航空发动机电气故障检测系统设计

2022-09-10

1、概述

发动机控制系统最早是在20世纪40年代, 其是由最单的机械液压燃油控制系统构成, 然后逐渐的发展, 在这期间经历了四个发展阶段, 包括初始阶段、成长阶段、电子阶段、综合阶段等, 如今已发展到用于所有燃气涡轮发动机的全权限数字电子控制系统 (FADEC) , 对于每一个阶段的主要特征五表一所示。在20世纪七十年代开始就已经到达的第三代。今后对于世界航空发动机的技术将不断的发展, 朝向高推重比、高速度、宽使用范围、高可靠性和适用性、低油耗、低噪声、低污染、低成本的方向发展。未来发动机控制系统的发展会超出一定的范围, 同时有一个整体管理系统进行整个过程的配电以及管理和状态系统的监控。

就目前的情况来看, 对于航空飞行的安全以及经济方面越来越受到重视, 发动机属于航空飞机的心脏, 其具有一定的特点, 包括结构复杂、工作环境恶劣, 因此对于该系统的维护工作非常重要, 从而能够进一步降低发生故障的概率。从相关资料可以知道, 发动机故障在航空领域机械故障中占据了三分之一左右, 而从发动机运行成本的相关资料可以知道维护费用已经占据了30%左右, 因此进一步加强航空发动机状态监测与故障诊断非常有必要。

2、航空发动机电气故障检测系统设计

关于航空发动机电气故障检测系统主要的原理是使用一些航空发动机进行参数控制, 从而方便进行电器线路的连接。

加强航空发动机电器故障系统的检测具有非常重要的意义, 主要包括以下几个方面:一操作简单, 对于相关工作人员的要求比较低。不需要深入了解设备的具体情况, 只需要严格按照相关操作步骤进行即可。二测试时间短, 对于航空发动机电器附件绝缘性能检测的时间会大大降低, 从而能够进一步提高工作效率。三具有很强的扩展性, 能够对各个型号的发动机进行定期附件绝缘性能测试。从各个航空发动机定期附件数据库进行调用, 方便进行整个操作运行。四测试具有很高的精度。系统所使用的设备都是最新研发成果, 具有测试速度快, 受外界影响小的且很高的测试精度的优势。

就目前的情况来看, 航空发动机电器故障检测系统的组成主要有以下几个部分, 即HMI (高性能嵌入式人机界面) 人机交互子系统、嵌入式测试主机及测试电缆等, 整个构成图为图1。在进行测试的时候总共有一百八十个触点, 整个过程的连接是通过开关进行。

2.1、测试主机

测试主机目前主要是应用嵌入式开发平台EM9160+CPLD的双CPU控制架构。就目前的情况来看, EM9160是一种比较核心的处理器, 主要是确保任务在开展过程中能够有效的保障调度工作, 确保模数转换器以及上位HMI通信能够有效控制, CPLD部分主要是对整个运行过程起到协助的作用, 目的是能够达到开关整列的关断以及整个系统的控制。为了有效的控制CPU引脚资源, CPLD和ADC芯片的选择过程中主要是使用四线制SPI与EM9160进行整个数据的交换工作, 并且还需要使用时钟线和数据线, 同时做好整个器件的选择工作, 目前主要是采用新型拓扑连接方式。

为了能够有效的确保通信技术的有效性, 通常情况下系统是选择使用硬件SPI, 波特率控制在2Mbps, 使用GPIO口代替硬件SPI中的片选 (CS) 线。在整个过程中需要注意相关事项, 即在进行电路设计的时候需要选择模块化方法, 也就是将EM9160、模数转换器、电源及以太网通信设计成一块CPU模块电路板, 然后每32个触点的开关正立和CPLD译码电路共同设计成1块模块电路板, 从而能够得到采集系统的各个组成部分的选择, 方便进行后续工作。

2.2、系统软件

如图2所示, 软件系统的关系图主要是从功能角度进行航空发动机电器故障检测系统软件内部以及外部模块之间的关系。大方框的组成主要有以下部分, 包括软件的功能库以及硬件的驱动, 从而能够形成航空发动机器电器故障检测系统, 方框中数据字典包括了各个系统软件提供的数据以及相关参数, 从而能够有效地确保软件系统的各个功能支持。而对于方框外主要是去包括检测系统的相关应用功能, 目前主要比如以下几个方面, 即用户界面、电气检测模块、系统配置模块、日志管理模块和通信管理等。对于这些模块主要是利用数据的集合以及功能库等多方面达到系统软件内部模块的交互作用。

对于电器故障检测软件主要的作用是进行系统的监测工作, 如图3所示。软件平台的组成主要包括以下几个方面, 即硬件驱动层、系统控制层、应用功能。而关于底层硬件驱动是属于一个单独的, 对于这个过程的作用是进行数据的传递工作, 并逐级进行递进, 方便进行功能的支持工作。进行系统控制的时候需要做好相应的工作, 即内存的分配, 时间的调度和终端的管理等方面, 并将其应用于实际操作系统中, 然后将其不断地扩展。应用功能其是最上层的工序, 主要是通过接收硬件驱动层和系统控制层的数据进行整个业务的梳理和操作。

从具体应用情况来看, 这个检测系统能够有效地进行故障的检测, 并且取得了很好的效果。

总之, 航空发动机电气故障检测系统设计能够有效的保障系统的运行, 及时的发现问题并采取有效的措施进行优化, 从而能够进一步提高航空发动机的整体性能, 因此进一步加强对其的研究非常有必要。

摘要：社会的快速发展进一步促进航空发动机的发展, 目前越来越多的发动机种类出现, 使用进口检测系统已经不能满足社会的发展需求, 因此研究我国自己的检测系统非常有必要, 从而能够更好地确保整体的运行稳定, 进一步加强对该部分的研究非常有必要。基于此本文分析了航空发动机电气故障检测系统设计。

关键词：航空发动机,电气故障,检测系统设计