基于航空发电机测试系统设计与实现

贾康乐

基于航空发电机测试系统设计与实现

贾康乐

（中航工业南航（深圳）测控技术有限公司，广东 深圳 518000）

测试系统是根据航空发电机检验的需要而设计的，对其中一种航空发电机测试系统进行了介绍，在这个系统当中包含航空发电机测试台和数据检测系统。通过航空发电机结构设计、测试台硬件设计、软件设计及数据检测系统进行的过程有数据采集、数据记录、状态检测和故障诊断，应用模拟和虚拟设备，取代传统的观察测试方式，提高了测试精度和效率。

航空发电机；测试台；测试系统；电磁能

1 航空发电机测试台及系统

1.1 航空发电机介绍

航空发电机是一种由发动机驱动的将机械能转化为电磁能的机械装置。飞机供电系统是飞机的重要组成部分，飞机的发电系统指电能的产生、控制、变化和装配。发电机的作用在飞机的启动和运行当中有重要地位，可保证安全飞行和各种运输任务的完成。航空发电机由直流启动发动机、交流发电机和辅助系统发电机构成。航空电气系统主要由直流和交流两种电路网构成，在这个系统中提供电能的主要为交流发电机，从而为整个电气系统的稳定运行提供保障[1]。

1.2 航空发电机测试台结构设计

航空发电机测试台的主要任务是检测发电机的各项功能和检测是否存在故障，并对故障进行分析和判断。本文介绍的测试系统的主要思路是将传统的测试台与处理信息数据系统结合起来，再运用更加直观的虚拟模拟方式，将航空发电机的性能与故障检测合为一体地表达出来，提高整体效率，缩短工作时间，这具有一定的运用空间。启动发电机测试台的电气系统主要由以下部件构成：①220 V的电源。其主要职能是为系统提供源源不断的电能。②三项异步驱动电机。其主要职能为变频调速，并且为发动机提供充足的动力。③变速箱。其主要职能为根据QF-6部件发电的需求，对驱动电机的转速输出进行调节，使其符合预定值的要求。④联轴器。主要职能为实现电机与增速箱之间的连接。⑤发电机。主要功能为提供电能，且其功能主要由QF－6部件来实现。⑥电压调节器。为系统输出持续、稳定的电压。⑦转速表、转速传感器、电压表、电流表等参数采集及显示部件。⑧配电箱。主要职能为分线与集线，实现系统的科学布线。⑨控制面板。主要实现对系统的控制。

在该处实验台上，还应该具有过载保护装置以及急停保护等方面的功能，防止被测设备受到损坏。航空发电机测试台外观设计效果如图1所示。

图1 航空发电机测试台

1.3 系统概述

航空发电机测试系统是一个集成系统，能够实现多种功能，例如数据采集、记录、系统状态监测以及故障诊断等多项功能。测试台测试出的数据通过模块化系统进行处理和分析，得出结论，再人为进行数据的定向变化，改变测试台中发电机的各种可调参数，使得出的结论和结果更具有普遍性，再由虚拟技术输入各种参数，模拟发电机的运行过程，观察得出是否具有故障。测试台的作用是采集和记录数据，其他控制功能由虚拟设备来实现。

2 系统硬件软件设计的实现

2.1 系统的硬件设计方案

航空发电机测试系统的硬件设计包括测试台的硬件设计和将虚拟设备与测试台结合起来的模块化控制硬件设计。

2.1.1 测试台的硬件设计

航空发电机测试台的作用是直接与航空发电机相连，使之记录发电机在运行过程中的所有参数。测试台的研发设计主要是通过接收数据模块的更新来提高整个测试台的效率。测试台的模块功能有记录数据、采集数据、存储数据。这三个功能分别对应的硬件设计是单片机、收发器和记录模块。

2.1.2 虚拟设备硬件设计

虚拟设备的应用是指通过显示面板、信号传输电路和参数修改设备来直观表达和修改发电机参数，模拟发电机运行过程，达到预期目的。硬件设计包括电路设计、设备操控设计、虚拟设备和显示面板的连接设计。虚拟设备的终端是电脑，所以显示面板由电脑代替。可以将收集的数据通过传输设备导入电脑，再通过电脑中的虚拟软件将通信模块中的数据进行模拟，模拟出的发动机运行过程和结果再通过显示器显示出来，达到虚拟模拟的目的。

