航空发动机试车台自动推力加载和校准系统及自动控制方法技术方案

本发明专利技术涉及航空发动机试车台台架加载及校准技术，尤其涉及一种航空发动机试车台自动推力加载和校准系统及自动控制方法；解决了目前加载及校准装置存在准确性和稳定性差，推力测量精度差的技术难题；本发明专利技术所述系统由上位机,交换机,控制器及采集组件,力工作传感器,力校准传感器,加载力传感器,压电陶瓷组件,涡轮蜗杆减速箱，伺服电机，加载轴和动架组成，该系统提高了加载系统的稳定性及测试结果的精确性，推力测量精度提高，不存在液压系统中泄漏和空气降低推力测量的准确性和稳定性的问题，同时克服了杠杆法中杠杆机械变形带来的误差导致准确性和稳定性差的问题，工作效率得到提高，减少了劳动强度。

Automatic thrust loading and calibration system and automatic control method for aeroengine test bed

【技术实现步骤摘要】
航空发动机试车台自动推力加载和校准系统及自动控制方法
本专利技术涉及航空发动机试车台台架加载及校准技术，尤其涉及一种航空发动机试车台自动推力加载和校准系统及自动控制方法。
技术介绍
目前，对于航空发动机试车台台架加载及校准技术中常采用杠杆推力加载及校准系统，具体过程为提供一个标准力源对工作推力传感器进行静态校准，在试验过程中对推力测量台架施加一定的预载，该系统通过标准砝码进行加载，然后通过机械杠杆进行放大后作为加载的标准力值，砝码作为校准力加在杠杆的一端，通过杠杆作用，将杠杆另一端的力传到测力传感器，该方法受周围环境的限制，并且杠杆臂长不可能很长，造成了在校准过程中需要搬运大量砝码使人的劳动强度增加的问题，并且在安装后，加载推力的方向和工作传感器不在一个中心线上，会出现一定的偏差，加载过程中杠杆有一定的机械变形，降低了发动机推力测量的准确性和正确性。现有技术中还存在另一种采用液压加载及校准系统，采用液压加载及校准系统，克服了杠杆法中杠杆机械变形带来的误差，提高了校准力的放大倍数，推力校准时，校准传感器安装在平行于发动机轴线的试车台动架上，加载器所加的推力通过校准传感器经动架把力传到工作传感器，从校准传感器测得加载推力，从工作传感器测得测量推力，经重复加载，通过测量推力和校准力比较，拟合成校准曲线，并获得校准关系式。由于液压系统有一定的泄漏和空气，从而造成压力波动和下降，降低了推力测量的准确性和稳定性。因此，现有技术中的加载及校准装置存在准确性和稳定性差，推力测量精度差的问题。专利
技术实现思路
本专利技术针对现有的自动推力加载和校准系统存在的上述不足，提供了一种航空发动机试车台自动推力加载和校准系统及自动化控制方法，该航空发动机试车台自动推力加载和校准系统解决了目前加载及校准装置存在准确性和稳定性差，推力测量精度差的技术难题。为了达到上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种航空发动机试车台推力加载和校准系统，包括控制器及采集组件、力工作传感器、力校准传感器、加载力传感器、压电陶瓷组件、涡轮蜗杆减速箱及伺服电机；所述的控制器及采集组件用于完成对伺服电机和压电陶瓷组件的控制，以及对力工作传感器、力校准传感器和加载力传感器的采集；所述的力工作传感器用于测量发动机推力，校准时产生被校准力值；所述的力校准传感器用于校准台架时产生标准力值；所述的加载力传感器用于显示加载力，和标准传感器进行对比来修正加载力；所述的压电陶瓷组件用于精加载；所述的涡轮蜗杆减速箱用于降低传动轴转速，将旋转运动转化为直线运动；所述的伺服电机用于粗加载。进一步地，所述的加载和校准系统还包括上位机和交换机；所述的上位机用于加载数据的输入及显示，用于力工作传感器和力校准传感器的数据的自动录入以及校准曲线的自动生成和存储；所述的交换机用于网络数据的传输。