基于航空發(fā)電機(jī)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

賈康樂

基于航空發(fā)電機(jī)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

賈康樂

（中航工業(yè)南航（深圳）測控技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518000）

測試系統(tǒng)是根據(jù)航空發(fā)電機(jī)檢驗(yàn)的需要而設(shè)計(jì)的，對其中一種航空發(fā)電機(jī)測試系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，在這個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中包含航空發(fā)電機(jī)測試臺和數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)。通過航空發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、測試臺硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)進(jìn)行的過程有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)記錄、狀態(tài)檢測和故障診斷，應(yīng)用模擬和虛擬設(shè)備，取代傳統(tǒng)的觀察測試方式，提高了測試精度和效率。

航空發(fā)電機(jī)；測試臺；測試系統(tǒng)；電磁能

1 航空發(fā)電機(jī)測試臺及系統(tǒng)

1.1 航空發(fā)電機(jī)介紹

航空發(fā)電機(jī)是一種由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電磁能的機(jī)械裝置。飛機(jī)供電系統(tǒng)是飛機(jī)的重要組成部分，飛機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)指電能的產(chǎn)生、控制、變化和裝配。發(fā)電機(jī)的作用在飛機(jī)的啟動(dòng)和運(yùn)行當(dāng)中有重要地位，可保證安全飛行和各種運(yùn)輸任務(wù)的完成。航空發(fā)電機(jī)由直流啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、交流發(fā)電機(jī)和輔助系統(tǒng)發(fā)電機(jī)構(gòu)成。航空電氣系統(tǒng)主要由直流和交流兩種電路網(wǎng)構(gòu)成，在這個(gè)系統(tǒng)中提供電能的主要為交流發(fā)電機(jī)，從而為整個(gè)電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障[1]。

1.2 航空發(fā)電機(jī)測試臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

航空發(fā)電機(jī)測試臺的主要任務(wù)是檢測發(fā)電機(jī)的各項(xiàng)功能和檢測是否存在故障，并對故障進(jìn)行分析和判斷。本文介紹的測試系統(tǒng)的主要思路是將傳統(tǒng)的測試臺與處理信息數(shù)據(jù)系統(tǒng)結(jié)合起來，再運(yùn)用更加直觀的虛擬模擬方式，將航空發(fā)電機(jī)的性能與故障檢測合為一體地表達(dá)出來，提高整體效率，縮短工作時(shí)間，這具有一定的運(yùn)用空間。啟動(dòng)發(fā)電機(jī)測試臺的電氣系統(tǒng)主要由以下部件構(gòu)成：①220 V的電源。其主要職能是為系統(tǒng)提供源源不斷的電能。②三項(xiàng)異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)。其主要職能為變頻調(diào)速，并且為發(fā)動(dòng)機(jī)提供充足的動(dòng)力。③變速箱。其主要職能為根據(jù)QF-6部件發(fā)電的需求，對驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其符合預(yù)定值的要求。④聯(lián)軸器。主要職能為實(shí)現(xiàn)電機(jī)與增速箱之間的連接。⑤發(fā)電機(jī)。主要功能為提供電能，且其功能主要由QF－6部件來實(shí)現(xiàn)。⑥電壓調(diào)節(jié)器。為系統(tǒng)輸出持續(xù)、穩(wěn)定的電壓。⑦轉(zhuǎn)速表、轉(zhuǎn)速傳感器、電壓表、電流表等參數(shù)采集及顯示部件。⑧配電箱。主要職能為分線與集線，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的科學(xué)布線。⑨控制面板。主要實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。

在該處實(shí)驗(yàn)臺上，還應(yīng)該具有過載保護(hù)裝置以及急停保護(hù)等方面的功能，防止被測設(shè)備受到損壞。航空發(fā)電機(jī)測試臺外觀設(shè)計(jì)效果如圖1所示。

圖1 航空發(fā)電機(jī)測試臺

1.3 系統(tǒng)概述

航空發(fā)電機(jī)測試系統(tǒng)是一個(gè)集成系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)多種功能，例如數(shù)據(jù)采集、記錄、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測以及故障診斷等多項(xiàng)功能。測試臺測試出的數(shù)據(jù)通過模塊化系統(tǒng)進(jìn)行處理和分析，得出結(jié)論，再人為進(jìn)行數(shù)據(jù)的定向變化，改變測試臺中發(fā)電機(jī)的各種可調(diào)參數(shù)，使得出的結(jié)論和結(jié)果更具有普遍性，再由虛擬技術(shù)輸入各種參數(shù)，模擬發(fā)電機(jī)的運(yùn)行過程，觀察得出是否具有故障。測試臺的作用是采集和記錄數(shù)據(jù)，其他控制功能由虛擬設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。

