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1、2010 年 第 36 卷第 6 期 Vol.36 No.6 Dec. 2010航空发动机试验数据采集分析系统 设计与实现曹阳，李文峰，陈震宇，乔黎（沈阳发动机设计研究所，沈阳110015）摘要：实现航空发动机试验数据的高速采集与高效分析，对提高航空发动机试验 效率和技术水平有着非常重要的意义。在分析原系统的不足的基础上，设计与开发了新 型航空发动机试验数据采集分析系统，实现了全参数高速记录和稳态数据的自动生成 等功能，并利用数据库技术对试验数据进行了高效管理。关键词：数据采集；数据分析；航空发动机Design and Realization of Test Data Acquisition
2、Analysis System forAeroe ngine收稿日期:2009- 09- 07CAO Yang, LI Weng-Feng, CHEN Zhen-Yu, QIAO Li(ShenyangAeroengine ResearchInstitute, Shenyang110015, China)Abstract: The high-speed acquisition and effective analysis of aeroengine test-data were important to the aeroengine test efficiency and technology
3、 capability. The test-data acquisition analysis system of new aeroengine was designed and developed. The full parameter high-speed record and steady-state data automatic generation functions were realized. The effective managementof test-data was conducted by the databasetechnology.Key words: data a
4、cquisition; dataanalysis; aeroengine1引言作为飞机最重要的组成部 分，航空发动机的试验测试贯穿 全寿命期，在研制过程中起着举 足轻重的作用。没有大量高效的 试验，就没有高性能的航空发动 机1。在整机试验过程中产生的 试车数据为发动机设计和改进提 供了重要依据，如何利用并充分 使用通过整机试验所搜集更多的 试车相关数据显得尤为重要。本文介绍了经改进的新型航空发动机试验数据采集分析系统I2系统分析I航空发动机试验数据采集分I析系统考虑了系统实施的要求以I及国内外相似系统的现状，将数 据采集、数据管理和数据应用分成了 3级结构。数据采集系统通 过数采设备以一定的速
5、率将发动 机的参数和设备状态收集起来， 存储在本地磁盘，再通过数据导入程序将试验数据提交给远端数 据库服务器进行存储和管理。使 用者如需对试验数据进行分析应 用，即可通过合法的身份验证后 连接到远端数据库，再对发动机 的历程数据进行回放等相关操作。其系统结构如图1所示。3系统设计与实现3.1数据采集部分硬件设计 数据采集部分的硬件主要由数采计算机、数字综调与PLC通 讯计算机、NEFF470数采系统、温 度采集模块DTS3250、压力采集 模块DSA3017、传感器等组成。其 配置框图如图2所示。图1系统结构團2 数菇呆基剖分餉谁件设it结构3.1.1 NEFF470数据采集子系统NEFF47
6、0数据采集系统是美国NEFF公司的产品，其采用 GPIB总线，精度均优于 0.05 % , 具有数据吞吐能力强、可靠性高、 模块化等特点。本设计采用3块 470050、11 块 470051、2 块 470055 和1块470012用于测量台架所有 电压信号以及频率信号，采集速 率理论可达每通道 45次/So3.1.2 DTS3250 和 DSA3017 模块 本系统采用的DTS3250为32通道电偶扫描阀，可单独设置 每通道的电偶类型，并有加热功 能，冬季也可在试车间内使用，支持RS232和TCP/IP协议，可将采 集到的温度信号直接转化为温度 值或电压值，用串口或者网络传 给采集计算机，有
7、效地解决了温 度信号模拟量在传输过程中易受 干扰和易衰减问题。DSA3017为 16路气压测量扫描阀，采样速率为每通道 45次/S,支持TCP/IP协议，在17 kPa3.5 MPa范围内精度可达0.05 %，可将其置于临近发动机的位置，这样大大减弱了 测量气压时的容腔效应，提高了 动态响应频率，保证了测试精度3.2 软件设计3.2.1软件总体结构I本系统是在WindowsXP环境下，采用 VB 和 MeasurementStudio进行开发，数据库采用SQL2005系统，通过ADO实现对数据库 的访问。为了满足试车时的 测试要求，实现数据分 析和管理功能，降低软 件开发复杂程度，本系 统按照
8、功能结构分成3部分：数据采集程序、数 据导入程序和客户端程序，其软 件结构如图3所示。( 議左复飢、 B i 1 Mi 图3软件结枸3.2.2 主要功能I 系统采用面向对象技术， 并 使用了大量的生动、丰富的图形I 界面，方便试验者使用2。将本系I 统概括起来主要包括3个部分：数据采集、数据存储与处理、历程 数据的回放。(1数据采集本系统在进行NEFF470采 集通道初始化时，根据实际参数 个数动态初始化通道，减少了采集通道的数量，避免了系统资源 浪费。在采集速率上使用多媒体 定时器实现数据采集速率的控 制，最低定时精度可以达到1 ms,并且有很高的优先级，与 NEFF470配合可以实现数据高
