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      一種通用的飛機(jī)發(fā)動機(jī)參數(shù)采集方法及裝置與流程

      文檔序號:11944668閱讀:534來源:國知局
      一種通用的飛機(jī)發(fā)動機(jī)參數(shù)采集方法及裝置與流程

      本發(fā)明涉及航空電子技術(shù)領(lǐng)域,具體是一種能夠準(zhǔn)確實時的反映發(fā)動機(jī)的運行情況,為飛行員的飛行或測試人員測試提供一定的參考依據(jù)通用的飛機(jī)發(fā)動機(jī)參數(shù)采集方法及采集裝置。



      背景技術(shù):

      航空發(fā)動機(jī)是飛機(jī)的動力源,作為飛機(jī)上核心的部件之一,在飛行中需要及時準(zhǔn)確的了解和控制發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)。隨著飛機(jī)發(fā)動機(jī)越來越復(fù)雜,所需要監(jiān)控的參數(shù)也越來越多。目前普遍使用的分離式儀表精度低、可靠性差、體積大、數(shù)量多、布局凌亂,已不能滿足現(xiàn)代飛機(jī)發(fā)動機(jī)性能監(jiān)控的要求。這就需要一種先進(jìn)的發(fā)動機(jī)參數(shù)采集裝置,能實時采集飛機(jī)發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài),并及時的將數(shù)據(jù)傳送給其他機(jī)載設(shè)備使用,這也便于航空電子系統(tǒng)綜合信息化管理。



      技術(shù)實現(xiàn)要素:

      為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷,本發(fā)明的目的在于提供一種通用的飛機(jī)發(fā)動機(jī)參數(shù)采集方法及裝置,依據(jù)本發(fā)明方法能夠?qū)崟r采集發(fā)動機(jī)多種信息,支持熱敏電阻信號、熱電偶信號、頻率信號和壓力信號的采集和處理,并能夠根據(jù)不同傳感器的不同特性對超過信號范圍的信號進(jìn)行告警提示,具有很強(qiáng)的通用性。

      本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的。

      本發(fā)明給出了一種通用的飛機(jī)發(fā)動機(jī)參數(shù)采集方法,包括下述步驟:

      1)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊分別通過壓力傳感器采集滑油壓力和燃油余量,通過熱敏電阻傳感器采集汽缸頭溫度、旋翼機(jī)轉(zhuǎn)軸溫度和發(fā)動機(jī)滑油溫度,通過熱電偶傳感器采集排氣溫度,通過轉(zhuǎn)速傳感器采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和旋翼轉(zhuǎn)速;

      2)前端信號調(diào)理單元將各個傳感器采集的信號進(jìn)行信號的采樣、放大、濾波、衰減、調(diào)制和幅頻變換后,經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換;

      3)數(shù)據(jù)處理單元將各個傳感器采集的信號繪制為不同的特性曲線,并針對不同傳感器的特性,轉(zhuǎn)換為所需的實際溫度、壓力和轉(zhuǎn)速信息;

      4)數(shù)據(jù)處理模塊對各個不同傳感器設(shè)置不同的告警范圍,將處理以后的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷,如果數(shù)據(jù)超出規(guī)定的范圍,則將相應(yīng)的告警標(biāo)識位設(shè)置為告警狀態(tài);

      5)然后數(shù)據(jù)傳輸模塊將實際溫度、壓力和轉(zhuǎn)速信息傳輸至相應(yīng)的顯示裝置和備份系統(tǒng),以便各航電設(shè)備進(jìn)行實時數(shù)據(jù)交互。

      進(jìn)一步,通過轉(zhuǎn)速傳感器采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和旋翼轉(zhuǎn)速,利用計數(shù)器法進(jìn)行頻率信號測量,每隔1000ms讀一次計數(shù)器值,得到原始頻率數(shù)據(jù),再根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和旋翼轉(zhuǎn)速的不同特性,處理得到實際的頻率信號;

      發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速采集信號-轉(zhuǎn)速關(guān)系:

