某型發(fā)動機(jī)試車臺系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)

賴雪聰　王祝平　張高尚　楊新宇　肖海建　華慧

摘要：發(fā)動機(jī)試車臺地面試驗系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)。 試車臺試驗系統(tǒng)由試車臺、拉力平臺、測控系統(tǒng)和用戶軟件等分系統(tǒng)組成。 重點介紹了試車臺及測試系統(tǒng)軟件的開發(fā)。 試驗證明該系統(tǒng)工作穩(wěn)定、 操作簡單， 能夠很好的滿足市面上中小型發(fā)動機(jī)的地面試車試驗要求。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；試車臺；發(fā)動機(jī)

發(fā)動機(jī)試車臺是對發(fā)動機(jī)質(zhì)量檢測、性能研究的重要平臺，隨著無人機(jī)的迅速發(fā)展，對發(fā)動機(jī)地面測試尤為重要。國際專業(yè)組織的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：航空機(jī)械故障中由航空發(fā)動機(jī)導(dǎo)致的故障占 50%。與發(fā)動機(jī)有關(guān)的航空機(jī)械故障一旦發(fā)生極易造成嚴(yán)重航空事故。因此，在某型無人機(jī)上天之前的準(zhǔn)備測試工作中，須重點對發(fā)動機(jī)進(jìn)行 50h 以上的地面測試試驗，通過磨合機(jī)械結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)潛在威脅，從而提高發(fā)動機(jī)的可靠性。

本文討論了某通用型無人發(fā)動機(jī)試車臺系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。該系統(tǒng)具有測試精度高、 抗干擾能力強(qiáng)和工作穩(wěn)定可靠的特點， 可以滿足大部分中小型（50KG）發(fā)動機(jī)常規(guī)的試車的任務(wù)。

1 試車臺設(shè)計

該試車臺可用于電機(jī)、油機(jī)、涵道、渦噴（最大測試?yán)?50KG最大使用螺旋槳直徑：40in）進(jìn)行簡單測試，基本覆蓋民用無人機(jī)和航模所使用發(fā)動機(jī)。

1.1 模型建立

試車臺主要用于在試驗中固定和支撐發(fā)動機(jī)以及測量推力。根據(jù)查找資料試車臺要測量市面上中小型無人機(jī)發(fā)動機(jī)的拉力以及發(fā)動機(jī)所使用螺旋槳的尺寸范圍，確定試車臺機(jī)架尺寸和安裝平臺以及與拉力器連接的設(shè)計。

試車臺主要有發(fā)動機(jī)通用安裝平臺、載物臺、試車臺機(jī)架、實時數(shù)顯表。安裝平臺設(shè)有6個安裝孔，發(fā)動機(jī)可根據(jù)發(fā)動機(jī)自身安裝方式，通過加工件與平臺連接。

根據(jù)使用需求和基本組成使用CATIA建立三維模型。

首先以試車臺臺架作為整個測試平臺的載體，具有高強(qiáng)度剛度，抗震能力。試車臺以發(fā)動機(jī)安裝作為前方，發(fā)動機(jī)內(nèi)側(cè)左邊用于油箱和電池組的安放，右方用于數(shù)顯表的安裝，以便測試過程中實時觀測發(fā)動機(jī)參數(shù)，前方最主要是拉力平臺。

1.2 工程分析

首先根據(jù)受力分析性，定性的找出試車臺整體的受力集中區(qū)和危險區(qū)，本試車臺危險區(qū)在于發(fā)動機(jī)拉力測試平臺，是發(fā)動機(jī)和和拉力器的連接部件，發(fā)動機(jī)在運(yùn)行過程中，由于發(fā)動機(jī)的震動和長時間的較大拉力作用，容易造成連接件的變形帶來的測試不準(zhǔn)和安全行問題。

圖1是對發(fā)動機(jī)測試平臺的CATIA的工程分析。

2 測控系統(tǒng)

試車臺的功能是測試發(fā)動機(jī)工作時的性，其主要實現(xiàn)以下功能：

（1）可實現(xiàn)對試車過程中的壓力數(shù)據(jù)、推力數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)的測量、存儲和實時顯示；

（2）可根據(jù)預(yù)設(shè)值，自主根據(jù)發(fā)動機(jī)當(dāng)前狀態(tài)測試發(fā)動機(jī)。試車臺測試系統(tǒng)主要由PC機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、傳感器和放大器組成。采集數(shù)據(jù)主要有拉力、轉(zhuǎn)速、溫度、環(huán)境溫濕度、油門、電流電壓。

根據(jù)參數(shù)的特性和作用不同分別以曲線、儀表、 圖形等多種形式對試車過程中的參數(shù)進(jìn)行實時動態(tài)顯示， 曲線顯示還可以根據(jù)需求同時顯示一個或多個參數(shù)。具有實時、 直觀、 信息量大的優(yōu)點。一些監(jiān)測參數(shù)提供及時報警功能， 提示操作人員進(jìn)行處理。

試車時，完成發(fā)動機(jī)油門控制、數(shù)據(jù)存儲、系統(tǒng)報警、實時顯示被測對象等功能。完成試車后，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理包括讀取原始數(shù)據(jù)和濾波處理等操作。測控系統(tǒng)軟件實現(xiàn)功能。

3 測試結(jié)果

試車過程中采集的數(shù)據(jù)有拉力數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)。其中，拉力和轉(zhuǎn)速變化較快，設(shè)定采樣率一般為（200～500）Hz，發(fā)動機(jī)溫度變化較為緩慢，設(shè)定采樣率一般為 20Hz。對于溫度數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

（1）通過 CAITA對試車臺整體結(jié)構(gòu)建模和工程分析，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化結(jié)果顯示了各零件材料的最優(yōu)分布，為試車臺的最優(yōu)設(shè)計提供了參考；

（2）實時處理、顯示試驗結(jié)果，并將高速采集數(shù)據(jù)分類保存，避免數(shù)據(jù)丟失。

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