本发明专利技术属于半物理仿真试验技术领域，尤其涉及一种硬件在环的航空液冷冷却系统半物理试验装置及方法。试验装置包括：实时仿真模块、硬件激励模块、液冷控制器及监视模块；液冷冷却系统半物理试验装置通过模型仿真、硬件激励的方式构建系统工作所需的闭环液路回路，液冷控制器进行系统运行参数采集并接收监控模块发送的工作指令控制相关组件工作，实现液冷冷却系统的综合动态运行，最后通过监控模块进行运行参数的显示和人机交互。本发明专利技术有效避免了因各组件未齐套导致不能按时开展试验验证、试验接口复杂导致试验系统建设周期长、试验条件实现难度高导致试验费用高、边界试验导致组件损坏等弊端，可实现液冷冷却系统的控制功能和性能的全面验证。
1、航空机载电子设备大多数都长期在封闭的环境中工作，大部分损失都以热能的形式散发出来，导致环境和设备工作区域内的温度不断上升。为了保证机载电子设备在相应的工作环境下长期稳定工作，提高机载电子设备的可靠性，针对性解决热问题越来越重视，液冷散热作为一种高效的散热方式在机载设备热管理中应用越来越多。
2、液冷冷却系统包含散热器、管路、阀、控制器、泵、传感器等多个组件。传统的物理试验方法需要搭建整个液冷冷却系统，会出现各组件无法同时齐套、试验台能力不足导致试验环境无法搭建，进而不能按期开展试验。同时，试验过程中需要的试验输入接口多、条件复杂，设备费用高、建设周期长、场地限制大，可扩展和兼容性较低，部分试验条件实现较为困难，系统试验过程耗资大。
3、硬件在环半物理试验系统以实时处理器运行仿真模型来模拟受控对象的运行状态，通过i/o接口与液冷控制器连接，避免实际条件对试验需求环境的限制。从安全性、可行性和合理的成本上考虑，硬件在环半物理试验已经成为液冷冷却系统开发流程中非常重要的一环，减少了实车路试次数，缩短开发时间和降低成本的同时实现液冷冷却系统全面的功能测试、故障注入测试和极限工况测试，提高液冷冷却系统的研制质量。
>2、本专利技术提出的硬件在环航空液冷冷却系统半物理试验装置实现液冷冷却系统全面深入的功能测试、故障测试及极限工况测试，并辅助工程师对测试结果分析验证、故障再现，缩短开发时间和降低成本的同时提高产品质量，降低潜在风险。该设备具有可靠性、灵活性及开放性等特点，不仅能满足当前的测试需求，同时具备升级扩展能力，使该设备在相当长的时间内仍能够保持技术的先进性。3、技术方案：本专利技术一方面提出了一种硬件在环的航空液冷冷却系统半物理试验装置，所述试验装置包括：实时仿真模块、硬件激励模块、液冷控制器及监视模块；液冷冷却系统半物理试验装置通过模型仿真、硬件激励的方式构建系统工作所需的闭环液路回路，所述液冷控制器进行系统运行参数采集并接收监控模块发送的工作指令控制相关组件工作，实现液冷冷却系统的综合动态运行，最后通过监控模块进行运行参数的显示和人机交互。
4、进一步的，所述实时仿真模块包括散热组件模型、供液组件模型、热源模型、活门模型、管路模型、传感器模型、传热模型；各模块封装为液冷冷却实时仿真系统，用户可根据实际情况，在对话框中设置相关结构参数、流体参数。
5、进一步的，所述实时仿真模块运行在ni实时操作系统主机上，采用ni linuxreal-time system软件，构建快速控制原型半实物仿真平台，进行液冷冷却系统实时运行状态仿真解算，并通过pxi接口将运行状态数据发送给硬件激励模块。
6、进一步的，所述硬件激励模块包含输入集采卡、输出控制卡、通讯卡及信号调理模块，实现模拟液冷冷却实时仿真系统的温度、压力、液位、压差、活门位置信号，并转换为真实的4～20ma、0～5v、pt1000、ttl、rs422通信、地开信号、28v/开信号，以便于控制器进行采集。
7、进一步的，所述硬件激励模块接收液冷控制器输出的执行机构驱动控制信号，并根据控制信号的形式转化为液冷冷却实时仿真系统能够识别的模拟控制命令，以便控制仿真系统中的执行机构启停。
8、进一步的，所述硬件激励模块采用全混合插槽，并预留资源，同时将所有的输入、输出信号线均引出到端子排，端子根据输入、输出、数字信号和模拟信号进行区域划分，并采用弹簧端子接线方式。
