航空發動機渦輪測試系統

☆ 前言：

隨著航空工業和計算機工業的飛速發展，傳統的機械式儀表已經逐漸被數字顯示儀表所代替。航空發動機是飛機上最重要的部件之一，其需要測量的數據較多，而各項參數對于駕駛員來說都是非常重要的信息，傳統的單片機已經無法滿足這些參數的采集和處理，需要功能強大的計算機系統才能解決這個問題。航空燃氣渦輪發動機測試系統的主要任務是采集發動機以及滑油系統、旋翼和主減速器的各項參數，需要采集的參數較多，單次采集的時間較長，要求保存的數據較多，往往需要配置多通道同步并行、連續不間斷數據采集存盤的測試系統。TDEC的多通道海量實時記錄分析系統能夠很好地滿足要求。

☆ 測試要求：
◆ 能夠同時測試燃氣渦輪發動機的多種動態信號參數，包括轉速、溫度、振動、壓力（紊流）、應力等；
◆ 多通道并行同步采集，連續不掉點記錄數據；
◆ 每通道采樣率不低于100KSps，分辨率16Bit；
◆ 數據采集連續存盤記錄時間不少于30分鐘；
◆ 測試過程中能夠隨時監測各測點的波形變化情況，隨時停止采集而不影響已經記錄的數據波形，并且可以對這些波形數據進行回放、分析、處理等操作；
◆ 系統軟件不但能夠設置和控制采集過程，而且需要內嵌燃氣渦輪發動機參數測試專用軟件模塊，便于用戶進行專用分析處理。

☆ 系統功能特點：
◆ 該系統為多通道動態信號海量實時存盤記錄分析系統，選用TDEC帶有海量記錄功能的數據采集卡及實時存盤控制卡，在配套虛擬儀器應用軟件的控制下，完成各種復雜的海量實時記錄及數據分析處理功能；
◆ 前端一次儀表選用轉速表、振動傳感器等，可進行燃氣渦輪發動機轉速及振動參數測試；
◆ 測試過程中能夠隨時監測各測點的波形變化情況，隨時停止采集而不影響已經記錄的數據波形，并且可以對這些波形數據進行回放、分析、處理等操作；
◆ 具備抗振、抗沖擊、電磁屏蔽等多項保護措施，能夠適應燃氣渦輪發動機試車臺現場試驗要求；
◆ 能夠完成工程標定等參數轉換，直接得到物理量真實值；
◆ 能夠進行用戶指定格式的測試報告自動生成，所有數據和圖形可以直接發送到word中供用戶自行編輯；
◆ 系統軟件提供硬件智能識別、自校準、自動檢測報警、控制采集、工程標定、波形實時顯示、數據實時存盤、讀取數據、數據處理、存盤、打印及通訊功能；
◆ 系統軟件內嵌航空燃氣渦輪發動機動態信號參數專用測試及算法模塊，即可面向通用領域，又可滿足發動機試車臺專用試驗測試要求。

☆ 系統結構：
◆ 系統結構框圖如下所示：

◆ 系統結構說明：
整套系統由TDEC多個PCI-10016H數據采集卡、實時存盤控制卡、分體式工業計算機、高速SCSI硬盤及配套的TopView2000RT虛擬儀器應用軟件（內嵌航空發動機燃氣渦輪動態信號參數測試專用算法軟件模塊）有機集成而構成，在TopView2000RT虛擬儀器應用軟件及發動機燃氣渦輪動態信號參數測試軟件模塊的控制管理下，將前端不同類型的傳感器傳來的電壓信號進行多通道并行同步A/D變換，轉換為數字量，再通過實時存盤卡的控制，直接流盤到SCSI硬盤中，從而實現高速、多通道、大容量數據實時記錄、實時顯示功能。用戶可以在啟動記錄之前設定本次記錄的時間，可以在實時采集記錄過程中隨時看到采集的波形情況、記錄進程以及測試參數的變化情況，并可隨時手動停止而不影響之前記錄的數據。在數據采集過程中，各通道的數據可實時顯示，采集時保存的數據文件，可在采集結束后，進行數據回放顯示，供用戶處理分析等，同時輸出試驗結果。
采集結束后，通過配套的虛擬儀器應用軟件分析數據采集系統每通道記錄下來的波形數據，可得到記錄時間內轉速表輸出的電壓脈沖值總數，從而推算出該通道所測得的轉速值，帶入轉速計算公式，得到該發動機的轉速值。
另外，通過對記錄下來的波形進行專用分析，可得到該發動機在試驗過程中的振動參數，從而得到如穩壓周向總壓紊流、徑向總壓紊流指數、紊流度、綜合紊流指數等參數。同時，通過觀察波形狀態，也可以觀測到試驗過程中發動機轉動狀態是否正常等。

