航空發(fā)動機試車臺測試技術發(fā)展思考

王富宏 覃鶯

中國航發(fā)南方工業(yè)有限公司 湖南株洲 412002

1 國內(nèi)航空發(fā)動機試車臺測試系統(tǒng)的發(fā)展

現(xiàn)如今，隨著測試系統(tǒng)持續(xù)地改革和優(yōu)化，我國的試車臺測試系統(tǒng)的大致發(fā)展過程經(jīng)歷如下。

1.1 模擬儀表

20 世紀60 年代，我國成立了首個航空發(fā)動機試車臺。因為那時的儀器質(zhì)量和技術水平有限，所以近乎所有的測試系統(tǒng)都采用了模擬儀表。許多儀表（如動圈式溫度表和液壓指針表等）需要工作人員手動記錄，完成測量工作。這種方法記錄困難、測試效率低、周期長。

1.2 集成式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

由于使用單芯片技術的數(shù)字智能儀表已經(jīng)被研制出來，導致我國的航空發(fā)動機實現(xiàn)了從模擬時代到數(shù)字時代的轉(zhuǎn)變，并且接口和計算機技術的發(fā)展使計算機參與數(shù)據(jù)收集和處理成為可能。在20世紀80 年代，我國許多試車臺成功引入了集成數(shù)據(jù)訪問系統(tǒng)。這種類型的存儲系統(tǒng)堅固可靠，具有較高的測試精度和多通道功能，已為大多數(shù)用戶所認可。然而，由于當時計算機和通信技術水平的限制，一個試車臺通常由多個集成的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)組成，用于數(shù)據(jù)錄取、實驗過程快速測量記錄、以及實驗狀態(tài)監(jiān)控等。其缺點是重復參數(shù)測量、設備投資成本高以及使用和維護的不便。

1.3 以虛擬儀器概念為基礎的網(wǎng)絡化測試系統(tǒng)

隨著時間的推移，自動化儀表接口以及計算機技術的不斷發(fā)展，這種情況增大了大型集成數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)在實驗測試系統(tǒng)中的優(yōu)勢。各式各樣的總線設備工具和總線采樣技術可在組件之間同時進行數(shù)據(jù)檢索和傳輸，以確保效率。網(wǎng)絡技術使遠程和自動化工具對業(yè)務的控制更加輕松快捷，從而開啟了數(shù)據(jù)交換和交換的新階段。測試工程師可以指定如何從硬件設備中對軟件進行提取，以及如何分析、處理、顯示和存儲數(shù)據(jù)，為特定應用程序和操作創(chuàng)建自定義用戶界面。因此，用戶也變得更具有主動權(quán)，工作也更加便利。

2 參數(shù)的采集和處理

2.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)收集包括采集中涉及的所有參數(shù)以及體現(xiàn)其運轉(zhuǎn)狀況的數(shù)據(jù)。采集的信號包括數(shù)字量信，開關量信號以及模擬量信號三種：

數(shù)字信號從數(shù)字儀器傳輸?shù)綌?shù)字采集接口電路，使用96 路帶光電隔離接口板。

開關量信號有兩種，即狀態(tài)信號和告警信號?？赊D(zhuǎn)換為6 個數(shù)字量，再通過數(shù)字量采集接口電路傳入計算機。

模擬量信號經(jīng)過傳感器傳入模擬量采集接口電路，使用2 只32 路模擬量輸入，12 位A/D 分辨率和25k 赫茲的單通道采樣速度。其中不同的測量有著不同的工作原理是。簡要說明如下：

變送器將電壓信號轉(zhuǎn)換為4 到20 毫安，并將其傳入到變換器之中。將5 伏特的電壓信號發(fā)送到A/D 轉(zhuǎn)換板，并使用電流型壓力變送器以提搞抗干擾力。

用于測量信號的傳感器分為兩種：熱電阻式傳感器和熱電偶式傳感器。熱電阻式傳感器先執(zhí)行R/V 轉(zhuǎn)換，然后把信號進傳入收集器。為了適應不同靈敏度的傳感器，可以選擇帶程控數(shù)字放大器的模擬量接口板。此外，還可以選用高性能溫度信號變送器，統(tǒng)一處理微小的熱電勢或電阻變化量，隨后傳輸?shù)侥M量輸入通道。其它信號參數(shù)的測量原理基本相同[1]。

2.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理的功能實際上是對各類硬件端口收集的數(shù)據(jù)進行濾波誤差判別和狀態(tài)識別等處理。為了提高測量精度，對參數(shù)的處理如下如下：

測量誤差主要是由于流量計范圍與測量流量之間的不一致和流量系數(shù)在不同范圍內(nèi)的變化所致。采取兩中不同量程的流量計分段測量，這種方法有效提高了測量精度。此外，分別擬合其流量系數(shù)與測量頻率的關系，結(jié)合測量頻率，首先計算流量系數(shù)，其次計算燃油流量。這種方法可以將測量精度從1%提高到2%。

對于測量精度要求高的信號，有必要消除零漂和非線性誤差。對此，可以采用現(xiàn)場校準數(shù)據(jù)進行曲線擬合。

3 航空發(fā)動機試車臺測試技術的發(fā)展趨勢

總體而言，航空發(fā)動機試車臺測試技術的發(fā)展趨勢可歸納為：

我們需要滿足新型號的研制要求，可以改造老的試車臺，擴大其試驗領域，提高其試驗能力。

試車臺系統(tǒng)靈活化、多功能化。它可以測試多種氣體，還可以測試可貯存自燃推進劑。它既能測試火箭又能測試發(fā)動機，測試條件調(diào)整能力不斷提高。

測試設備非常集中。在測試中心，有一個完整的火箭發(fā)動機試車臺，也有組合件試車臺以及測試通道和沖壓發(fā)動機試車臺。與火箭發(fā)射場建造在一起。公共設施也能共用，例如水系統(tǒng)、儲運系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)等。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的能力不斷擴大，試車次數(shù)和實驗成本降低[2]。

需要不斷開發(fā)新產(chǎn)品和技術以提高我們的測試能力，例如高速工作站和集散控制等。采用新興的、高科技的測試方法，從多方面對對象進行分析及性能評定。

光學診斷技術不僅僅運用于壓力和溫度的標準技術，而且還可以用于定量或定性地獲得更多、更準確的化學性質(zhì)信息。此外，更多不同種類的光學診斷技術（如高速攝影等）也將被投入應用。

用紅外成像系統(tǒng)檢測試件溫度及其分布。

用于檢驗高科技的發(fā)動機工作中零件的完整性和響應特性。

未來將更加注重在高空環(huán)境中的模擬試驗，持續(xù)提升試驗的能力。

注重試車臺環(huán)境的優(yōu)化，并不斷完善安全防護策略。

4 結(jié)語

我國的航空發(fā)動機試車臺測試技術正在逐步取得較大的發(fā)展，時至今日，這種技術已經(jīng)可以滿足大多數(shù)現(xiàn)有的試車臺型號的研發(fā)需求。但是，與發(fā)達國家的航空技術相比，我們在硬件、測試能力和技術水平上仍然存在很大差距，有必要進一步發(fā)展[3]。