9、进一步的，所述液冷控制器进行液冷冷却系统的温度、压力、活门位置参数采集，接收模拟机上系统的通信命令，并解析的待机/自动/维护/手动工作模式命令；采集的系统参数信息和解析的工作模式命令进行对应执行机构的运行控制，调节活门的角度，实现管路内液体温度的调节。
10、进一步的，所述监视模块模拟机上系统与液冷控制器进行rs422通信；通过监视模块进行液冷冷却系统的自动/手动/维护/待机模式、手动冷/热控制指令、日历时间等命令设置，并通过rs422通信发送给液冷控制器；同时接收并解析液冷控制器上传的rs422通信数据，解析出对应的系统状态参数、告警信息、故障信息。
11、进一步的，所述监视模块提供仪表式实时数据展示；通过监视模块实时显示液冷冷却系统的状态参数信息、告警信息、故障信息，并将关键参数绘制成曲线，能够存储液冷冷却系统状态数据及历史回放。
12、本专利技术另一方面还提出了一种硬件在环的航空液冷冷却系统半物理试验方法，所述方法包括以下步骤：
13、步骤s1、监视模块根据试验项目配置系统参数，并传递给实时仿真系统；
14、步骤s2、实时仿真系统根据配置参数指令，实时运行仿真系统的模型，并将系统运行参数发送给硬件激励模块；
15、步骤s3、硬件激励模块将系统运行参数转化为真实模拟量、开关量；
16、步骤s4、液冷控制器实时采集系统运行参数，并依据采集到的信息进行故障判断和告警，并通过rs422通信上传给监视模块；
17、步骤s5、监视模块进行系统状态信息的可视化显示，并模拟机上人员下达的操作指令发送给液冷控制器；
18、步骤s6、液冷控制器接收到操作指令后，依据工作命令和采集到的系统参数控制温控活门角度、增压泵启停、风机启停、关断阀打开/关闭，并将控制信号传递给硬件激励模块；
19、步骤s7、硬件激励模块将接受到的控制信号转化为实时仿真系统可以识别的数字控制命令传递给实时仿真模型；
20、步骤s8、实时仿真模型依据控制命令控制相应组件的运行状态，实现系统运行状态调整。
21、本专利技术的技术效果：
22、本专利技术实施方式相对于现有技术而言，针对飞机液冷冷却系统各工作工况场景进行半实物仿真的建模，模型运行在高速并行的高性能仿真计算机中，通过硬件激励器发送激励信号，实现硬件系统激励、实时仿真系统、真实机载设备(液冷控制器)三者测试环境的闭环交联。
23、相较于全数字仿真试验来说，可以模拟真实的电磁、信号环境，在不改变真实机载设备的接口基础上进行采集功能、精度和通信抗干扰能力等验证。相较于纯实物试验系统来说，有效避免了因各组件未齐套导致不能按时开展试验验证、试验接口复杂导致试验系统建设周期长、试验条件实现难度高(模拟高空环境状态、大功率热源等)导致试验费用高、边界试验导致组件损坏等弊端，在有效缩短开发和验证周期前提下，实现液冷冷却系统各种工况和故障异常注入，进行液冷冷却系统的控制功能和性能的全面验证。
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【技术保护点】
1.一种硬件在环的航空液冷冷却系统半物理试验装置，其特征在于，所述试验装置包括：实时仿真模块、硬件激励模块、液冷控制器及监视模块；液冷冷却系统半物理试验装置通过模型仿真、硬件激励的方式构建系统工作所需的闭环液路回路，所述液冷控制器进行系统运行参数采集并接收监控模块发送的工作指令控制相关组件工作，实现液冷冷却系统的综合动态运行，最后通过监控模块进行运行参数的显示和人机交互。
2.如权利要求1所述的硬件在环的航空液冷冷却系统半物理试验装置，其特征在于，所述实时仿真模块包括散热组件模型、供液组件模型、热源模型、活门模型、管路模型、传感器模型、传热模型；各模块封装为液冷冷却实时仿真系统，用户可根据实际情况，在对话框中设置相关结构参数、流体参数。
3.如权利要求1所述的硬件在环的航空液冷冷却系统半物理试验装置，其特征在于，所述实时仿真模块运行在NI实时操作系统主机上，采用NI Linux Real-Time System软件，构建快速控制原型半实物仿真平台，进行液冷冷却系统实时运行状态仿真解算，并通过PXI接口将运行状态数据发送给硬件激励模块。
4.如权利要求1所述的硬件在环的航空液冷冷却系统半物理试验装置，其特征在于，所述硬件激励模块包含输入集采卡、输出控制卡、通讯卡及信号调理模块，实现模拟液冷冷却实时仿真系统的温度、压力、液位、压差、活门位置信号，并转换为真实的4～20mA、0～5V、PT1000、TTL、RS422通信、地开信号、28V/开信号，以便于控制器进行采集。
