各个计算机之间通信连接。
在一些具体实施例中,所述台架电源子系统包括以下电源中的至少一项:28V直流稳压电源、24V直流稳压电源、10V/5V程控直流稳压电源。
在一些具体实施例中,所述数据总线子系统包括串口转网口转换器和/或网络交换机,提供网络总线。
在一些具体实施例中,所述发动机全权限数字控制子系统包括电子控制器、燃油泵调节器和多个传感器;
所述发动机全权限数字控制子系统通过网络总线接收所述主控制计算机的指令并按照指令对发动机进行控制,通过多个传感器采集发动机的信号,并将信号进行处理后传输至网络总线,所采集的发动机的信号包括以下至少一项:转速信号、温度信号、压力信号、油门开度信号。
在一些具体实施例中,所述起动控制子系统包括起动盒、起动电源、起动电源控制器、点火装置以及信号采集和处理模块;
所述起动控制子系统接收所述发动机全权限数字控制子系统的控制信号,对发动机的所述起动电源点火装置进行控制,并采集发动机的起动电压、起动电流信号,进行处理后传输至网络总线。
在一些具体实施例中,所述发电控制子系统包括发电机控制器、信号采集和处理模块以及程控负载柜;
所述发电控制子系统控制安装在发动机上的起动发电机,并采集发电机的信号,以及对发电机的信号进行处理后传输至网络总线,其中,发电机的信号包括以下至少一项:发电电压信号、发电电流信号、励磁电流信号。
在一些具体实施例中,所述振动测量子系统包括振动分析仪和多个振动传感器;
所述振动测量子系统实时测量、采集和处理发动机各部位的振动信号,并振动信号其传输至网络总线。
在一些具体实施例中,所述推力测量子系统包括推力信号处理器和推力传感器;
所述推力测量子系统实时测量、采集和处理发动机的推力信号,并将推力信号传输至网络总线。
在一些具体实施例中,所述环境参数测量子系统包括多个传感器和环境参数信号处理模块;
所述环境参数测量子系统实时测量、采集和处理发动机台架的信号,并将发动机台架的信号传输至网络总线,其中,所述发动机台架的信号包括以下至少一项:温度信号、气压信号、湿度信号。
在一些具体实施例中,所述发动机燃油测量子系统包括多个传感器和发动机燃油信号处理模块;
所述发动机燃油测量子系统实时测量、采集和处理发动机的燃油相关信号,并将燃油相关信号传输至网络总线,其中,燃油相关信号包括以下至少一项:燃油流量信号、燃油进口温度信号、燃油进口压力信号。
在一些具体实施例中,所述主控制计算机显示所述各个子系统的参数信息和状态,并提供控制界面以便对发动机试车进行控制。
在一些具体实施例中,所述辅助控制计算机显示发动机和台架的参数信息,并提供控制界面以便对发动机试车的辅助设备进行控制。
在一些具体实施例中,所述监视计算机显示发动机和台架的参数信息,并记录和存储所述参数信息。
综上所述,本发明提供了一种分布式航空发动机试车测控系统,包括:台架电源子系统、数据总线子系统、发动机全权限数字控制子系统、起动控制子系统、发电控制子系统、振动测量子系统、推力测量子系统、环境参数测量子系统、发动机燃油测量子系统、主控制计算机、辅助控制计算机和监视计算机;所述台架电源子系统为各个子系统提供电源;所述数据总线子系统为各个子系统和各个计算机提供数据交互,使得各个子系统和各个计算机之间通信连接。本发明可使发动机各子系统相对独立,降低系统复杂度,提高系统测试的抗干扰性、可靠性,大大减少发动机台架电缆用量,降低了建设成本。另外,系统的拓展性与升级性均由较大提升。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果:
1、由于本发明采用分布式控制系统设计思路,因此具有分布式控制系统可靠性高、便于维护升级等优点。
2、使用后由于与外界的电气连接简单,便于远程控制且不易受到干扰。
3、各子系统、单元的数据均在网络总线上,方便各系统交互信息,便于信息的综合利用、处理及记录存储。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的分布式航空发动机试车测控系统的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面结合具体实施方式并参照附图,对本发明进一步详细说明。应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。
对于航空发动机试车测控领域,测控系统可以采用基于VXI总线或者PXI总线的集中式测控系统形式。即传感器、执行器均放置在信号源或发动机附近,通过较长的电缆连接至测控计算机,测控计算机统一进行采集、处理、控制及记录等。包含发动机数控系统的测控系统,则是两套独立的系统,即台架测控计算机负责发动机台架相关测试、控制的任务,发动机数控系统仅负责发动机本体的测试与控制。
这种系统架构方式,一方面由于信号多为模拟量信号,且传输距离较长,易受到外界电磁环境的干扰;另一方面测控计算机承担了数据采集、处理、计算、控制、存储等大量任务,负担较重,可靠性受到影响,使得该系统无法承担大型工程、复杂系统的任务;另外,系统的复杂度较高,数据相互交联,耦合关系复杂,也非常不利于系统的升级与拓展;而且,随着航空发动机的日益复杂,测试需求的不断增加,该系统也无法满足多专业、多人、多任务共享信息,同时控制的要求。