      S=nF

      其中,F(xiàn)為測得的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速脈沖頻率,Hz;S為實測的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,rpm;n為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速時間常數(shù);

      旋翼轉(zhuǎn)速采集信號-轉(zhuǎn)速關(guān)系:

      S'=n'F'/K

      其中,F(xiàn)'為測得的旋翼轉(zhuǎn)速脈沖頻率,Hz;S'為實測的旋翼轉(zhuǎn)速,rpm;n'為旋翼轉(zhuǎn)速時間常數(shù);K為旋翼特性常數(shù)。

      進(jìn)一步,通過熱敏電阻傳感器采集汽缸頭溫度時傳感器的電阻值,根據(jù)溫度-電阻的關(guān)系計算得到溫度值,溫度-電阻的關(guān)系用公式表示:

      T=abRR-m

      其中,R為測得的汽缸頭溫度時傳感器的電阻值,Ω;T為實測汽缸頭溫度值,℃;a、b、m分別為汽缸頭溫度傳感器常數(shù)。

      進(jìn)一步,通過熱敏電阻傳感器采集旋翼機(jī)轉(zhuǎn)軸和發(fā)動機(jī)滑油溫度時傳感器的電阻值,根據(jù)溫度-電阻的關(guān)系計算得到溫度值,溫度-電阻的關(guān)系用公式表示:

      T'=a'b'R'R'-m'

      其中,R'為測得的旋翼機(jī)轉(zhuǎn)軸或發(fā)動機(jī)滑油溫度時傳感器的電阻值,Ω;T'為實測旋翼機(jī)轉(zhuǎn)軸或發(fā)動機(jī)滑油溫度值,℃;a'、b'、m'分別為旋翼機(jī)轉(zhuǎn)軸溫度傳感器常數(shù)。

      進(jìn)一步,通過壓力傳感器采集發(fā)動機(jī)的滑油壓力時的壓力傳感器電阻值,根據(jù)電阻和壓力的關(guān)系得到滑油壓力,通過下式表示:

      P=cR”-d

      其中R”為測得的滑油壓力時的壓力傳感器的電阻值,Ω;P為實測滑油壓力值,psi;c、d分別為滑油壓力傳感器常數(shù)。

      進(jìn)一步,通過壓力傳感器采集燃油余量時的壓力傳感器電阻值,根據(jù)電壓和燃油余量的關(guān)系得到燃油余量,通過下式表示:

      L=eV/f

      其中V為測得的電壓值,V;L為實測燃油余量,L;e,f分別為燃油余量壓力傳感器常數(shù)。

      由于熱電偶溫度信號是來自于熱電偶的差分模擬量信號,被測量實際溫度為熱電偶測得溫度與熱電偶冷端環(huán)境溫度差,所以排氣溫度值為直接測得的K型熱電偶溫度值。

      本發(fā)明的一種通用的飛機(jī)發(fā)動機(jī)參數(shù)采集裝置,包括傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、電源模塊和殼體;

      傳感器數(shù)據(jù)采集模塊,包括前端信號調(diào)理單元和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元,用于采集傳感器信號;前端信號調(diào)理單元把各種熱敏電阻信號、頻率信號、壓力信號和熱電偶信號轉(zhuǎn)換成電壓信號,經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號;

      數(shù)據(jù)處理模塊,對采集的信號進(jìn)行處理,根據(jù)不同傳感器與測量參數(shù)之間的關(guān)系曲線,將原始信號通過相應(yīng)數(shù)據(jù)處理,還原發(fā)動機(jī)各個參數(shù)的實際物理量;

      數(shù)據(jù)傳輸模塊,將數(shù)據(jù)傳輸至相應(yīng)的顯示裝置、信息化系統(tǒng)和備份設(shè)備,以便各航電設(shè)備間進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)交互;

      電源模塊,將飛機(jī)的供電電源進(jìn)行隔離、轉(zhuǎn)換、穩(wěn)壓、濾波后為各功能模塊提供穩(wěn)定的電源;

      傳感器數(shù)據(jù)采集模塊依次與數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊相連,各模塊分別與電源模塊相連,各模塊放置在殼體內(nèi)。

