飛機(jī)耗油性能試驗(yàn)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)方案研究

史 強(qiáng) 王騰龍 鄧啟明 郭海利

（國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠，蕪湖 241007）

飛機(jī)燃油系統(tǒng)用來儲(chǔ)存機(jī)載發(fā)動(dòng)機(jī)需用的燃油，并在飛機(jī)允許的一切飛行狀態(tài)和工作條件下，按一定的順序向發(fā)動(dòng)機(jī)不間斷供給規(guī)定壓力的流量燃油[1]，提供維持飛機(jī)飛行的動(dòng)力和各系統(tǒng)正常工作的能量。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)無法獲得穩(wěn)定壓力的燃油供給時(shí)會(huì)出現(xiàn)異常，甚至導(dǎo)致飛機(jī)墜毀。為了保證飛機(jī)燃油系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而保證飛行安全，飛機(jī)在完成制造或大修后，均需要經(jīng)過模擬耗油順序試驗(yàn)來檢驗(yàn)燃油系統(tǒng)的性能。燃油系統(tǒng)耗油性能試驗(yàn)的目的是檢測(cè)機(jī)上的閥門、油泵、油位傳感器、油量傳感器等各類機(jī)電產(chǎn)品的工作性能和工作時(shí)機(jī)是否符合設(shè)計(jì)要求。燃油系統(tǒng)耗油性能試驗(yàn)傳統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)需要手工記錄，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且在試驗(yàn)過程中會(huì)受到信號(hào)間斷等影響。當(dāng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)沒有觀察或記錄造成異議時(shí)，需要反復(fù)試驗(yàn)[2]?；诘孛鏀?shù)據(jù)的自動(dòng)采集、分析、記錄和處理，開展飛機(jī)燃油系統(tǒng)耗油性能試驗(yàn)，可以有效提高試驗(yàn)的效率、可靠性和可追溯性。目前，飛機(jī)燃油系統(tǒng)耗油性能試驗(yàn)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)需求迫切，應(yīng)用前景廣闊。

1 耗油性能試驗(yàn)方案

1.1 典型飛機(jī)燃油系統(tǒng)組成

飛機(jī)燃油系統(tǒng)的主要功能是保證飛機(jī)在所有工況下按規(guī)定的順序從油箱向發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定供油。按產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分類，典型的飛機(jī)燃油系統(tǒng)由12個(gè)燃油泵、10個(gè)油量傳感器、16個(gè)壓力變送器、16個(gè)液位傳感器、若干個(gè)電動(dòng)開關(guān)以及若干個(gè)電磁活組成。按功能分類，典型的飛機(jī)燃油系統(tǒng)由加油分系統(tǒng)、空中受油分系統(tǒng)、供油分系統(tǒng)、輸油分系統(tǒng)、油量測(cè)量分系統(tǒng)、油箱增壓和通氣分系統(tǒng)等組成[3]。飛機(jī)在制造或者大修完成后，需要基于耗油順序開展燃油系統(tǒng)耗油性能試驗(yàn)，通過加油、抽油等環(huán)節(jié)檢查燃油系統(tǒng)各個(gè)分系統(tǒng)的性能，校準(zhǔn)飛機(jī)油量和耗量指示精度。試驗(yàn)需要多設(shè)備協(xié)作，持續(xù)若干天，周期較長(zhǎng)。

1.2 耗油性能檢測(cè)方案設(shè)計(jì)

飛機(jī)燃油系統(tǒng)性能測(cè)試系統(tǒng)由燃油泵站硬件設(shè)備和軟件平臺(tái)兩部分組成，設(shè)計(jì)方案如圖1所示。燃油泵站用于保障飛機(jī)燃油系統(tǒng)性能試驗(yàn)時(shí)按照飛機(jī)實(shí)際的耗油順序給飛機(jī)加油和抽油，能夠滿足飛機(jī)進(jìn)行重力加油、壓力加油和空中加油模擬試驗(yàn)對(duì)燃油流量和壓力的需求，以及加入飛機(jī)油液污染度控制要求，主要包括飛機(jī)加油設(shè)備、飛機(jī)抽油設(shè)備和地下儲(chǔ)油罐。燃油泵站具備燃油凈化、燃油存儲(chǔ)、燃油加注和燃油回收循環(huán)利用功能。軟件平臺(tái)是自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的核心，采用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）實(shí)現(xiàn)智能控制和信息采集，通過現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)泵站系統(tǒng)各個(gè)機(jī)電附件進(jìn)行自動(dòng)控制，滿足試驗(yàn)顯示需求，主要包括飛機(jī)加油設(shè)備控制模塊、飛機(jī)抽油設(shè)備控制模塊、飛機(jī)總線解析應(yīng)用模塊和數(shù)據(jù)采集分析模塊等。通過飛機(jī)總線解析應(yīng)用模塊訪問飛機(jī)機(jī)電管理系統(tǒng)讀取機(jī)載傳感器數(shù)據(jù)。模塊之間通過工廠工控網(wǎng)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)的過程控制與數(shù)據(jù)采集分析。

圖1 耗油性能自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

飛機(jī)抽油設(shè)備用于模擬飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)燃油消耗的過程，具有抽油、油量檢測(cè)、壓力檢測(cè)和溫度檢測(cè)功能。它與飛機(jī)放油口連接，可將飛機(jī)內(nèi)的燃油抽回油罐，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)燃油的回收。數(shù)據(jù)分析采集模塊通過局域網(wǎng)與燃油泵站系統(tǒng)、飛機(jī)抽油設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，獲取相關(guān)的參數(shù)信息。飛機(jī)抽油設(shè)備通過飛機(jī)航電總線與飛機(jī)機(jī)電管理系統(tǒng)通信，獲取飛機(jī)燃油系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)信息，并對(duì)該類信息進(jìn)行運(yùn)算和邏輯判斷，自動(dòng)給出飛機(jī)耗油順序試驗(yàn)是否符合設(shè)計(jì)要求以及飛機(jī)是否能夠正常運(yùn)行。