本发明主要提供的航空发动机试车测控系统是一种分布式控制系统,它主要由台架电源子系统、数据总线子系统、发动机全权限数字控制子系统、起动控制子系统、发电控制子系统、推力测量子系统、振动测量子系统、环境参数测量子系统、发动机燃油测量子系统、主控制计算机、辅助控制计算机和监视计算机等子系统组成。
台架电源子系统负责为台架各子系统提供相应需求的供电。
数据总线子系统为下述各子系统之间的信息交换中枢,负责为各子系统间的数据交互提供服务。
发动机全权限数字控制子系统通过网络总线接收主控制计算机的指令并按指令对发动机进行相应控制(如起动、冷转、假开车、假热开车、停车、稳态及过渡态控制等)。同时,实时测量、采集发动机转速,各截面温度、压力,滑油系统的温度、压力,油门开度等信号;实时监控发动机及其自身的健康状态,并自动处理,以数字量形式上传至网络总线。
起动控制子系统主要接收发动机全权限数字控制子系统的控制信号,对发动机台架起动电源、点火系统进行控制。同时,实时测量起动电压、起动电流信号,并以数字量形式上传至网络总线。
发电控制子系统主要负责控制安装在发动机上的起动发电机,保证在其工作区间可以稳定输出电能。同时,实时测量、采集发电机的发电电压、发电电流、励磁电流等信号,并自动处理,以数字量形式上传至网络总线。
振动测量子系统主要负责实时测量、采集、处理发动机各部位的振动信号,并以数字量形式上传至网络总线。
推力测量子系统主要负责实时测量、采集、处理发动机的推力信号,并以数字量形式上传至网络总线。
环境参数测量子系统主要负责实时测量、采集、处理发动机台架的温度、气压、湿度信号,并以数字量形式上传至网络总线。
发动机燃油测量子系统主要负责实时测量发动机燃油流量、燃油进口温度、燃油进口压力信号,并以数字量形式上传至网络总线。
主控制计算机显示所有子系统采集的测量参数信息、发动机当前的工作及报警状态及台架其他子系统的状态等。同时,操作人员可以通过对主控制计算机控制界面的操作,完成发动机试车工艺中规定的各项操作,如冷转、假开车、地面起动、各工作状态给定及停车等。
辅助控制计算机同样显示发动机和台架的各主要参数。同时,操作人员可以通过对该计算机控制界面的操作,完成对发动机试车台各辅助设备的控制,如发电机提取功率控制、风机控制、应急停车控制等。
监视计算机同样显示发动机和台架的全部参数。同时,具有数据记录与存储功能。
如图1所示,为本发明第一实施方式的分布式航空发动机试车测控系统的结构框图。上述的台架电源子系统1包括大功率28V直流稳压电源1.1、24V直流稳压电源1.2、10V/5V程控高精度直流稳压电源1.3。数据总线子系统2包括串口转网口转换器2.1和网络交换机2.2。发动机全权限数字控制子系统3包括电子控制器3.1、燃油泵调节器3.2、油门开度传感器3.3、发动机转速传感器3.4、进气温度传感器3.5、进气压力传感器3.6、压气机后压力传感器3.7、涡轮后温度传感器3.8、滑油温度传感器3.9、滑油压力传感器3.10。起动控制子系统4主要包括起动盒4.1、起动电源4.2、起动电源控制器4.3、点火装置4.4、起动电压采集模块4.5、起动电流采集模块4.6、起动信号处理模块4.7。发电控制子系统5包括发电机控制器5.1、发电控制系统信号处理模块5.2、发电电压采集模块5.3、发电电流采集模块5.4、发电电流采集模块5.5、程控负载柜5.6。振动测量子系统6包括振动分析仪6.1、振动传感器6.2、振动传感器6.3、振动传感器6.4、振动传感器6.5、振动传感器6.6。推力测量子系统7包括推力信号处理器7.1、推力传感器7.2。环境参数测量子系统8包括发动机台架温度传感器8.1、大气压力传感器8.2、大气湿度传感器8.3、环境参数信号处理模块8.4。发动机燃油测量子系统9包括发动机燃油流量传感器9.1、燃油进口温度传感器9.2、燃油进口压力传感器9.3、发动机燃油信号处理模块9.4。测控系统还包括主控制计算机10、辅助控制计算机11和监视计算机12。各子系统由台架电源子系统提供电源,并通过数据总线子系统提供的网络总线进行通信连接。
综上所述,本发明提供了一种分布式航空发动机试车测控系统,包括:台架电源子系统、数据总线子系统、发动机全权限数字控制子系统、起动控制子系统、发电控制子系统、振动测量子系统、推力测量子系统、环境参数测量子系统、发动机燃油测量子系统、主控制计算机、辅助控制计算机和监视计算机;所述台架电源子系统为各个子系统提供电源;所述数据总线子系统为各个子系统和各个计算机提供数据交互,使得各个子系统和各个计算机之间通信连接。本发明可使发动机各子系统相对独立,降低系统复杂度,提高系统测试的抗干扰性、可靠性,大大减少发动机台架电缆用量,降低了建设成本。另外,系统的拓展性与升级性均由较大提升。
应当理解的是,本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理,而不构成对本发明的限制。因此,在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。此外,本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。