航空发动机涡轮测试系统

☆ 前言：

随着航空工业和计算机工业的飞速发展，传统的机械式仪表已经逐渐被数字显示仪表所代替。航空发动机是飞机上最重要的部件之一，其需要测量的数据较多，而各项参数对于驾驶员来说都是非常重要的信息，传统的单片机已经无法满足这些参数的采集和处理，需要功能强大的计算机系统才能解决这个问题。航空燃气涡轮发动机测试系统的主要任务是采集发动机以及滑油系统、旋翼和主减速器的各项参数，需要采集的参数较多，单次采集的时间较长，要求保存的数据较多，往往需要配置多通道同步并行、连续不间断数据采集存盘的测试系统。TDEC的多通道海量实时记录分析系统能够很好地满足要求。

☆ 测试要求：
◆ 能够同时测试燃气涡轮发动机的多种动态信号参数，包括转速、温度、振动、压力（紊流）、应力等；
◆ 多通道并行同步采集，连续不掉点记录数据；
◆ 每通道采样率不低于100KSps，分辨率16Bit；
◆ 数据采集连续存盘记录时间不少于30分钟；
◆ 测试过程中能够随时监测各测点的波形变化情况，随时停止采集而不影响已经记录的数据波形，并且可以对这些波形数据进行回放、分析、处理等操作；
◆ 系统软件不但能够设置和控制采集过程，而且需要内嵌燃气涡轮发动机参数测试专用软件模块，便于用户进行专用分析处理。

☆ 系统功能特点：
◆ 该系统为多通道动态信号海量实时存盘记录分析系统，选用TDEC带有海量记录功能的数据采集卡及实时存盘控制卡，在配套虚拟仪器应用软件的控制下，完成各种复杂的海量实时记录及数据分析处理功能；
◆ 前端一次仪表选用转速表、振动传感器等，可进行燃气涡轮发动机转速及振动参数测试；
◆ 测试过程中能够随时监测各测点的波形变化情况，随时停止采集而不影响已经记录的数据波形，并且可以对这些波形数据进行回放、分析、处理等操作；
◆ 具备抗振、抗冲击、电磁屏蔽等多项保护措施，能够适应燃气涡轮发动机试车台现场试验要求；
◆ 能够完成工程标定等参数转换，直接得到物理量真实值；
◆ 能够进行用户指定格式的测试报告自动生成，所有数据和图形可以直接发送到word中供用户自行编辑；
◆ 系统软件提供硬件智能识别、自校准、自动检测报警、控制采集、工程标定、波形实时显示、数据实时存盘、读取数据、数据处理、存盘、打印及通讯功能；
◆ 系统软件内嵌航空燃气涡轮发动机动态信号参数专用测试及算法模块，即可面向通用领域，又可满足发动机试车台专用试验测试要求。

☆ 系统结构：
◆ 系统结构框图如下所示：

◆ 系统结构说明：
整套系统由TDEC多个PCI-10016H数据采集卡、实时存盘控制卡、分体式工业计算机、高速SCSI硬盘及配套的TopView2000RT虚拟仪器应用软件（内嵌航空发动机燃气涡轮动态信号参数测试专用算法软件模块）有机集成而构成，在TopView2000RT虚拟仪器应用软件及发动机燃气涡轮动态信号参数测试软件模块的控制管理下，将前端不同类型的传感器传来的电压信号进行多通道并行同步A/D变换，转换为数字量，再通过实时存盘卡的控制，直接流盘到SCSI硬盘中，从而实现高速、多通道、大容量数据实时记录、实时显示功能。用户可以在启动记录之前设定本次记录的时间，可以在实时采集记录过程中随时看到采集的波形情况、记录进程以及测试参数的变化情况，并可随时手动停止而不影响之前记录的数据。在数据采集过程中，各通道的数据可实时显示，采集时保存的数据文件，可在采集结束后，进行数据回放显示，供用户处理分析等，同时输出试验结果。
采集结束后，通过配套的虚拟仪器应用软件分析数据采集系统每通道记录下来的波形数据，可得到记录时间内转速表输出的电压脉冲值总数，从而推算出该通道所测得的转速值，带入转速计算公式，得到该发动机的转速值。
另外，通过对记录下来的波形进行专用分析，可得到该发动机在试验过程中的振动参数，从而得到如稳压周向总压紊流、径向总压紊流指数、紊流度、综合紊流指数等参数。同时，通过观察波形状态，也可以观测到试验过程中发动机转动状态是否正常等。