      進(jìn)一步,所述傳感器數(shù)據(jù)采集模塊包括采集發(fā)動機(jī)的滑油壓力和燃油余量的壓力傳感器;采集汽缸頭溫度、旋翼機(jī)轉(zhuǎn)軸溫度和發(fā)動機(jī)滑油溫度的熱敏電阻傳感器;采集排氣溫度的熱電偶傳感器;以及采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和旋翼轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器。

      進(jìn)一步,所述數(shù)據(jù)處理模塊為基于ARM架構(gòu)的Cortex-M3處理器,可用內(nèi)存為64KB隨機(jī)存取存儲器SRAM,程序存儲器ROM為256KB的FLASH。

      與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有下述優(yōu)點:

      1.可以將數(shù)據(jù)以5Hz的頻率刷新,保證實時準(zhǔn)確地采集發(fā)動機(jī)參數(shù)。

      2.具備測量多種類型的傳感器。支持壓力信號、熱敏電阻信號、熱電偶信號和頻率信號的采集和處理。具有很強(qiáng)的通用性。

      3.能夠根據(jù)不同傳感器的不同特性對超過信號范圍的信號進(jìn)行告警提示。

      4.通過RS-422傳輸數(shù)據(jù),能夠與各種航電設(shè)備交聯(lián)。

      5.具有一定的配置功能。

      附圖說明

      圖1是系統(tǒng)組成示意圖;

      圖2是對外接口示意圖;

      圖3是數(shù)據(jù)采集模塊示意圖;

      圖4是配置功能流程圖;

      圖5(a)-(d)是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速特性;

      圖6是NTC溫度曲線;

      圖7是RTD壓力曲線;

      圖8是告警功能流程圖。

      具體實施方式

      下面結(jié)合附圖和實施例對發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明,但并不作為對發(fā)明做任何限制的依據(jù)。

      如圖1所示,本發(fā)明的通用的飛機(jī)發(fā)動機(jī)參數(shù)采集裝置,包括傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、電源模塊和殼體。

      傳感器數(shù)據(jù)采集模塊主要用來采集傳感器信號,由前端信號調(diào)理單元和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元組成。前端信號調(diào)理單元把各種熱敏電阻信號、頻率信號、壓力信號和熱電偶信號轉(zhuǎn)換成模數(shù)轉(zhuǎn)換可以識別的電壓信號,經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。數(shù)據(jù)采集模塊如圖2所示。

      數(shù)據(jù)處理模塊是對采集的信號進(jìn)行處理,根據(jù)不同傳感器與測量參數(shù)之間的關(guān)系曲線,將原始信號通過相應(yīng)數(shù)據(jù)處理,還原發(fā)動機(jī)各個參數(shù)的實際物理量。

      數(shù)據(jù)傳輸模塊是將數(shù)據(jù)傳輸至相應(yīng)的顯示裝置、信息化系統(tǒng)和備份設(shè)備。以便各航電設(shè)備間進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)交互。

      電源模塊將飛機(jī)的供電電源進(jìn)行隔離、轉(zhuǎn)換、穩(wěn)壓、濾波后為各功能模塊提供穩(wěn)定的電源,保證系統(tǒng)能夠正常運行。

      殼體輕便耐用,可靠性高。使用密封圈進(jìn)行了防水處理,達(dá)到了IP67的防護(hù)等級。

      傳感器數(shù)據(jù)采集模塊依次與數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊相連,各模塊分別與電源模塊相連,各模塊放置在殼體內(nèi)。