2 自動(dòng)檢測(cè)軟件平臺(tái)方案

2.1 檢測(cè)數(shù)據(jù)采集方法

飛機(jī)燃油系統(tǒng)耗油性能地面測(cè)試涉及的主要設(shè)備為飛機(jī)加油設(shè)備和飛機(jī)抽油設(shè)備。兩臺(tái)設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集均采用PLC進(jìn)行控制，通過局域網(wǎng)與工控網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)分析采集模塊使用用于制程控制的OLE（OLE for Process Control，OPC）服務(wù)器實(shí)時(shí)獲取設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，并監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行和健康狀態(tài)，綜合考慮設(shè)備監(jiān)控需求和數(shù)據(jù)解析速度。數(shù)據(jù)采集刷新的時(shí)間間隔設(shè)置為100 ms。

2.2 飛機(jī)總線數(shù)據(jù)的獲取和解析

典型飛機(jī)燃油系統(tǒng)數(shù)據(jù)由飛機(jī)機(jī)電管理系統(tǒng)進(jìn)行管理和傳輸。因此，要獲取飛機(jī)燃油系統(tǒng)數(shù)據(jù)，需要使用總線解析板卡的總線監(jiān)視功能監(jiān)控總線信息，并按照GJB289A總線協(xié)議解算成數(shù)據(jù)，然后根據(jù)系統(tǒng)ICD編碼規(guī)則對(duì)具體參數(shù)賦予實(shí)際物理含義，同時(shí)使用程序進(jìn)行固化[4-5]。

2.3 軟件平臺(tái)功能模塊設(shè)計(jì)

飛機(jī)燃油系統(tǒng)耗油性能地面自動(dòng)測(cè)試軟件平臺(tái)使用LabVIEW編寫上位機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的接收、處理，并最終顯示在前面板，同時(shí)分析功能的實(shí)時(shí)性需求，將任務(wù)分成實(shí)時(shí)性任務(wù)和非實(shí)時(shí)性任務(wù)，通過建立多線程確保實(shí)時(shí)性任務(wù)的優(yōu)先級(jí)[6-7]。軟件平臺(tái)是自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的核心，會(huì)直接影響用戶對(duì)試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的體驗(yàn)和評(píng)價(jià)[8]。耗油性能地面自動(dòng)測(cè)試軟件平臺(tái)根據(jù)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的整體要求，為降低編程與維護(hù)難度，提高了軟件的可讀性和可移植性。耗油性能地面自動(dòng)測(cè)試軟件采用分級(jí)結(jié)構(gòu)將軟件功能劃分子模塊，分為初始化子模塊、系統(tǒng)監(jiān)控測(cè)試子模塊、數(shù)據(jù)分析回放子模塊。飛機(jī)燃油系統(tǒng)性能地面自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)軟件功能如圖2所示。

圖2 地面自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)軟件功能框圖

軟件平臺(tái)設(shè)有權(quán)限，用戶需要授權(quán)登錄后才能進(jìn)入啟動(dòng)初始化，而后進(jìn)入人機(jī)界面。該界面包含多個(gè)不同的功能界面，可實(shí)現(xiàn)不同功能界面的切換。其中，軟件平臺(tái)主界面程序主要負(fù)責(zé)完成對(duì)硬件部分采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、存儲(chǔ)和回放的功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)總線數(shù)據(jù)的解析[9]。

軟件平臺(tái)主界面設(shè)計(jì)要求簡(jiǎn)潔直觀，并能滿足參數(shù)顯示需求。設(shè)計(jì)方案選用多樣化的展示方式，其中連續(xù)行的數(shù)值類數(shù)據(jù)采用波形圖表的形式展示，布爾量采用指示燈展示，同時(shí)對(duì)界面做分區(qū)規(guī)劃展示，實(shí)現(xiàn)同一位置展示類似功能的數(shù)據(jù)，重要的數(shù)據(jù)采用較大的字體展示。軟件平臺(tái)主界面設(shè)計(jì)方案，如圖3所示。

圖3 軟件平臺(tái)主界面設(shè)計(jì)方案

3 結(jié)語

飛機(jī)燃油系統(tǒng)耗油性能試驗(yàn)是飛機(jī)制造和大修過程中必須開展的檢測(cè)試驗(yàn)，試驗(yàn)資源消耗巨大，危險(xiǎn)性高，工序復(fù)雜，需要大量人員配合?；谟布O(shè)備和軟件平臺(tái)的飛機(jī)燃油系統(tǒng)耗油性能地面自動(dòng)檢測(cè)方案，可以有效提高試驗(yàn)的效率、安全性、可靠性和可追溯性，是未來飛機(jī)維修保障的發(fā)展趨勢(shì)[10]。耗油性能設(shè)計(jì)方案對(duì)地面試驗(yàn)設(shè)備的數(shù)字化和智能化提出了更高的需求，在實(shí)施過程充分利用了飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)的總線數(shù)據(jù)，為飛機(jī)燃油系統(tǒng)的健康監(jiān)測(cè)提供了支撐，對(duì)飛機(jī)健康管理評(píng)估系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用具有一定的借鑒意義。