基于航空發電機測試系統設計與實現

賈康樂

基于航空發電機測試系統設計與實現

賈康樂

（中航工業南航（深圳）測控技術有限公司，廣東 深圳 518000）

測試系統是根據航空發電機檢驗的需要而設計的，對其中一種航空發電機測試系統進行了介紹，在這個系統當中包含航空發電機測試臺和數據檢測系統。通過航空發電機結構設計、測試臺硬件設計、軟件設計及數據檢測系統進行的過程有數據采集、數據記錄、狀態檢測和故障診斷，應用模擬和虛擬設備，取代傳統的觀察測試方式，提高了測試精度和效率。

航空發電機；測試臺；測試系統；電磁能

1 航空發電機測試臺及系統

1.1 航空發電機介紹

航空發電機是一種由發動機驅動的將機械能轉化為電磁能的機械裝置。飛機供電系統是飛機的重要組成部分，飛機的發電系統指電能的產生、控制、變化和裝配。發電機的作用在飛機的啟動和運行當中有重要地位，可保證安全飛行和各種運輸任務的完成。航空發電機由直流啟動發動機、交流發電機和輔助系統發電機構成。航空電氣系統主要由直流和交流兩種電路網構成，在這個系統中提供電能的主要為交流發電機，從而為整個電氣系統的穩定運行提供保障[1]。

1.2 航空發電機測試臺結構設計

航空發電機測試臺的主要任務是檢測發電機的各項功能和檢測是否存在故障，并對故障進行分析和判斷。本文介紹的測試系統的主要思路是將傳統的測試臺與處理信息數據系統結合起來，再運用更加直觀的虛擬模擬方式，將航空發電機的性能與故障檢測合為一體地表達出來，提高整體效率，縮短工作時間，這具有一定的運用空間。啟動發電機測試臺的電氣系統主要由以下部件構成：①220 V的電源。其主要職能是為系統提供源源不斷的電能。②三項異步驅動電機。其主要職能為變頻調速，并且為發動機提供充足的動力。③變速箱。其主要職能為根據QF-6部件發電的需求，對驅動電機的轉速輸出進行調節，使其符合預定值的要求。④聯軸器。主要職能為實現電機與增速箱之間的連接。⑤發電機。主要功能為提供電能，且其功能主要由QF－6部件來實現。⑥電壓調節器。為系統輸出持續、穩定的電壓。⑦轉速表、轉速傳感器、電壓表、電流表等參數采集及顯示部件。⑧配電箱。主要職能為分線與集線，實現系統的科學布線。⑨控制面板。主要實現對系統的控制。

在該處實驗臺上，還應該具有過載保護裝置以及急停保護等方面的功能，防止被測設備受到損壞。航空發電機測試臺外觀設計效果如圖1所示。

圖1 航空發電機測試臺

1.3 系統概述

航空發電機測試系統是一個集成系統，能夠實現多種功能，例如數據采集、記錄、系統狀態監測以及故障診斷等多項功能。測試臺測試出的數據通過模塊化系統進行處理和分析，得出結論，再人為進行數據的定向變化，改變測試臺中發電機的各種可調參數，使得出的結論和結果更具有普遍性，再由虛擬技術輸入各種參數，模擬發電機的運行過程，觀察得出是否具有故障。測試臺的作用是采集和記錄數據，其他控制功能由虛擬設備來實現。

2 系統硬件軟件設計的實現

2.1 系統的硬件設計方案

航空發電機測試系統的硬件設計包括測試臺的硬件設計和將虛擬設備與測試臺結合起來的模塊化控制硬件設計。

2.1.1 測試臺的硬件設計

航空發電機測試臺的作用是直接與航空發電機相連，使之記錄發電機在運行過程中的所有參數。測試臺的研發設計主要是通過接收數據模塊的更新來提高整個測試臺的效率。測試臺的模塊功能有記錄數據、采集數據、存儲數據。這三個功能分別對應的硬件設計是單片機、收發器和記錄模塊。

2.1.2 虛擬設備硬件設計

虛擬設備的應用是指通過顯示面板、信號傳輸電路和參數修改設備來直觀表達和修改發電機參數，模擬發電機運行過程，達到預期目的。硬件設計包括電路設計、設備操控設計、虛擬設備和顯示面板的連接設計。虛擬設備的終端是電腦，所以顯示面板由電腦代替。可以將收集的數據通過傳輸設備導入電腦，再通過電腦中的虛擬軟件將通信模塊中的數據進行模擬，模擬出的發動機運行過程和結果再通過顯示器顯示出來，達到虛擬模擬的目的。