5.如权利要求4所述的硬件在环的航空液冷冷却系统半物理试验装置，其特征在于，所述硬件激励模块接收液冷控制器输出的执行机构驱动控制信号，并根据控制信号的形式转化为液冷冷却实时仿真系统能够识别的模拟控制命令，以便控制仿真系统中的执行机构启停。
6.如权利要求5所述的硬件在环的航空液冷冷却系统半物理试验装置，其特征在于，所述硬件激励模块采用全混合插槽，并预留资源，同时将所有的输入、输出信号线均引出到端子排，端子根据输入、输出、数字信号和模拟信号进行区域划分，并采用弹簧端子接线方式。
7.如权利要求1所述的硬件在环的航空液冷冷却系统半物理试验装置，其特征在于，所述液冷控制器进行液冷冷却系统的温度、压力、活门位置参数采集，接收模拟机上系统的通信命令，并解析的待机/自动/维护/手动工作模式命令；采集的系统参数信息和解析的工作模式命令进行对应执行机构的运行控制，调节活门的角度，实现管路内液体温度的调节。
8.如权利要求1所述的硬件在环的航空液冷冷却系统半物理试验装置，其特征在于，所述监视模块模拟机上系统与液冷控制器进行RS422通信；通过监视模块进行液冷冷却系统的自动/手动/维护/待机模式、手动冷/热控制指令、日历时间这些命令设置，并通过RS422通信发送给液冷控制器；同时接收并解析液冷控制器上传的RS422通信数据，解析出对应的系统状态参数、告警信息、故障信息。
9.如权利要求8所述的硬件在环的航空液冷冷却系统半物理试验装置，其特征在于，所述监视模块提供仪表式实时数据展示；通过监视模块实时显示液冷冷却系统的状态参数信息、告警信息、故障信息，并将关键参数绘制成曲线，能够存储液冷冷却系统状态数据及历史回放。
10.一种硬件在环的航空液冷冷却系统半物理试验方法，所述方法采用如权利要求1～9任意一项所述的试验装置，其特征在于，包括以下步骤：
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【技术特征摘要】
1.一种硬件在环的航空液冷冷却系统半物理试验装置，其特征在于，所述试验装置包括：实时仿真模块、硬件激励模块、液冷控制器及监视模块；液冷冷却系统半物理试验装置通过模型仿真、硬件激励的方式构建系统工作所需的闭环液路回路，所述液冷控制器进行系统运行参数采集并接收监控模块发送的工作指令控制相关组件工作，实现液冷冷却系统的综合动态运行，最后通过监控模块进行运行参数的显示和人机交互。
2.如权利要求1所述的硬件在环的航空液冷冷却系统半物理试验装置，其特征在于，所述实时仿真模块包括散热组件模型、供液组件模型、热源模型、活门模型、管路模型、传感器模型、传热模型；各模块封装为液冷冷却实时仿真系统，用户可根据实际情况，在对话框中设置相关结构参数、流体参数。
3.如权利要求1所述的硬件在环的航空液冷冷却系统半物理试验装置，其特征在于，所述实时仿真模块运行在ni实时操作系统主机上，采用ni linux real-time system软件，构建快速控制原型半实物仿真平台，进行液冷冷却系统实时运行状态仿真解算，并通过pxi接口将运行状态数据发送给硬件激励模块。
4.如权利要求1所述的硬件在环的航空液冷冷却系统半物理试验装置，其特征在于，所述硬件激励模块包含输入集采卡、输出控制卡、通讯卡及信号调理模块，实现模拟液冷冷却实时仿真系统的温度、压力、液位、压差、活门位置信号，并转换为真实的4～20ma、0～5v、pt1000、ttl、rs422通信、地开信号、28v/开信号，以便于控制器进行采集。
5.如权利要求4所述的硬件在环的航空液冷冷却系统半物理试验装置，其特征在于，所述硬件激励模块接收液冷控制器输出的执行机构驱动控制信号，并...
【专利技术属性】
技术研发人员：李青蒙，时铭慧，王飞，李海晓，张国元，谢学坤，
申请(专利权)人：新乡航空工业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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