进一步地，所述的加载和校准系统还包括加载轴、动架和导向座；进一步地，所述的加载轴用于将加载推力传递到力校准传感器和加载力传感器；所述的动架用于接受力校准传感器的压力,并将其传递至力工作传感器,同时用于安装发动机；所述的导向座用于加载轴移动导向。进一步地，所述的涡轮涡杆减速箱由轴承、壳体、涡杆及涡轮组成，所述的轴承和壳体支撑蜗杆及涡轮。上述航空发动机试车台推力加载和校准系统进行的试车台自动控制方法，步骤如下：步骤1)：通过上位机进行加载、校准、卸载功能任务选择；步骤2)：在加载控制任务时,上位机通过交换机将命令发送给控制器及采集组件,控制器及采集组件以压力值进行控制；步骤3)：控制器及采集组件通过改变伺服电机的电流先进行粗加载，然后通过改变压电陶瓷组件的电压进行精加载；步骤4)：同时将加载力传感器、力校准传感和力工作传感器测量的数值发送至上位机；步骤5)：控制器及采集组件将加载力传感器显示的加载力值和校准传感器显示的加载力值相比较，多次重复步骤2)～步骤4)，拟合出加载力传感器显示的加载力值和校准传感器显示的加载力值之间的线性关系，从而得出系数进行补偿；步骤6)：上位机完成数据记录和传输工作,加载功能结束；步骤7)：校准任务时，在上位机上输入校准的量程、校准的点数，上位机通过交换机将校准的量程、校准的点数的数值发送到控制器及采集组件上；步骤8)：控制器及采集组件根据校准的总量程和校准点数计算出每个点需要给定的推力值大小,然后进入第一个点的控制程序；步骤9)：控制器及采集组件将计算出来的第1,··…n点的推力值换算成电流值及电压值,驱动伺服电机运动及压电陶瓷组件动作，进行系统加载,将力传递到力校准传感器上,力校准传感器将得到的推力值反馈给上位机；步骤10)：上位机通过网络的方式传递给控制器及采集组件,控制器及采集组件将计算出来的推力值和反馈得到的推力值相比较,利用最小二乘法拟合，通过输入系数,最终保证力校准传感器得到的推力值与计算出来的第1点的推力值一致；步骤11)：判断系统稳定后,上位机进行稳态记录,即记录校准传感器的反馈推力值和工作传感器的反馈推力值；步骤12)：上位机发送该点完成指令给控制器及采集组件,重复步骤9)～步骤11)；步骤13)：在完成所有校准点的控制、记录任务后,结束校准任务；步骤14)：在卸载任务时,卸载指令通过上位机发送给控制器及采集组件；步骤15)：控制器及采集组件改变伺服电机电流及方向，同时改变压电陶瓷组件电压，从而使系统恢复初始状态。进一步地，所述的步骤5)中拟合出加载力传感器显示的加载力值和校准传感器显示的加载力值之间的线性关系时采用的是最小二乘法。进一步地，所述的步骤11)中通过控制器及采集组件根据力校准传感器和力工作传感器的反馈推力值来判断系统稳定。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术提供的航空发动机试车台自动推力加载和校准系统安装在航空发动机试车台上，提高了加载系统的稳定性及测试结果的精确性，推力测量精度提高，不存在液压系统中泄漏和空气，从而造成压力波动和下降，降低了推力测量的准确性和稳定性的问题，同时克服了杠杆法中杠杆机械变形带来的误差导致准确性和稳定性差的问题。2、采用本专利技术提供的航空发动机试车台自动推力加载和校准系统进行的自动化控制方法的工作效率得到提高，减少了劳动强度。附图说明图1为本专利技术实施例提供的航空发动机试车台自动推力加载和校准系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的航空发动机试车台自动推力加载和校准系统中的涡轮蜗杆减速箱8的结构示意图；1-上位机、2-交换机、3-控制器及采集组件、4-力工作传感器、5-力校准传感器、6-加载力传感器、7-压电陶瓷组件、8-涡轮蜗杆减速箱、8-1-轴承、8-2-壳体、8-3-蜗杆、8-4-涡轮、9-伺服电机、10-加载轴、11-动架、12-导向座。具体实施方式...