2.2 軟件設計

軟件設計采用了LabVIEW自帶的信號處理VI，對示波界面、權限管理等子VI進行了編程，對采樣頻率、階數以及帶通濾波截止頻率設置為輸入模式，使用人員可以根據測試對象不同進行配置，并對位移、速度的最大值以及峰值進行數值顯示，結合示波曲線可以更加直觀地了解實時的振動數據。

2.3 航空發電機測試系統的運行過程

航空發電機測試系統研發的目的是通過將測試臺技術與虛擬模擬技術結合起來，不僅達到模擬發電機運行過程的目的，而且還可以通過改變參數來獲取更多對于發電機本身更有研究價值的數據。

2.3.1 數據的獲取和存儲

發電機的各項數據和指標通過發電機與測試臺的直接接觸，通過物理傳輸，獲得發電機的各項基本數據。其中運用的各種技術大多來自于發電機測試臺。其中，交流電子負載系統的應用起到了重要作用。通過利用單片機和其他設備零件，更加突出了交流電子負載系統的特點，直接獲取功率等關于發電機的數據，這樣可以加快檢測進度。

2.3.2 數據傳輸

數據傳輸的對象通常是測試臺和計算機。將測試臺得到的基礎數據通過通信模塊傳輸到計算機中，在這個過程中，測試臺將交流電子負載系統得到的數據和先前存儲的數據統一通過通信模塊傳輸到計算機中。

2.3.3 模擬分析

當計算機收到檢測臺傳輸來的各項數據指標之后，可以通過配套的虛擬系統更改數據和模擬分析。在計算機中可以模擬發動機的形態和運行過程。改變參數的方式有兩種：①數字輸入。直接在計算機上改變參數，但這種方式無法使發電機的狀態發生變化，容易造成誤差。②通過接入負載控制箱來控制發電機的運轉，這樣更加實際，使發電機的安全有保證。

2.3.4 整合數據

在檢測過程結束后得到實驗數據，將數據整合起來，可以在得到結果之后，選擇幾組方便操作的數據通過傳統方式檢測，以免出現較大誤差，防止出現意外。

3 系統特點及其他方面介紹

3.1 航空發電機測試系統的特點分析

3.1.1 數據處理和收集高效性

本系統采用的數據收集和分析處理方式屬于更偏于數字化采集特點的方式，使數據采集和分析的過程減少了人為的干預，也在人工環節減少了一定的誤差，避免了人力對普通機械的利用，在一定程度上提高了分析效率。

3.1.2 各模塊分工明確

此系統的設計在不同的過程中都采用了獨立的運算系統和機械系統，雖然數據的獲取和處理更加數字化，但是設計的思路非常明確，各模塊和檢測臺的分工明確，使各個分開系統的工作效率大大提高。獨立的模塊減少了犯錯的概率，這樣也是減少誤差的方法。

3.1.3 更為直觀

本系統采用的虛擬模擬系統不單單是從數字方面來模擬發電機的運行，更從機械設計的角度進行了模擬。無論是體現外形還是內部的動力結構，系統都可以通過視覺效果來更為直觀地向工作人員展示。這樣更加體現了高效性和誤差少的特點。希望這種虛擬方式與機械的結合可使傳統測量測試方案得到提升，單單靠人力測量的方式費時費力，同時，使整套系統的數據更加可靠，也更具有利用價值[2]。

3.2 系統的其他方面分析

3.2.1 誤差分析

整個系統每個環節都體現了減少誤差的特點，但誤差無法徹底消除，這就要求工作人員在數據收集和分析結束后，再取幾組數據應用在發電機上，以免出現意外和故障。

3.2.2 外界因素分析

由于機器的龐大和發動機測試系統的設備復雜、數量較多，通常無法為系統創造獨立的工作環境進行無干擾檢測任務。干擾包括很多形式，通常是通過聲音來傳遞的，包括環境噪聲、供電系統、光線、放電、射線輻射等的干擾，這些干擾不單會影響數據，還會對發電機和檢測設備造成損壞。

4 結束語

綜上所述，此航空發電機檢測系統的研發提出了很多創新建議，不僅解決了傳統檢測手段中存在的誤差和效率問題，還結合了當下最先進的虛擬模擬方式，體現了檢測結果，相比于數字檢測更為直觀，體現了數字處理的高效性、便捷性，也體現了虛擬模擬的直觀表現性。此系統還考慮到機械設計的突破，比如零件的輕便性和抗干擾性，體現了創新性。

［1］劉育.航空發電機試驗臺的設計及應用［J］.內江科技，2016，37（10）：42-44.

［2］王洪波.航空發電機綜合測試系統的研發［D］.西安：西安科技大學，2008.

V242

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.13.058

2095－6835（2019）13－0133－02

〔編輯：張思楠〕