☆ 系統軟件：
◆ TopView2000RT虛擬儀器應用軟件：
● 基于TopView2000，含實時處理模塊，與海量動態信號記錄分析儀配套使用；
● 采用Scatter/Gather DMA數據傳輸及SCSI總線驅動控制技術，引入SCSI存儲模塊，實現海量數據采集實時顯示、實時分析和實時存儲功能，其采集深度僅受存儲介質有效存儲空間的限制；
● 在實時記錄的同時，可以滾動監測波形，并在需要時停止滾動，觀看、放大或打印指定的曲線段，而正在進行的記錄并不中斷；
● 波形的特征參數可在滾動的同時動態刷新，如最大值、最小值、平均值、周期、方差根等；
● 記錄的數據為專用文件格式。利用TopView2000RT軟件，可以對數據文件進行快速預覽、自動播放、方便靈活的通道切換、對特定位置的波形快速定位，既可以查看整條曲線的壓縮全貌，也可以觀察感興趣的特定位置的波形；
● 軟件提供導出功能，可把指定的文件中感興趣的部分或整個文件，導出為Windows兼容的二進制格式，或者轉換成其它分析軟件如Graphtool、Matlab、Excel等所需的文件格式，用戶也可以將數據通過磁盤或網絡存到指定的計算機中做專用軟件分析。
◆ 航空發動機燃氣渦輪動態信號參數專用算法模塊：
● 基于TopView2000，含實時處理模塊，與海量動態信號記錄分析儀配套使用；
● 軟件具有可擴展性，能夠方便地增加新功能模塊，根據不同的試驗算法輸出相應結果；
● 在數據實時記錄存盤的同時，自動生成用戶指定的表格或圖形化的測試結果，包括轉速、紊流參數等，該結果隨試驗進程動態刷新，使用戶能夠及時判斷試驗進程是否正常；
● 自動生成用戶指定格式的試驗報告，包括測試波形曲線圖、相關測試參數數據表格、計算結果及試驗相關信息等，還可以發送到Word中進行重排版和文字編輯；
● 所有測試波形曲線、計算結果等信息可以保存為文件格式供用戶重復調用及分析處理。

☆ 系統軟件及專用軟件模塊部分界面圖：

☆ 硬件配置及主要技術指標：
◆ 分體式工業計算機硬件平臺
◆ SCSI高速硬盤（10000轉）
◆ PCI-10016H海量數據采集卡
◆ TOP實時存盤控制卡
◆ 并行采集通道數：16～32CH
◆ 每通道最高采樣率：100KSps，向下可程控分18檔
◆ 分辨率：16Bit
◆ 每通道量程：±1V～±10V，四檔程控
◆ 數據存儲模式：實時采集存盤
◆ 觸發方式：內、外、手動、強制觸發多種模式

☆ 結束語：
該系統在TDEC海量動態信號記錄分析儀硬件平臺基礎上，通過二次開發編程編寫專用軟件模塊，并無縫嵌入到TopView2000RT系統軟件中，使整套系統成為專用的航空發動機燃氣渦輪參數測試系統。同時，該系統也可以完成諸如溫度、壓力、應力應變、噪聲、位移等通用測試，充分體現了虛擬儀器的靈活性、擴展性和多用性。通過實踐檢驗，該系統各項指標功能完全滿足航空發動機燃氣渦輪參數信號的多種測試要求，很好地完成了用戶的試驗任務；同時在抗振動、抗電磁干擾、工作可靠性等方面也具有極大優勢，各測試功能模塊組合靈活，TDEC也能夠為用戶“量身定制”專用測試算法，貼近用戶實際需要，非常適合航空發動機相關參數測試使用。