      本發(fā)明作為一種通用的發(fā)動機(jī)參數(shù)采集裝置,本裝置可以支持的多種傳感器信號類型,這些傳感器類型有:熱敏電阻傳感器、熱電偶傳感器、壓力傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器。通過采集各種傳感器參數(shù),對不同特性的傳感器可以進(jìn)行配置,可對發(fā)動機(jī)的滑油壓力、發(fā)動機(jī)滑油溫度、汽缸頭溫度、燃油余量、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、旋翼轉(zhuǎn)速、排氣溫度、旋翼機(jī)轉(zhuǎn)軸溫度等系統(tǒng)的信號進(jìn)行采集。根據(jù)各個傳感器的特性,選擇不同的配置參數(shù)進(jìn)行計算,轉(zhuǎn)換為所需的實際溫度、壓力和轉(zhuǎn)速等信息。然后將采集到的數(shù)據(jù)再進(jìn)行濾波處理。并提供各個參數(shù)的告警功能。最終,通過標(biāo)準(zhǔn)RS-422串行接口以5Hz的速率與外部設(shè)備實現(xiàn)通信,能夠?qū)崟r的與綜合顯控裝置、信息化系統(tǒng)和備份設(shè)備等系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。

      發(fā)動機(jī)采集裝置需要采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、旋翼轉(zhuǎn)速、滑油溫度、汽缸頭溫度、旋翼頭溫度、滑油壓力、燃油余量和排氣溫度等參數(shù)信息。其接口關(guān)系如圖3所示。

      本發(fā)明運行的硬件平臺數(shù)據(jù)處理模塊為基于ARM架構(gòu)的Cortex-M3處理器,可用內(nèi)存為64KB的SRAM,程序存儲器為256KB的FLASH。

      采用16路12位模數(shù)轉(zhuǎn)換通道,采集的最小電壓為0.2mV,完全滿足傳感器數(shù)據(jù)的精度。

      殼體采用2A12-T4型號鋁合金制成。

      作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn),在軟件中加入告警判斷的功能,根據(jù)不同傳感器能夠設(shè)置不同的告警范圍,將處理以后的數(shù)據(jù)進(jìn)行范圍地判斷,給出告警提示。

      為了適應(yīng)不同的傳感器,本發(fā)明裝置還提供可配置傳感器的功能。能夠根據(jù)不同傳感器的特性,靈活配置傳感器的電阻、溫度和壓力等采集范圍和采集方式。其中溫度信號可以支持采集熱敏電阻信號和熱敏電阻信號。并且支持不同的電阻-溫度關(guān)系曲線。還可以根據(jù)不同的熱敏電阻信號范圍,對采集的熱敏電阻信號的量程進(jìn)行切換。能夠根據(jù)不同發(fā)動機(jī)和旋翼轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速比,適應(yīng)合適的轉(zhuǎn)速計算方法。具體的配置流程如圖4所示。

      通用的飛機(jī)發(fā)動機(jī)參數(shù)采集方法,包括下述步驟:

      1)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊分別通過壓力傳感器采集滑油壓力和燃油余量,通過熱敏電阻傳感器采集汽缸頭溫度、旋翼機(jī)轉(zhuǎn)軸溫度和發(fā)動機(jī)滑油溫度,通過熱電偶傳感器采集排氣溫度,通過轉(zhuǎn)速傳感器采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和旋翼轉(zhuǎn)速;

      2)前端信號調(diào)理單元將各個傳感器采集的信號進(jìn)行信號的采樣、放大、濾波、衰減、調(diào)制和幅頻變換后,經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換;

      3)數(shù)據(jù)處理單元將將各個傳感器采集的信號繪制為不同的特性曲線,見圖5(a)-(d)、圖6、圖7所示,并針對不同傳感器的特性,轉(zhuǎn)換為所需的實際溫度、壓力、轉(zhuǎn)速信息;

      4)數(shù)據(jù)處理模塊對各個不同傳感器設(shè)置不同的告警范圍,將處理以后的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷,如果數(shù)據(jù)超出規(guī)定的范圍,則將相應(yīng)的告警標(biāo)識位設(shè)置為告警狀態(tài);

      5)然后數(shù)據(jù)傳輸模塊將實際溫度、壓力和轉(zhuǎn)速信息傳輸至相應(yīng)的顯示裝置、信息化系統(tǒng)和備份設(shè)備,以便各航電設(shè)備間進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)交互。