【技术保护点】
1.一种航空发动机试车台推力加载和校准系统，其特征在于：所述的加载和校准系统包括控制器及采集组件(3)、力工作传感器(4)、力校准传感器(5)、加载力传感器(6)、压电陶瓷组件(7)、涡轮蜗杆减速箱(8)及伺服电机(9)；/n所述的控制器及采集组件(3)用于完成对伺服电机(9)和压电陶瓷组件(7)的控制，以及对力工作传感器(4)、力校准传感器(5)和加载力传感器(6)的采集；/n所述的力工作传感器(4)用于测量发动机推力，校准时产生被校准力值；/n所述的力校准传感器(5)用于校准台架时产生标准力值；/n所述的加载力传感器(6)用于显示加载力，和标准传感器进行对比来修正加载力；/n所述的压电陶瓷组件(7)用于精加载；/n所述的涡轮蜗杆减速箱(8)用于降低传动轴转速，将旋转运动转化为直线运动；/n所述的伺服电机(9)用于粗加载。/n

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机试车台推力加载和校准系统，其特征在于：所述的加载和校准系统包括控制器及采集组件(3)、力工作传感器(4)、力校准传感器(5)、加载力传感器(6)、压电陶瓷组件(7)、涡轮蜗杆减速箱(8)及伺服电机(9)；
所述的控制器及采集组件(3)用于完成对伺服电机(9)和压电陶瓷组件(7)的控制，以及对力工作传感器(4)、力校准传感器(5)和加载力传感器(6)的采集；
所述的力工作传感器(4)用于测量发动机推力，校准时产生被校准力值；
所述的力校准传感器(5)用于校准台架时产生标准力值；
所述的加载力传感器(6)用于显示加载力，和标准传感器进行对比来修正加载力；
所述的压电陶瓷组件(7)用于精加载；
所述的涡轮蜗杆减速箱(8)用于降低传动轴转速，将旋转运动转化为直线运动；
所述的伺服电机(9)用于粗加载。


2.根据权利要求1所述的航空发动机试车台推力加载和校准系统，其特征在于：所述的加载和校准系统还包括上位机(1)和交换机(2)；
所述的上位机(1)用于加载数据的输入及显示，用于力工作传感器(4)和力校准传感器(5)的数据的自动录入以及校准曲线的自动生成和存储；
所述的交换机(2)用于网络数据的传输。


3.根据权利要求1所述的航空发动机试车台推力加载和校准系统，其特征在于：所述的加载和校准系统还包括加载轴(10)、动架(11)和导向座(12)；
所述的加载轴(10)用于将加载推力传递到力校准传感器(5)和加载力传感器(6)；
所述的动架(11)用于接受力校准传感器(5)的压力,并将其传递至力工作传感器(4),同时用于安装发动机；
所述的导向座(12)用于加载轴(10)移动导向。


4.根据权利要求1所述的航空发动机试车台推力加载和校准系统，其特征在于：所述的涡轮涡杆减速箱(8)由轴承(8-1)、壳体(8-2)、涡杆(8-3)及涡轮(8-4)组成，所述的轴承(8-1)和壳体(8-2)支撑蜗杆(8-3)及涡轮(8-4)。


5.一种使用如权利要求1-4任一项所述的航空发动机试车台推力加载和校准系统进行的试车台自动控制方法，其特征在于：所述的试车台自动控制方法的步骤如下：
步骤1)：通过上位机(1)进行加载、校准、卸载功能任务选择；
步骤2)：在加载控制任务时,上位机(1)通过交换机(2)将命令发送给控制器及采集组件(3),控制器及采集组件(3)以压力值进行控制；
步骤3)：控制器及采集组件(3)通...

【专利技术属性】
技术研发人员：李富才，阮昌龙，王月，李庆海，郭玉超，孙为全，李德彬，于磊辉，王勋，
申请(专利权)人：青岛航空技术研究院中国科学院工程热物理研究所青岛研究中心，中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37