航空活塞发动机的综合参数测试装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种航空活塞发动机综合参数测试装置及其方法，所述的测试装置包括：控制单元ＴＣＵ、ＩＭＳ、飞控计算机、伺服电机、涡轮增压器和发动机。涡轮增压器由发动机废气驱动做功供给发动机增压后的空气，它由涡轮控制单元ＴＣＵ通过感受相关参数并进行计算处理后输出控制信号控制伺服电机，使与之连接的阀门偏转，从而改变涡轮增压器输送到航空活塞发动机的增压空气压力。综合参数测试系统ＩＭＳ，以单片机为核心，获取发动机运行状态参数以及ＴＣＵ的控制参数，对这两部分参数进行参数超限判断并按照故障模式给出状态代码，打包这两部分参数及状态代码；将打包后的参数发送到飞控计算机；飞控计算机再进行后续处理及将数据下传至地面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航空测试
，具体涉及一种航空活塞发动机的综合参数测试装置及其 方法。
技术介绍
众所周知的，无人机系统的特点就是没有飞行员。普通有人飞机的发动机以及机载设备 的状态参数均通过仪表显示于飞行员的操作面板上，而无人机需要将所有的测量参数通过A/D转换后再经过测控无线链路下传至地面。其中，发动机部分的测试参数也不例外。常规的无人机发动机测试参数在进行地面下传时，首先根据发动机测试需要，确定测试 参数及其传感器，继而设计制作传感器调理电路，调理后的电压信号再经电缆传输至机载飞 控计算机的数据釆集卡上，由数据采集卡的A/D转换通道来将电压模拟信号转换为数字信 号，从而进行预定程序处理并通过无线数字链路下传。对于带涡轮增压器系统且涡轮增压器由独立的电控涡轮增压器控制单元TCU控制的航 空活塞发动机，除了要测量常规的发动机运行状态参数，包括发动机转速RPM、缸头温度 CHT、排气温度EGT、滑油温度OILT、滑油压力OILP参数夕卜，还需要将TCU的控制参 数下传至地面，以便判断涡轮增压器系统工作是否正常。TCU控制参数包括发动机转速 RPM、节风门开度THP、大气静压SP、空气盒压力ABP、空气盒温度ABT、增压器旁通 阀开度SwgP，这些参数用于TCU控制涡轮增压器。这里的发动机转速RPM与发动机运行 状态参数中的发动机转速RPM为同一传感器并联的两路信号。发动机转速RPM反映了发动机的运行快慢，发动机运行过快即发动机转速RPM超转会 导致发动机损坏。节风门开度THP指汽化器后或者电喷发动机喷油嘴前的节流阀开度，它反 映了发动机进气的节流效应，节风门开度越大，发动机进气量越大，功率输出越大。缸头温 度CHT测量了气缸缸头的温度，该参数反映了发动机缸体的受热情况，缸头温度CHT过高 即超温会导致发动机缸体损坏。排气温度EGT测量了各气缸排气歧管的温度，直接反映了各 个气缸的工作情况，发动机每一个工作循环，其排出的废气温度略有不同，但各气缸排气温 度不会相差太多，如果出现某一个排气温度低于或高于其他排气温度达200。C以上，则该排 气温度对应的气缸工作异常，1分钟以上仍无好转，可以判定该气缸燃烧不好，可能原因为 火花塞积炭严重或汽化器有堵塞。滑油温度OILT测量发动机滑油泵后的温度，滑油不仅有 润滑的作用，还有带走被润滑部件热量的作用，滑油温度不仅影响滑油的粘度和润滑性能， 还影响到被润滑部件的散热，滑油温度过低，润滑性能不好，滑油温度过高，同样润滑效果不好，且被润滑部件温度过高，容易导致部件损坏。滑油压力OILP测量发动机滑油泵后的 压力，滑油压力过低，会导致润滑不好，滑油压力过高则表示润滑通道有堵塞，同样润滑不 好。大气静压SP测量发动机安装部位空气静止时的压力，反映了空中环境压力，也反映了 涡轮增压器的进气压力，该参数参与涡轮增压器控制，为不可或缺的参数。空气盒压力ABP 测量涡轮增压器后起稳压作用的空气盒中的稳定压力，反映了发动机的实际进气压力，该压 力由TCU自动控制。空气盒温度ABT测量涡轮增压器后起稳压作用的空气盒中的空气温度， 该温度过高会增加发动机爆燃危险，低于零度则会增加汽化器结冰危险，该参数也由TCU自 动控制。增压器旁通阀开度SwgP通过测量与增压器旁通阀连接在一起的伺服电机的位置间 接测量得到，当空气盒压力达不到预定的增压压力时，增压器旁通阀开度SwgP将逐步减小， 使更多的废气用于驱动涡轮做功带动压气机增压空气，反之，空气盒压力高于预定压力，则 增压器旁通阀开度SwgP逐步增大，减小用于做功的废气量，从而达到控制空气盒压力的目 的。