      本發(fā)明軟件采集并處理發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、旋翼轉(zhuǎn)速、滑油溫度、兩路汽缸頭溫度、旋翼頭溫度、滑油壓力、燃油余量和兩路排氣溫度的數(shù)據(jù)。

      發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和旋翼轉(zhuǎn)速采用轉(zhuǎn)速傳感器,轉(zhuǎn)速傳感器的特性如圖5(a)-(d)。

      通過轉(zhuǎn)速傳感器采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和旋翼轉(zhuǎn)速,利用計數(shù)器法進(jìn)行頻率信號測量,每隔1000ms讀一次計數(shù)器值,得到原始頻率數(shù)據(jù),再根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和旋翼轉(zhuǎn)速的不同特性,處理得到實際的頻率信號;發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速采集信號-轉(zhuǎn)速關(guān)系:

      S=60*F

      其中,F(xiàn)為測得的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速脈沖頻率,Hz;S為實測的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,rpm。

      旋翼轉(zhuǎn)速采集信號-轉(zhuǎn)速關(guān)系:

      S’=60*F’/10

      其中,F(xiàn)’為測得的旋翼轉(zhuǎn)速脈沖頻率,Hz;S’為實測的旋翼轉(zhuǎn)速,rpm。

      通過熱敏電阻傳感器采集汽缸頭溫度時傳感器的電阻值,根據(jù)溫度-電阻的關(guān)系圖6得到汽缸頭溫度值,溫度-電阻的關(guān)系用公式表示:

      T=287.93556*0.999011R*R-0.2668335

      其中,R為測得的汽缸頭溫度時傳感器的電阻值,Ω;T為實測汽缸頭溫度值。

      通過熱敏電阻傳感器采集旋翼機(jī)轉(zhuǎn)軸和發(fā)動機(jī)滑油溫度時傳感器的電阻值,根據(jù)溫度-電阻的關(guān)系圖6得到旋翼頭溫度值和滑油溫度,溫度-電阻的關(guān)系用公式表示:

      T’=377.50126*0.99928994R’*R’-0.31087291

      其中,R’為測得的旋翼機(jī)轉(zhuǎn)軸或發(fā)動機(jī)滑油溫度時傳感器的電阻值,Ω;T’為實測旋翼機(jī)轉(zhuǎn)軸或發(fā)動機(jī)滑油溫度值,℃。

      通過壓力傳感器采集發(fā)動機(jī)的滑油壓力時的壓力傳感器電阻值,根據(jù)電阻和壓力的關(guān)系得到滑油壓力,滑油壓力的傳感器特性如圖7所示。其中電阻和壓力的關(guān)系符合RTD曲線,公式為:

      P=0.06666667*R”–2.26666667

      其中R”為測得的滑油壓力時的壓力傳感器的電阻值,Ω;P為實測滑油壓力值,psi。

      燃油余量的壓力傳感器特性中,通過壓力傳感器采集燃油余量時的壓力傳感器電阻值,根據(jù)電壓和燃油余量的關(guān)系通過下式表示:

      L=80*V/16

      其中V為測得的燃油余量時的壓力傳感器的電壓值,V;L為實測燃油余量,L。

      排氣溫度值為直接測得的K型熱電偶溫度值。

      本發(fā)明通過將采集到的原始數(shù)據(jù)通過以上處理,計算出實際的所表示的物理量,然后由濾波算法將數(shù)據(jù)做平滑處理,減少數(shù)據(jù)抖動。再根據(jù)每個傳感器和信號的特性,判斷數(shù)據(jù)是否在合理范圍內(nèi)。如果數(shù)據(jù)超出規(guī)定的范圍,則將相應(yīng)的告警標(biāo)識位設(shè)置為告警狀態(tài)。如果數(shù)據(jù)在規(guī)定的范圍,則設(shè)置告警狀態(tài)為正常,最后將數(shù)據(jù)組成一定的幀格式,通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。重復(fù)上述傳感器信號采集過程,告警功能流程圖如圖8所示。

      以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明,不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施方式僅限于此,對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下,還可以做出若干簡單的推演或替換,都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。

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