第八章 航空發動機測試系統
第一節 發動機測量探針系統的智能化
航空發動機智能測量探針系統主要由控制系統、采集系統、角度自動跟蹤系統和實時校準系統四部分組成。它是以微型計算機為中心，以多個單片機為網絡，以系列化位移機構為執行元件的智能化測試裝置。該智能探針系統的主要特點為：
•
采用系列化的高精度位移機胸及各種探針，與系統配套使用；
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配置了壓力測量實時校準系統和多通道角度自動跟蹤系統，提高了測量精度，實現跟蹤穩定、實時；
•
軟件設計上，將參數采集、現場校準、位移控制、數據處理和打印制表一體化，大大提高了測試精度和速度。
由于智能探針系統實現了位移控制、參數測量和數據處理一體化，控制通道多，采集容量大、角度跟蹤準確，數據處理及時，完全實現了測試自動化，這對發動機及其部件研制具有很大的實用價值和經濟效益，是航空發動機試驗技術的發展方向。
一、智能探針系統的組成
"智能探針系統框圖
用于航空發動機試驗的智能探針系統應能對發動機全流程氣動、熱力和位移等諸多參數實現精確快速地測量，把控制、測量以及處理融為一體，實現測試自動化及綜合化。
圖 % %"示出以 &’( %)*微型計算機為中心，位移機構為執行元件的自動測量、自動控制、自動處理的智能系統。整個系統包括控制系統、采集系統、角度自動跟蹤系統和實時校準
+控制系統
由微機發出脈沖，通過控制框驅動步進電機，電機帶動位移機構，機構帶動配套探針，從而實現探針的精確位移。智能探針系統以微機為控制主體，采用多路分時控制方式，控制 "+路位移機構，還可同時控制 ,路位移機構，實施移位或跟蹤。系統主要由 )*接口板、光電隔離器、控制轉換器、多路選擇器、步進電源和位移機構組成，如圖 % %+所示。具有機控和手控兩種功能，位移精度高。軟件設計中采取確定起始相位措施，保證控制部分不失一個脈沖（ -. /個脈沖）、位移精度高達 . .01，位移型式、點數及間距等可按需要預置。
控制系統軟件如圖 % %0所示，它表示出位移程序流程。位移通道選擇方式包括機
•"+.2•
圖 " "航空發動機智能探針系統框圖構通路序次、同步 %路序次、回零方向、機構類型、位移點數、位移形式及位移量等。例如，某發動機智能探針系統（&’）包括機構通路 (條，其中同步 %路 %條；回零方向有上限、下限；機構類型有 )*、)*+、,%、,%+和 **+；位移點數有 -點、 .點和 ,點；位移形式有等環面、等距及變距。
圖 " "(控制系統結構框圖
/&’系統的微機控制位移機構有三種：
（）遙測附面層位移機構及微型附面層探針位移控制，
圖 " ")示出微型附面層探針，圖 " "*為附面層位移機構。此機構直徑 ,%00，長 *00；質量 .1 *23，位移量 ).00，分辨率 .1 ..(00，使用了高精度傳動螺紋（特 4-1* 5.1* "），位移平穩，耐壓耐振耐熱沖擊。位移精度達 .1 .6，并采用限位結構。
•(.%•
圖 " "控制系統軟件流程圖
圖 " " % 微型附面層探針
（&）二維通用位移機構
•)&(’•
此機構采用高精度的小模數蝸輪輻、齒輪輻和滾球絲桿輻，線位移 %&&’’，角位移土 (&)，位移精度高達 &* &+,。該機構可與微型復合探針、充油探針、多點總溫總壓耙、多點普朗特管、多點三孔針耙、 孔針耙等匹用，可以多機種多截面使用。
（-）三維位移機構
該機構采用微型滾珠絲桿輻，提高移位精度；采用迷宮式密封減少泄漏；采用氣冷結構和鈦合金，質量輕、耐高溫。移位量： .向 & / ((&’’；0向 & / %&&’’；1向 2 3&)，可實現自動跟蹤。
456智能系統具有 (路控制能力，可以控制 (臺附面層機構或 3臺二維機構，或控制 7臺三向位移機構，并可混用、自控和手控。
-*采集系統
456配置了 %%路采集通道，其中掃描閥校準 8路，壓力 (路，熱電阻 7路，熱電偶或其他參數 8路。掃描閥除了按順序步進外，還可針對任一點快速步進到位；為了提高采集精度，采取下列措施： 采用 9:+8高速高精度 (%位 9;:轉換器，選擇相應的轉換極性和范圍，降低 9;:轉換誤差；采用單極性可使誤差降低一半。 "采用高精度 6<一 &程控放大器；采用軟件校準系統精度和增益線性。 通道選擇采用 =>?6集成電路模擬開關，速度快、性能可靠、誤差小和接觸電阻低。
采集系統程序流程如圖 " "7所示。主要性能指標為：系統精度 @ &* -,；穩定度 @ &* -,；共模擬制比 A (7&BC；串模擬制比 A (&BC；信號輸入范圍 "/ D E；采集速度定點 (&&&點 ;F、掃描閥 7 /(%點 ;F；系統零點時飄在 %8小時內 @ 2-;4E;G。
8*角度自動跟蹤系統
為了精確地測量氣流角和總溫總壓參數， 4>6智能系統配置了 7路角度自動跟蹤系統。采用了 5=; HI為主控機的多機控制。其 7路分機采用了結構相同的 &-(單片機系統。由于采用并行數據傳送、速度快， 7個分機可同時進行跟蹤。該系統由 5=接口板、 &-(單片機系統、步進電機、位移機構、探針、傳感器和采集系統組成。圖 " "+示出 7路跟蹤系統框圖。
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