PXI总线技术在航空发动机试验中的应用与思考

樊大威

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 黑龙江 哈尔滨

摘要：近年来，社会进步迅速，随着微电子技术、计算机技术、数字通信技术的发展，基于VXI、LXI总线的数据采集系统，包括现代智能化精密仪器仪表压力扫描阀等已被广泛应用于各发动机车台试验，数据采集系统的时钟同步及精度等问题已基本满足测试要求，可以说数据采集系统已经跨越了从人工读数到自动测试、人机交互实时监视的里程碑。随着航空发动机研制技术的发展，发动机试验对数据采集系统技术提出了越来越高的要求，数据采集系统的结构越来越复杂。王晶等人研究了以多线程并发设计思想提高数据采集系统整体性能。而高质量的数据采集不仅要考虑数据源的物理性质、数据处理性能，还应考虑数据的管理。

关键词：PXI总线技术；航空发动机试验；应用与思考

引言

寿命消耗情况是衡量发动机状态的重要因素，对发动机寿命的控制是航空装备维修质量控制工作的重要内容之一。由于飞机使用要求不同，航空发动机寿命消耗不限于常规寿命，更多地需要将常规寿命与状态寿命协调、匹配使用。但当前由于各种原因，航空发动机寿命控制工作表现为：重视飞机寿命梯次控制，轻视发动机寿命梯次控制；重视发动机常规寿命，轻视发动机典型状态寿命；重视发动机使用需求匹配，轻视发动机的寿命参数匹配；重视定性分析，轻视量化验证。这样的发动机寿命控制策略很难适应新时代航空发动机使用需要，提出基于状态寿命消耗的发动机寿命控制策略成为当务之急。仿真方法是军事领域较为可行且有效的一种验证手段，其成本低、效率高、调整方便，能够验证发动机寿命控制策略的合理性和可行性，因此目前在装备维修管理领域，仍较多地采用仿真手段进行方法验证。

1多状态寿命特征及状态分析

航空发动机在实际工作中由于飞机面临的不同飞行阶段、飞行任务和飞行环境，对发动机的功率（推力）会有不同的要求，从而造就了飞机存在多种的飞行状态和发动机存在多种的工作状态，不同工作状态下提出了不同的发动机寿命限制要求。因此仅考虑常规寿命的消耗不能准确反映发动机寿命消耗的实质。只有结合发动机处于大负荷状态的寿命消耗——状态寿命消耗的现实情况具体分析，才能对现阶段发动机寿命消耗情况有一个清楚的认知。

2试验数据记录管理研究

2.1试验数据记录管理的特征

民用航空发动机对连续运转时长有着严苛的要求，如压气机性能录取试验会连续运转四小时以上，对于数据采集系统会进行持续完整的记录。由于测点多、试验科目多、涉及专业多等特点，如在同一文件中完成整个上台试验期间的试验数据管理，对各专业提取所需通道进行数据分析带来较大困难，且同时存在着存储传输过程慢、记录文件应用形式针对性不强等特点。