9、速 采集。对于 DTS3250 和 DSA3017, 可以在数采程序中分别对其进行 设置，再通过 Win sock方式将数 字信号传输给数采计算机。(2数据存储与处理为辅助整机试验后的分析、数据处理及输出，将每次开车时 由数采计算机所采集到的发动机 全参数数据、设备信息、报警信息 和相关配置信息都暂存在本地硬 盘上，试车结束后通过数据导入 软件将试车数据提交给远端数据 库服务器。这样就可以借用数据 库命令方便地实现相关的查询、统计等功能，而且通过为不同用 户赋予不同的访问权限，使试车数 据的安全性和有效性得到了保障。 发动机稳态记录数据是发动机性 能计算的重要参照数据，目前稳 态数据采集的主要
10、手段是依靠试 车记录员手工记录，这样产生的 稳态数据难免出现误操作和漏记 现象，也无法保证一定能够采集 到合适的稳态采集点，从而使设 计人员分析、挑选数据遇到很大 麻烦。本系统根据油门杆角度变 化来自动判定稳态起始点和结束 点，再根据起始点、结束点记录的 时间参数来判定稳态段的时间长 度。同时为了避免因为操纵员控 制油门杆时的调整带来稳态段的 误判，又增加了稳态段时间长度 判断条件，并使用了狄克逊准则3 对异常数据进行剔除，保证了通 过本系统自动产生的稳态数据的2010 年 第 36 卷第 6 期 Vol.36 No.6 Dec. 2010样本量检验咼端异常值检验低端异常值n=37D=r10
11、= x(n)-X(n-1)X - X(n)(1)D * =X(2)-X(1)X - X(n)(1)n=810D=r11 = X(n)-X(n-1).X(n)- X(2)D =r1/ = X(2)-X(1)X(n-1)- X(1)n=1113D=r21 = X(n)-X(n-2)X(n)- X(2)D =r21 = x(3)-X(1)X(n-1)- X(1)n=1420D=r22 = X(n)-X(n-2)X(n)- XD =r22 = X(3)-X(1)X(n-2)- X(1)表1双侧狄克逊检验式本文介绍的航空发 动机试验数据采集分析 系统将航空发动机、试验 设备、传感器以计算机为4结束语准确
12、性。狄克逊准则步骤如下：a. 按大小次序排列的观测值 X(2)Ww X(n)计算统计量。b. 按表1计算D、D。c. 由n, a= 0.05，从表2中 查出 D 1- a (n)。d. 当 DD,D D1- a(n),x(n)离 群；当 D D,D D 1- a(n) ,x(1)离 群；重复ac,否则判断无离群值。(3)历程数据回放发动机试车数据主要用来验 证发动机设计及排故，而如何通 过绘制发动机历程曲线让设计人 员更加便捷地了解发动机的工作 状态十分重要。本系统实现了绘 制发动机多参数随时间变化曲线 功能，而且考虑到全屏绘制试车 历程曲线可能对局部细节描绘不 清晰，特别提供了曲线局部放大表
13、2双侧狄克逊检验的临界值D 1- a (n)n 统计量 95% n 统计量 95%r10 和10r22 和223中的 0.970 17 中的 0.529较大者较大者4 0.829 180.5145 0.710 190.5016 0.628 200.4897 0.569 210.478r 11 和 r 118中的 0.608 220.468较大者9 0.564 230.45910 0.530 240.451r21 和2111中的 0.619 250.443较大者12 0.583 260.43613 0.557 270.429r22 和2214 中的 0.586 280.423较大者150.565
14、 290.417160.564 300.412功能，再考虑到用户可能将历程数据做进一步分析计算，又提供了历程数据导出功能基础组成了 1个包含航空发动机 测试和试验数据管理分析的综合 系统，充分地挖掘了现有数据采 集设备能力，有效地管理数目繁 多的试验数据，而且通过使用者 对试验数据进行相关的科学分 析，极大地提高了试验数据的使 用效率，较好地满足了航空发动 机研制和排故的需要，实现了采 集信号的准确测量和试车数据的I高效管理，提高了试车数据的使 用效率。经实践证明，该系统工作 稳定可靠，测试精度高，界面美 观，满足了系统设计性能的要求， 对推进试验合理进行，提升发动 机研制水平，缩短发动机研制
15、周 期都具有重要的现实意义，具有 较高的推广价值。I参考文献II1 单晓明.数字化试验业务平台在航空发动机测试领域的应用与实践J.工程实践，2009(6):35-37.2 李晓松.涡喷发动机动态模拟试验台 测控系统设计J.机械设计与制造，I2005(10):56-57.3 冯荣琥.狄克逊准则剔除粗误差的微机 应用J四川标准化与计量，1995(2): 29-31.(上接第25页)系数影响装置的阻 尼比与速度刚度，对于矩形型面 来说，当在零位时，流量-压力系 数最小，则系统阻尼比最低，能在 零位稳定工作，在其他工作点也能 稳定工作，在同等条件下，采用矩 形和锥形比三角形和圆形能提高 阻尼比和速度刚度快。(4采用等面积设计有利于 快速设计型面和分析特性。参考文献1 刘正，郭迎清，等.某型压差计量