2 系統(tǒng)硬件軟件設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案

航空發(fā)電機(jī)測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括測試臺的硬件設(shè)計(jì)和將虛擬設(shè)備與測試臺結(jié)合起來的模塊化控制硬件設(shè)計(jì)。

2.1.1 測試臺的硬件設(shè)計(jì)

航空發(fā)電機(jī)測試臺的作用是直接與航空發(fā)電機(jī)相連，使之記錄發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中的所有參數(shù)。測試臺的研發(fā)設(shè)計(jì)主要是通過接收數(shù)據(jù)模塊的更新來提高整個(gè)測試臺的效率。測試臺的模塊功能有記錄數(shù)據(jù)、采集數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。這三個(gè)功能分別對應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)是單片機(jī)、收發(fā)器和記錄模塊。

2.1.2 虛擬設(shè)備硬件設(shè)計(jì)

虛擬設(shè)備的應(yīng)用是指通過顯示面板、信號傳輸電路和參數(shù)修改設(shè)備來直觀表達(dá)和修改發(fā)電機(jī)參數(shù)，模擬發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程，達(dá)到預(yù)期目的。硬件設(shè)計(jì)包括電路設(shè)計(jì)、設(shè)備操控設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)備和顯示面板的連接設(shè)計(jì)。虛擬設(shè)備的終端是電腦，所以顯示面板由電腦代替。可以將收集的數(shù)據(jù)通過傳輸設(shè)備導(dǎo)入電腦，再通過電腦中的虛擬軟件將通信模塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，模擬出的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程和結(jié)果再通過顯示器顯示出來，達(dá)到虛擬模擬的目的。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)采用了LabVIEW自帶的信號處理VI，對示波界面、權(quán)限管理等子VI進(jìn)行了編程，對采樣頻率、階數(shù)以及帶通濾波截止頻率設(shè)置為輸入模式，使用人員可以根據(jù)測試對象不同進(jìn)行配置，并對位移、速度的最大值以及峰值進(jìn)行數(shù)值顯示，結(jié)合示波曲線可以更加直觀地了解實(shí)時(shí)的振動(dòng)數(shù)據(jù)。

2.3 航空發(fā)電機(jī)測試系統(tǒng)的運(yùn)行過程

航空發(fā)電機(jī)測試系統(tǒng)研發(fā)的目的是通過將測試臺技術(shù)與虛擬模擬技術(shù)結(jié)合起來，不僅達(dá)到模擬發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程的目的，而且還可以通過改變參數(shù)來獲取更多對于發(fā)電機(jī)本身更有研究價(jià)值的數(shù)據(jù)。

2.3.1 數(shù)據(jù)的獲取和存儲(chǔ)

發(fā)電機(jī)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)和指標(biāo)通過發(fā)電機(jī)與測試臺的直接接觸，通過物理傳輸，獲得發(fā)電機(jī)的各項(xiàng)基本數(shù)據(jù)。其中運(yùn)用的各種技術(shù)大多來自于發(fā)電機(jī)測試臺。其中，交流電子負(fù)載系統(tǒng)的應(yīng)用起到了重要作用。通過利用單片機(jī)和其他設(shè)備零件，更加突出了交流電子負(fù)載系統(tǒng)的特點(diǎn)，直接獲取功率等關(guān)于發(fā)電機(jī)的數(shù)據(jù)，這樣可以加快檢測進(jìn)度。

2.3.2 數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶ο笸ǔＪ菧y試臺和計(jì)算機(jī)。將測試臺得到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通過通信模塊傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，在這個(gè)過程中，測試臺將交流電子負(fù)載系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)和先前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一通過通信模塊傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中。

2.3.3 模擬分析

當(dāng)計(jì)算機(jī)收到檢測臺傳輸來的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)之后，可以通過配套的虛擬系統(tǒng)更改數(shù)據(jù)和模擬分析。在計(jì)算機(jī)中可以模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的形態(tài)和運(yùn)行過程。改變參數(shù)的方式有兩種：①數(shù)字輸入。直接在計(jì)算機(jī)上改變參數(shù)，但這種方式無法使發(fā)電機(jī)的狀態(tài)發(fā)生變化，容易造成誤差。②通過接入負(fù)載控制箱來控制發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣更加實(shí)際，使發(fā)電機(jī)的安全有保證。