☆ 系统软件：
◆ TopView2000RT虚拟仪器应用软件：
● 基于TopView2000，含实时处理模块，与海量动态信号记录分析仪配套使用；
● 采用Scatter/Gather DMA数据传输及SCSI总线驱动控制技术，引入SCSI存储模块，实现海量数据采集实时显示、实时分析和实时存储功能，其采集深度仅受存储介质有效存储空间的限制；
● 在实时记录的同时，可以滚动监测波形，并在需要时停止滚动，观看、放大或打印指定的曲线段，而正在进行的记录并不中断；
● 波形的特征参数可在滚动的同时动态刷新，如最大值、最小值、平均值、周期、方差根等；
● 记录的数据为专用文件格式。利用TopView2000RT软件，可以对数据文件进行快速预览、自动播放、方便灵活的通道切换、对特定位置的波形快速定位，既可以查看整条曲线的压缩全貌，也可以观察感兴趣的特定位置的波形；
● 软件提供导出功能，可把指定的文件中感兴趣的部分或整个文件，导出为Windows兼容的二进制格式，或者转换成其它分析软件如Graphtool、Matlab、Excel等所需的文件格式，用户也可以将数据通过磁盘或网络存到指定的计算机中做专用软件分析。
◆ 航空发动机燃气涡轮动态信号参数专用算法模块：
● 基于TopView2000，含实时处理模块，与海量动态信号记录分析仪配套使用；
● 软件具有可扩展性，能够方便地增加新功能模块，根据不同的试验算法输出相应结果；
● 在数据实时记录存盘的同时，自动生成用户指定的表格或图形化的测试结果，包括转速、紊流参数等，该结果随试验进程动态刷新，使用户能够及时判断试验进程是否正常；
● 自动生成用户指定格式的试验报告，包括测试波形曲线图、相关测试参数数据表格、计算结果及试验相关信息等，还可以发送到Word中进行重排版和文字编辑；
● 所有测试波形曲线、计算结果等信息可以保存为文件格式供用户重复调用及分析处理。

☆ 系统软件及专用软件模块部分界面图：

☆ 硬件配置及主要技术指标：
◆ 分体式工业计算机硬件平台
◆ SCSI高速硬盘（10000转）
◆ PCI-10016H海量数据采集卡
◆ TOP实时存盘控制卡
◆ 并行采集通道数：16～32CH
◆ 每通道最高采样率：100KSps，向下可程控分18档
◆ 分辨率：16Bit
◆ 每通道量程：±1V～±10V，四档程控
◆ 数据存储模式：实时采集存盘
◆ 触发方式：内、外、手动、强制触发多种模式

☆ 结束语：
该系统在TDEC海量动态信号记录分析仪硬件平台基础上，通过二次开发编程编写专用软件模块，并无缝嵌入到TopView2000RT系统软件中，使整套系统成为专用的航空发动机燃气涡轮参数测试系统。同时，该系统也可以完成诸如温度、压力、应力应变、噪声、位移等通用测试，充分体现了虚拟仪器的灵活性、扩展性和多用性。通过实践检验，该系统各项指标功能完全满足航空发动机燃气涡轮参数信号的多种测试要求，很好地完成了用户的试验任务；同时在抗振动、抗电磁干扰、工作可靠性等方面也具有极大优势，各测试功能模块组合灵活，TDEC也能够为用户“量身定制”专用测试算法，贴近用户实际需要，非常适合航空发动机相关参数测试使用。