曹 陽(yáng)，李文峰，陳震宇，喬 黎

（沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所，沈陽(yáng) 110015）

1 引言

作為飛機(jī)最重要的組成部分，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)測(cè)試貫穿全壽命期，在研制過(guò)程中起著舉足輕重的作用。沒(méi)有大量高效的試驗(yàn)，就沒(méi)有高性能的航空發(fā)動(dòng)機(jī)[1]。在整機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的試車數(shù)據(jù)為發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了重要依據(jù)，如何利用并充分使用通過(guò)整機(jī)試驗(yàn)所搜集更多的試車相關(guān)數(shù)據(jù)顯得尤為重要。

本文介紹了經(jīng)改進(jìn)的新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)分析

航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)考慮了系統(tǒng)實(shí)施的要求以及國(guó)內(nèi)外相似系統(tǒng)的現(xiàn)狀，將數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)應(yīng)用分成了3級(jí)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)數(shù)采設(shè)備以一定的速率將發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)收集起來(lái)，存儲(chǔ)在本地磁盤，再通過(guò)數(shù)據(jù)導(dǎo)入程序?qū)⒃囼?yàn)數(shù)據(jù)提交給遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。使用者如需對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析應(yīng)用，即可通過(guò)合法的身份驗(yàn)證后連接到遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)庫(kù)，再對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的歷程數(shù)據(jù)進(jìn)行回放等相關(guān)操作。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)采集部分硬件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集部分的硬件主要由數(shù)采計(jì)算機(jī)、數(shù)字綜調(diào)與PLC通訊計(jì)算機(jī)、NEFF470數(shù)采系統(tǒng)、溫度采集模塊DTS3250、壓力采集模塊DSA3017、傳感器等組成。其配置框圖如圖2所示。

3.1.1 NEFF470數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

NEFF470數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是美國(guó)NEFF公司的產(chǎn)品，其采用GPIB總線，精度均優(yōu)于0.05%，具有數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、可靠性高、模塊化等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用3塊470050、11 塊 470051、2 塊 470055和1塊470012用于測(cè)量臺(tái)架所有電壓信號(hào)以及頻率信號(hào)，采集速率理論可達(dá)每通道45次/s。

3.1.2 DTS3250和DSA3017模塊

本系統(tǒng)采用的DTS3250為32通道電偶掃描閥，可單獨(dú)設(shè)置每通道的電偶類型，并有加熱功能，冬季也可在試車間內(nèi)使用，支持RS232和TCP/IP協(xié)議，可將采集到的溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)化為溫度值或電壓值，用串口或者網(wǎng)絡(luò)傳給采集計(jì)算機(jī)，有效地解決了溫度信號(hào)模擬量在傳輸過(guò)程中易受干擾和易衰減問(wèn)題。DSA3017為16路氣壓測(cè)量掃描閥，采樣速率為每通道45次/s，支持TCP/IP協(xié)議，在17 kPa～3.5 MPa范圍內(nèi)精度可達(dá)0.05%，可將其置于臨近發(fā)動(dòng)機(jī)的位置，這樣大大減弱了測(cè)量氣壓時(shí)的容腔效應(yīng)，提高了動(dòng)態(tài)響應(yīng)頻率，保證了測(cè)試精度。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

3.2.1 軟件總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)是在WindowsXP環(huán)境下，采用VB和MeasurementStudio進(jìn)行開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL2005系統(tǒng)，通過(guò)ADO實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)。

為了滿足試車時(shí)的測(cè)試要求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和管理功能，降低軟件開(kāi)發(fā)復(fù)雜程度，本系統(tǒng)按照功能結(jié)構(gòu)分成3部分：數(shù)據(jù)采集程序、數(shù)據(jù)導(dǎo)入程序和客戶端程序，其軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.2.2 主要功能

系統(tǒng)采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，并使用了大量的生動(dòng)、豐富的圖形界面，方便試驗(yàn)者使用[2]。將本系統(tǒng)概括起來(lái)主要包括3個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理、歷程數(shù)據(jù)的回放。

（1）數(shù)據(jù)采集

本系統(tǒng)在進(jìn)行NEFF470采集通道初始化時(shí)，根據(jù)實(shí)際參數(shù)個(gè)數(shù)動(dòng)態(tài)初始化通道，減少了采集通道的數(shù)量，避免了系統(tǒng)資源浪費(fèi)。在采集速率上使用多媒體定時(shí)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集速率的控制，最低定時(shí)精度可以達(dá)到1 ms，并且有很高的優(yōu)先級(jí)，與NEFF470配合可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速采集。對(duì)于DTS3250和DSA3017，可以在數(shù)采程序中分別對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，再通過(guò)Winsock方式將數(shù)字信號(hào)傳輸給數(shù)采計(jì)算機(jī)。