2.2 软件设计

软件设计采用了LabVIEW自带的信号处理VI，对示波界面、权限管理等子VI进行了编程，对采样频率、阶数以及带通滤波截止频率设置为输入模式，使用人员可以根据测试对象不同进行配置，并对位移、速度的最大值以及峰值进行数值显示，结合示波曲线可以更加直观地了解实时的振动数据。

2.3 航空发电机测试系统的运行过程

航空发电机测试系统研发的目的是通过将测试台技术与虚拟模拟技术结合起来，不仅达到模拟发电机运行过程的目的，而且还可以通过改变参数来获取更多对于发电机本身更有研究价值的数据。

2.3.1 数据的获取和存储

发电机的各项数据和指标通过发电机与测试台的直接接触，通过物理传输，获得发电机的各项基本数据。其中运用的各种技术大多来自于发电机测试台。其中，交流电子负载系统的应用起到了重要作用。通过利用单片机和其他设备零件，更加突出了交流电子负载系统的特点，直接获取功率等关于发电机的数据，这样可以加快检测进度。

2.3.2 数据传输

数据传输的对象通常是测试台和计算机。将测试台得到的基础数据通过通信模块传输到计算机中，在这个过程中，测试台将交流电子负载系统得到的数据和先前存储的数据统一通过通信模块传输到计算机中。

2.3.3 模拟分析

当计算机收到检测台传输来的各项数据指标之后，可以通过配套的虚拟系统更改数据和模拟分析。在计算机中可以模拟发动机的形态和运行过程。改变参数的方式有两种：①数字输入。直接在计算机上改变参数，但这种方式无法使发电机的状态发生变化，容易造成误差。②通过接入负载控制箱来控制发电机的运转，这样更加实际，使发电机的安全有保证。

2.3.4 整合数据

在检测过程结束后得到实验数据，将数据整合起来，可以在得到结果之后，选择几组方便操作的数据通过传统方式检测，以免出现较大误差，防止出现意外。

3 系统特点及其他方面介绍

3.1 航空发电机测试系统的特点分析

3.1.1 数据处理和收集高效性

本系统采用的数据收集和分析处理方式属于更偏于数字化采集特点的方式，使数据采集和分析的过程减少了人为的干预，也在人工环节减少了一定的误差，避免了人力对普通机械的利用，在一定程度上提高了分析效率。

3.1.2 各模块分工明确

此系统的设计在不同的过程中都采用了独立的运算系统和机械系统，虽然数据的获取和处理更加数字化，但是设计的思路非常明确，各模块和检测台的分工明确，使各个分开系统的工作效率大大提高。独立的模块减少了犯错的概率，这样也是减少误差的方法。

3.1.3 更为直观

本系统采用的虚拟模拟系统不单单是从数字方面来模拟发电机的运行，更从机械设计的角度进行了模拟。无论是体现外形还是内部的动力结构，系统都可以通过视觉效果来更为直观地向工作人员展示。这样更加体现了高效性和误差少的特点。希望这种虚拟方式与机械的结合可使传统测量测试方案得到提升，单单靠人力测量的方式费时费力，同时，使整套系统的数据更加可靠，也更具有利用价值[2]。

3.2 系统的其他方面分析

3.2.1 误差分析

整个系统每个环节都体现了减少误差的特点，但误差无法彻底消除，这就要求工作人员在数据收集和分析结束后，再取几组数据应用在发电机上，以免出现意外和故障。

3.2.2 外界因素分析

由于机器的庞大和发动机测试系统的设备复杂、数量较多，通常无法为系统创造独立的工作环境进行无干扰检测任务。干扰包括很多形式，通常是通过声音来传递的，包括环境噪声、供电系统、光线、放电、射线辐射等的干扰，这些干扰不单会影响数据，还会对发电机和检测设备造成损坏。

4 结束语

综上所述，此航空发电机检测系统的研发提出了很多创新建议，不仅解决了传统检测手段中存在的误差和效率问题，还结合了当下最先进的虚拟模拟方式，体现了检测结果，相比于数字检测更为直观，体现了数字处理的高效性、便捷性，也体现了虚拟模拟的直观表现性。此系统还考虑到机械设计的突破，比如零件的轻便性和抗干扰性，体现了创新性。

［1］刘育.航空发电机试验台的设计及应用［J］.内江科技，2016，37（10）：42-44.

［2］王洪波.航空发电机综合测试系统的研发［D］.西安：西安科技大学，2008.

V242

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.13.058

2095－6835（2019）13－0133－02

〔编辑：张思楠〕