2.2试验数据记录管理设计

试验次管理方面，基于上文中提到的试验管理配置具有唯一标识的基础上，针对同一上台次的不同试验日的试验，采取试验次管理唯一标识策略，即根据当日试验工艺内容，新建当次试验名称，并在试验结束时，对当日试验进行描述备注加以对不同试验次内容的区分，利于试验科目的追溯。试验数据记录方面，提出五种记录方法以使用不同场景：淤试验全通道记录。此文件用于记录全部试验用通道，将台架控制信号与试验件测试数据统一存储，便于试验全过程测试与控制的追溯。此文件在正常开展试验时使用较少，多用于全系统备份、试验回放或是试验故障后处理场景（从中调取某一段时间的试验数据）；存盘形式可以是占用空间比较小的二进制格式。于自定义过渡态通道记录。试验人员可依据各专业需求自定义通道、存储频率，直接生成文本可读的文件；减少试验后各专业后处理挑选通道解析的时间。盂稳态数据记录。试验工况稳定后，输出一个时间段内的平均值文件，可以有效消除瞬态采集带来的不确定误差，使稳态数据更具代表性。榆关键日志记录。在试验件或台架产生关键报警信号时触发，记录关键事件前后一段时间内的关键通道，试验人员可以对关键事件进行关联配置，自定义关键通道信息和存储频率等；试验后可以通过此文件快速定位报警事件发生时间点，获取关键参数信息。虞系统事件记录。系统事件文件不但记录了数据采集系统启动过程中的事件信息（如各测试子系统是否已连接初始化成功等），且包含试验过程中通道报警、试验日志启停、计算程序变更等事件信息，记录了试验全过程的触发事件。关于试验数据记录方面的几点建议：淤频率。试验全通道的记录，在试验调台或试验台系统有重大变更时，建议采取10Hz或更高记录频率，以备试验台系统故障全面排查；自定义过渡态通道记录，可依据各专业需要进行记录频率设置，并在结束记录后即生成可读文本随即进行试验数据查看；稳态数据记录的频率取决于采集通道自身，除此之外更应该注重工况稳定的定义及平均时长选取的标准；关键日志记录的频率设置根据需求往往会比较高，这样才能达到关键事件发生时前后一段时间内的信息抓取。于记录流程。所述的几种数据记录方法，在数据溯源方面存在着一定的再生关系。建议记录流程。试验开始前，首要开启试验全通道记录功能，再而开启自定义过渡态通道记录，并在试验前记录一个稳态点，用以试验初始状态记录；试验过程中，按需记录稳态点，关键时刻自动或手动触发关键日志记录，同时记录试验过程工艺指令信息或者其他系统报警信息；在试验终止后，首要停止自定义过渡态通道记录功能，继而停止试验全通道的记录，并填写当日试验信息简要描述，用以清晰区分不同试验科目。导出试验数据时，除上述五种不同格式的数据外，生成试验日电子日志，包含试验工艺操作信息、系统报警信息、关键的稳态数据信息、试验件状态信息等。

3开发思路

本系统拟充分利用总线板进行多路仿真和各类信号的采集，结合自动测试软件，计算机自动管理整个标定过程的信号仿真和测试，自动创建校准记录。探索一个平台套件，在飞机发动机开发试验场进行大部分复杂仿真参数的标定和标定，形成自动化、便携、高性能的维修能力。标定平台主要由硬件平台和软件平台两部分组成，其中硬件平台是构成测试系统的核心，软件平台是构成测试系统的核心。在硬件平台上，精密压力控制模块主要是进一步提升工控机输入电压的精度和稳定性，实现对参数元件进行高精度调理的输入电压正面校正；信号管理器主要对前置传感器采集的模拟信号进行放大、隔离、滤波和线性化；板卡校准主要进行仿真和信号采集，进行A/D转换；数据处理器主要执行高速数据分析、实时数据存储和网络发布。自动校准平台使用SCExpress模块进行调节并收集复杂的模拟信号。SCExpress模块基于行业标准PXI平台，专门设计用于在一个模块中优化特定类型的模拟参数、数据采集和信号调理。不仅减小了测试系统的体积，而且使系统更加准确和可靠。在软件平台中，运行环境主要是指系统运行的操作系统，必须兼容windows7及以上操作系统；开发软件是指软件系统开发的编程环境，PXI总线基本兼容所有高级语言编写程序；该驱动用于驱动仿真采集设备，提供标准的驱动编程接口；专用软件是指由辅助校准对象执行的自动化控制程序，以及数据跟踪和处理程序，使用专用软件往往可以让您将对象的效率提高数倍，显着减少人员的时间和强度工作。

结语

复用标准PXI信号模拟的模块化能力有条件在测试现场集成到测试通道中，成为一个校准单元。结合无线通信技术的应用，完成一次模型测试的所有测试通道的验证、校准和验证，在线校准技术应该是趋势保障未来飞机发动机集成测试模式。

参考文献

［1］王颖，张维强．基于ADAMS的偏置曲柄滑块机构的运动学及动力学仿真研究［J］．科学技术与工程，2010，010(032):8042－8045．

［2］郭希维，苏群星，谷宏强．数字电路测试中的关键技术研究［J］．科学技术与工程，2006，6(18):2903－2905．