（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理

為輔助整機(jī)試驗(yàn)后的分析、數(shù)據(jù)處理及輸出，將每次開(kāi)車時(shí)由數(shù)采計(jì)算機(jī)所采集到的發(fā)動(dòng)機(jī)全參數(shù)數(shù)據(jù)、設(shè)備信息、報(bào)警信息和相關(guān)配置信息都暫存在本地硬盤上，試車結(jié)束后通過(guò)數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件將試車數(shù)據(jù)提交給遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。這樣就可以借用數(shù)據(jù)庫(kù)命令方便地實(shí)現(xiàn)相關(guān)的查詢、統(tǒng)計(jì)等功能，而且通過(guò)為不同用戶賦予不同的訪問(wèn)權(quán)限，使試車數(shù)據(jù)的安全性和有效性得到了保障。發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)記錄數(shù)據(jù)是發(fā)動(dòng)機(jī)性能計(jì)算的重要參照數(shù)據(jù)，目前穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)采集的主要手段是依靠試車記錄員手工記錄，這樣產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)難免出現(xiàn)誤操作和漏記現(xiàn)象，也無(wú)法保證一定能夠采集到合適的穩(wěn)態(tài)采集點(diǎn)，從而使設(shè)計(jì)人員分析、挑選數(shù)據(jù)遇到很大麻煩。本系統(tǒng)根據(jù)油門桿角度變化來(lái)自動(dòng)判定穩(wěn)態(tài)起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)，再根據(jù)起始點(diǎn)、結(jié)束點(diǎn)記錄的時(shí)間參數(shù)來(lái)判定穩(wěn)態(tài)段的時(shí)間長(zhǎng)度。同時(shí)為了避免因?yàn)椴倏v員控制油門桿時(shí)的調(diào)整帶來(lái)穩(wěn)態(tài)段的誤判，又增加了穩(wěn)態(tài)段時(shí)間長(zhǎng)度判斷條件，并使用了狄克遜準(zhǔn)則[3]對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，保證了通過(guò)本系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

狄克遜準(zhǔn)則步驟如下：

a.按大小次序排列的觀測(cè)值x(1)≤x(2)≤…≤x(n)計(jì)算統(tǒng)計(jì)量。

b.按表 1 計(jì)算 D、D'。

d.當(dāng)D＞D',D＞?D1-α(n),x(n)離群；當(dāng)D'＞D，D'＞?D1-α(n),x(1)離群；重復(fù)a～c，否則判斷無(wú)離群值。

（3）歷程數(shù)據(jù)回放

發(fā)動(dòng)機(jī)試車數(shù)據(jù)主要用來(lái)驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)及排故，而如何通過(guò)繪制發(fā)動(dòng)機(jī)歷程曲線讓設(shè)計(jì)人員更加便捷地了解發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)十分重要。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了繪制發(fā)動(dòng)機(jī)多參數(shù)隨時(shí)間變化曲線功能，而且考慮到全屏繪制試車歷程曲線可能對(duì)局部細(xì)節(jié)描繪不清晰，特別提供了曲線局部放大功能，再考慮到用戶可能將歷程數(shù)據(jù)做進(jìn)一步分析計(jì)算，又提供了歷程數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。

表1 雙側(cè)狄克遜檢驗(yàn)式

表2 雙側(cè)狄克遜檢驗(yàn)的臨界值1-α(n)

表2 雙側(cè)狄克遜檢驗(yàn)的臨界值1-α(n)

n 統(tǒng)計(jì)量 95% n 統(tǒng)計(jì)量 95%3 0.529 4 0.829 18 0.514 5 0.710 19 0.501 6 0.628 20 0.489 7 0.569 21 0.478 r10和 r10′中的較大者0.970 17 r22和r22′中的較大者0.608 22 0.468 9 0.564 23 0.459 10 0.530 24 0.451 11 8 r11和 r11′中的較大者0.619 25 0.443 12 0.583 26 0.436 13 0.557 27 0.429 14 r21和 r21′中的較大者0.586 28 0.423 15 0.565 29 0.417 16 0.564 30 0.412 r22和r22′中的較大者

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹的航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)將航空發(fā)動(dòng)機(jī)、試驗(yàn)設(shè)備、傳感器以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)組成了1個(gè)包含航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試和試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理分析的綜合系統(tǒng)，充分地挖掘了現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集設(shè)備能力，有效地管理數(shù)目繁多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，而且通過(guò)使用者對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的科學(xué)分析，極大地提高了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的使用效率，較好地滿足了航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制和排故的需要，實(shí)現(xiàn)了采集信號(hào)的準(zhǔn)確測(cè)量和試車數(shù)據(jù)的高效管理，提高了試車數(shù)據(jù)的使用效率。經(jīng)實(shí)踐證明，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，測(cè)試精度高，界面美觀，滿足了系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能的要求，對(duì)推進(jìn)試驗(yàn)合理進(jìn)行，提升發(fā)動(dòng)機(jī)研制水平，縮短發(fā)動(dòng)機(jī)研制周期都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，具有較高的推廣價(jià)值。

[1]單曉明.數(shù)字化試驗(yàn)業(yè)務(wù)平臺(tái)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試領(lǐng)域的應(yīng)用與實(shí)踐 [J].工程實(shí)踐，2009(6):35-37.

[2]李曉松.渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2005(10):56-57.

[3]馮榮琥.狄克遜準(zhǔn)則剔除粗誤差的微機(jī)應(yīng)用 [J].四川標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，1995(2):29-31.