目前对无人机上发动机参数的测试方法为将发动机运行状态参数，包括发动机转速 RPM、缸头温度CHT、滑油温度OILT、滑油压力OILP、排气温度EGT传感器信号由电缆传输至电气主控制盒中进行信号调理，并将调理好的0 5VDC信号通过电缆传输至飞控计 算机，由飞控计算机进行A/D转换，测量采集上述参数。而空气盒压力ABP、大气静压SP、 空气盒温度ABT这三个参数需要参与TCU的控制，不能并联传感器信号，所以，在TCU 使用的空气盒压力ABP、大气静压SP、空气盒温度ABT传感器相同的测量位置额外增加传 感器，再同样经电气主控制盒调理后由飞控计算机进行测量采集。节风门位置THP信号则由 节风门舵机控制器给出反馈值。在上述参数测试处理过程中，每个发动机测量参数都需要占用A/D采集通道，将消耗大 量数据釆集通道资源并加大飞控计算机的系统资源消耗。传感器从发动机测试点传输至调理电路，经调理电路将各种传感器信号转换为标准电压信号，再由电缆将电压信号传输至飞控 计算机的采集卡。在模拟信号的传输过程中，由于无人机系统电气环境复杂，这在一定程度 上不可避免会由于各种干扰而导致模拟信号的测量误差。 专利技术 内 容本专利技术的目的是为了解决现有的对发动机参数测试方法存在的问题，采用了综合参数测 试系统IMS来完成对发动机状态参数、TCU参数的釆集、转换、临时存储，并将这些参数 进行超限检査及故障模式判断，最后集成数据帧，再将集成后的含有发动机综合测试参数的 数据帧以数字信号形式传输给飞控计算机，从而达到减小发动机测量参数对飞控计算机数据 采集通道的占用，减小飞控计算机在发动机测量参数的数模转换运算和处理过程中的资源消 耗，减小模拟信号传输过程中的因干扰导致的测量误差，提高故障隔离率、故障检测率的目的。本专利技术中，提供了一种用于无人机的航空活塞发动机综合参数测试装置及其方法，所述航空活塞发动机综合参数测试装置包括控制单元TCU、 IMS、飞控计算机、伺服电机、涡轮 增压器和发动机，各部件之间通过电缆或者电路板线路连接。控制单元TCU具备与通讯接口相对应的串行接口，可以通过既定通讯协议与外部设备 IMS通讯，用以传输当前的TCU参数信号以及控制伺服电机工作。涡轮增压器的涡轮进口 处安装有一个旁通阀，该旁通阀与伺服电机通过钢丝连接，由伺服电机带动旁通闽进行任意 位置的偏转，增压器旁通阀开度SwgP就表征此旁通阀偏转的程度。涡轮增压器的涡轮进口 与发动机排气相连，依靠发动机废气驱动涡轮，涡轮带动与之同轴连接的压气机做功，将大 气增压后再输送至发动机进气口。 IMS主要包括调理电路、单片机、模拟开关及电平转换单 元、TCU通讯端口、飞控计算机通讯端口， IMS用于调理采集发动机运行状态参数传感器信 号并获取TCU的参数，进行参数超限判断及故障模式判断后进行数据集成，将集成的综合参 数数据帧发送至飞控计算机。所述航空活塞发动机综合参数测试方法包括以下步骤步骤一、IMS和TCU上电自检。如出现传感器或其他部件异常，给出报警信号；直至故障排除后，上电自检通过并进行发动机启动开车。步骤二、TCU自动工作，IMS自动运行，并等待飞控计算机命令。综合参数测试系统IMS中的单片机程序控制模拟开关及电平转换单元指向飞控计算机通讯端口 ，处于等待飞控计算机传来数据请求命令帧状态。步骤三、IMS进行数据采集、存储。在发动机启动的同时各传感器感受发动机各运行状 态参数并通过传感器电缆连接至综合参数测试系统IMS中的调理电路进行调理后输出至单 片机，单片机对参数信号进行A/D转换、釆集，本文档来自技高网...

【技术保护点】
航空活塞发动机的综合参数测试装置，包括控制单元ＴＣＵ、飞控计算机、伺服电机、涡轮增压器和发动机，其特征在于：所述的测试装置还包括一个综合参数测试系统ＩＭＳ；控制单元ＴＣＵ具备外部通讯接口，可以通过既定通讯协议与外部设备通讯，用以传输当前的ＴＣＵ参数信号以及控制伺服电机工作；涡轮增压器的涡轮进口处安装有一个旁通阀，该旁通阀与伺服电机通过钢丝连接，由伺服电机带动旁通阀进行开启和关闭；涡轮增压器的涡轮进口与发动机排气相连，依靠发动机废气驱动涡轮，涡轮带动与之同轴连接的压气机做功，将大气增压后再输送至发动机进气口；ＩＭＳ用于采集调理发动机运行状态参数传感器信号并获取ＴＣＵ的参数，进行参数超限判断及故障模式判断后进行数据集成，将集成的综合参数数据帧发送至飞控计算机；上述部件之间均通过电缆进行连接或者电路板线路连接 。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈林，林海英，秦博，李新民，白湘波，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]