2.3.4 整合數(shù)據(jù)

在檢測過程結(jié)束后得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)整合起來，可以在得到結(jié)果之后，選擇幾組方便操作的數(shù)據(jù)通過傳統(tǒng)方式檢測，以免出現(xiàn)較大誤差，防止出現(xiàn)意外。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)及其他方面介紹

3.1 航空發(fā)電機(jī)測試系統(tǒng)的特點(diǎn)分析

3.1.1 數(shù)據(jù)處理和收集高效性

本系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)收集和分析處理方式屬于更偏于數(shù)字化采集特點(diǎn)的方式，使數(shù)據(jù)采集和分析的過程減少了人為的干預(yù)，也在人工環(huán)節(jié)減少了一定的誤差，避免了人力對普通機(jī)械的利用，在一定程度上提高了分析效率。

3.1.2 各模塊分工明確

此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在不同的過程中都采用了獨(dú)立的運(yùn)算系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)，雖然數(shù)據(jù)的獲取和處理更加數(shù)字化，但是設(shè)計(jì)的思路非常明確，各模塊和檢測臺的分工明確，使各個(gè)分開系統(tǒng)的工作效率大大提高。獨(dú)立的模塊減少了犯錯(cuò)的概率，這樣也是減少誤差的方法。

3.1.3 更為直觀

本系統(tǒng)采用的虛擬模擬系統(tǒng)不單單是從數(shù)字方面來模擬發(fā)電機(jī)的運(yùn)行，更從機(jī)械設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行了模擬。無論是體現(xiàn)外形還是內(nèi)部的動(dòng)力結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)都可以通過視覺效果來更為直觀地向工作人員展示。這樣更加體現(xiàn)了高效性和誤差少的特點(diǎn)。希望這種虛擬方式與機(jī)械的結(jié)合可使傳統(tǒng)測量測試方案得到提升，單單靠人力測量的方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)，使整套系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更加可靠，也更具有利用價(jià)值[2]。

3.2 系統(tǒng)的其他方面分析

3.2.1 誤差分析

整個(gè)系統(tǒng)每個(gè)環(huán)節(jié)都體現(xiàn)了減少誤差的特點(diǎn)，但誤差無法徹底消除，這就要求工作人員在數(shù)據(jù)收集和分析結(jié)束后，再取幾組數(shù)據(jù)應(yīng)用在發(fā)電機(jī)上，以免出現(xiàn)意外和故障。

3.2.2 外界因素分析

由于機(jī)器的龐大和發(fā)動(dòng)機(jī)測試系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜、數(shù)量較多，通常無法為系統(tǒng)創(chuàng)造獨(dú)立的工作環(huán)境進(jìn)行無干擾檢測任務(wù)。干擾包括很多形式，通常是通過聲音來傳遞的，包括環(huán)境噪聲、供電系統(tǒng)、光線、放電、射線輻射等的干擾，這些干擾不單會(huì)影響數(shù)據(jù)，還會(huì)對發(fā)電機(jī)和檢測設(shè)備造成損壞。

4 結(jié)束語

綜上所述，此航空發(fā)電機(jī)檢測系統(tǒng)的研發(fā)提出了很多創(chuàng)新建議，不僅解決了傳統(tǒng)檢測手段中存在的誤差和效率問題，還結(jié)合了當(dāng)下最先進(jìn)的虛擬模擬方式，體現(xiàn)了檢測結(jié)果，相比于數(shù)字檢測更為直觀，體現(xiàn)了數(shù)字處理的高效性、便捷性，也體現(xiàn)了虛擬模擬的直觀表現(xiàn)性。此系統(tǒng)還考慮到機(jī)械設(shè)計(jì)的突破，比如零件的輕便性和抗干擾性，體現(xiàn)了創(chuàng)新性。

［1］劉育.航空發(fā)電機(jī)試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.內(nèi)江科技，2016，37（10）：42-44.

［2］王洪波.航空發(fā)電機(jī)綜合測試系統(tǒng)的研發(fā)［D］.西安：西安科技大學(xué)，2008.

V242

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.13.058

2095－6835（2019）13－0133－02

〔編輯：張思楠〕