航空发动机地面便携式测试仪开发

论文摘要

在航空发动机外场试验中,常规的地面试车台往往体积庞大,携带不便,且发动机的剧烈振动常会引起试车台上的设备死机。为了降低地面测试系统的费用投入及复杂性,美国大力发展便携式外场测试技术。该技术的应用不仅提高了外场测试的准确性,减少了外场的错误拆卸,还大大降低了维护费用,大幅度降低了外场测试工作的劳动强度以及对外场操作人员的技术要求,经济效益非常明显。而在国内,便携式外场测试技术的应用还处于起步阶段,因此,大力开展便携式外场测试系统的研究与研制,辅助内场测试,以提高外场测试的效率和效能,是十分必要的。本文首先结合发动机主要技术参数要求以及测试系统设计需求,通过深入的系统调研,确定了以美国NI公司的CompactRIO嵌入式平台作为核心设备构建发动机外场测试系统。在完成传感器、数据采集设备、电源以及主控计算机选型的基础上,完成了测试系统硬件平台的组建。其次,在此基础上采用LabVIEW完成了发动机外场测试系统软件的开发,包括下位机(RT模块、FPGA模块)和上位机(PC机)程序的编写以及上、下位机实时通信的过程。最后,针对外场数据采集过程中存在的诸多干扰,为了更有效、最大可能地获取发动机信息,在现有测试系统硬件抑制干扰的基础上,结合Matlab中丰富的小波、小波包消噪函数,采用LabVIEW和Matlab混合编程的方法,从软件层面上抑制噪声干扰,取得了较好的效果。本文设计开发的航空发动机地面便携式测试系统先后通过实验室测试、某型发动机现场测试验证,其功能及技术性能均满足实际需求,并取得了良好的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的工程背景及意义
• 1.2 相关领域的国内外研究进展
• 1.2.1 航空发动机测试技术的国内外研究现状
• 1.2.2 航空发动机地面试车台自动测试系统关键技术
• 1.3 本文研究的目的
• 1.4 本文的主要工作
• 1.5 本章小结
• 第2章 测试系统总体设计
• 2.1 航空发动机整机试验简介
• 2.2 测试系统的基本设计原则
• 2.2.1 测试系统的设计需求
• 2.2.2 测试系统的功能需求
• 2.3 发动机主要测试参数及其精度要求
• 2.4 传感器的选择
• 2.4.1 发动机试验对传感器的要求
• 2.4.2 本测试系统传感器的选型
• 2.5 测试系统硬件平台的组建方案
• 2.5.1 CompactRIO 模块的选择
• 2.5.2 电源的选择
• 2.5.3 主控计算机的选择
• 2.5.4 测试系统的硬件连接及其工作流程
• 2.6 测试系统软件设计方案
• 2.7 本章小结
• 第3章 测试系统软件的开发
• 3.1 软件开发的原则
• 3.2 系统软件平台的选择
• 3.3 系统软件的开发
• 3.4 系统软件与控制器的配置以及项目浏览器的创建
• 3.4.1 设置硬件
• 3.4.2 安装软件和控制器配置
• 3.4.3 项目浏览器的创建
• 3.5 FPGA 程序的开发
• 3.5.1 FPGA 简介
• 3.5.2 FPGA 程序的编写
• 3.5.3 FPGA 程序的调试及编译
• 3.6 RT 程序的开发
• 3.6.1 RT 程序总框架的编写
• 3.6.2 RT 程序中实时控制器与FPGA 模块通信的程序编写
• 3.6.3 RT 程序中实时控制器与PC 机通信的程序编写
• 3.6.4 RT 程序生成EXE 文件
• 3.7 PC 程序的开发
• 3.8 本章小结
• 第4章 测试系统网络通讯的设计
• 4.1 TCP/IP 协议简介
• 4.2 TCP 协议在COMPACTRIO 测试系统中的应用
• 4.2.1 发送Meta Data 与读取Meta Data
• 4.2.2 发送数据包与读取数据包
• 4.3 UDP 协议在COMPACTRIO 测试系统中的应用
• 4.4 本章小结
• 第5章 信号采集抗干扰技术的研究
• 5.1 硬件抑制噪声
• 5.2 软件抑制噪声
• 5.2.1 Matlab 小波变换与信号降噪
• 5.2.2 Matlab 小波包变换与信号降噪
• 5.2.3 LabVIEW、Matlab 混合编程与信号降噪
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文