基于无人机搭载平台的涡喷发动机容错试验系统及方法技术方案

公开了一种基于无人机搭载平台的涡喷发动机容错试验系统及方法，试验系统中，无人机搭载平台基于飞行指令执行预定飞行状态；涡喷发动机支承于无人机搭载平台，涡喷发动机具有多个传感器；电子控制器连接涡喷发动机以执行发动机控制指令以控制涡喷发动机，传感器输出传感器信号；故障注入装置连接电子控制器，故障注入装置基于传感器信号执行故障注入；数据采集装置连接涡喷发动机和故障注入装置，以采集传感器信号和故障注入后的故障信号；地面站无线连接无人机搭载平台、电子控制器和数据采集装置，上位机连接遥控接收机，上位机设定容错验证试验参数，接收测试数据。

【技术实现步骤摘要】
基于无人机搭载平台的涡喷发动机容错试验系统及方法
本专利技术涉及航空发动机控制
，特别是一种基于无人机搭载平台的涡喷发动机容错试验系统及方法。
技术介绍
控制系统是发动机的“神经中枢”，其任务可靠性与安全性是发动机的生命。容错控制是控制系统的“重要使命”，是保障发动机安全高效运行的核心技术。容错性是美军军标控制系统的首要要求，也是民用适航规范控制系统的主要内容。开展容错验证试验是检验容错控制方法有效性的重要途经。目前在航空发动机控制系统的容错试验中，一般包含四个层次的试验，分别是控制器在回路故障模拟试验——半物理故障模拟试验——地面试车——高空台试车。在原有的试验体系下，高空台试车能够较为准确的模拟出真实的飞行环境，是容错控制试验的重要形式。但是，由于故障模拟存在风险，且高空台试车成本较高，因此，很难开展系统性容错试验，而且模拟的环境与发动机在高空的环境总是存在差距，使得该项试验花费大，收益小，难以满足容错验证的要求。
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于无人机搭载平台的涡喷发动机容错试验系统及方法，实现低成本、真实试验环境的容错控制验证，提高验证的有效性。本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现。一种基于无人机搭载平台的涡喷发动机容错试验系统包括，无人机搭载平台，其基于飞行指令执行预定飞行状态；涡喷发动机，其支承于所述无人机搭载平台，所述涡喷发动机具有多个传感器；电子控制器，其连接所述涡喷发动机以执行发动机控制指令以控制所述涡喷发动机，所述传感器输出传感器信号；故障注入装置，其连接所述电子控制器，所述故障注入装置基于所述传感器信号执行故障注入；数据采集装置，其连接所述涡喷发动机和故障注入装置，以采集所述传感器信号和故障注入的故障信号；地面站，其无线连接所述无人机搭载平台、电子控制器和数据采集装置，所述地面站包括，遥控接收机，其发送所述飞行指令和发动机控制指令，以及接收所述数据采集装置采集的传感器信号和故障信号，上位机，其连接所述遥控接收机，所述上位机设定容错验证试验参数，接收测试数据。所述的一种基于无人机搭载平台的涡喷发动机容错试验系统中，所述无人机搭载平台包括无人机、接收飞行指令的通信单元、控制器模块和测量外界环境参数的测量模块，所述控制器模块基于飞行指令控制所述无人机执行预定飞行状态，所述预定飞行状态包括在预定飞行高度和预定飞行速度飞行执行预定飞行姿态。所述的一种基于无人机搭载平台的涡喷发动机容错试验系统中，所述无人机搭载平台还包括用于提供辅助推力输出的驱动模块和提供电能的电源模块，所述无人机为固定翼无人机，所述测量模块包括IMU传感器、空速管、磁罗盘和GPS模块，所述驱动模块包括第一辅助动力电机和第二辅助动力电机，所述控制器模块连接前起落架转向舵机、左副翼舵机、右副翼舵机、平尾升降舵舵机、第一垂尾方向舵舵机和第二垂尾方向舵舵机。所述的一种基于无人机搭载平台的涡喷发动机容错试验系统中，所述涡喷发动机包括发动机本体、起动电机、电子调速器、油泵电机、油泵和电源，所述传感器包括用于测量涡喷发动机进气总温和涡轮后排气温度的温度传感器、测量涡喷发动机进气总压和压气机后总压的压力传感器、测量涡喷发动机涡轮转速的转速传感器。所述的一种基于无人机搭载平台的涡喷发动机容错试验系统中，电子控制器包括嵌入式处理器、IO接口、RS422串口、PWM接口、油门杆接收模块、监测信号发送模块和通信单元，通信单元接收无人机地面站传来的油门杆控制指令传输给油门杆接收模块，嵌入式处理器生成并输出供油信号，经PWM接口传给所述涡喷发动机，嵌入式处理器IO接口和RS422串口接收所述故障注入装置注入故障的传感器信号，所述监测信号发送模块无线连接所述地面站。所述的一种基于无人机搭载平台的涡喷发动机容错试验系统中，电子控制器基于油门杆控制信号输出燃油流量信号并控制所述涡喷发动机，所述传感器输出传感器信号。所述的一种基于无人机搭载平台的涡喷发动机容错试验系统中，所述的故障注入装置包括断点类故障注入装置和漂移类故障注入装置。一种利用所述的一种基于无人机搭载平台的涡喷发动机容错试验系统的试验方法包括以下步骤，第一步骤，涡喷发动机搭载于无人机搭载平台，地面站发送所述飞行指令到无人机和发送发动机控制指令到电子控制器，在地面起动涡喷发动机，调节油门杆使其处于慢车状态；第二步骤，无人机搭载平台基于飞行指令执行预定飞行状态，到达目标高度和目标马赫数，电子控制器执行发动机控制指令以控制所述涡喷发动机，所述传感器输出传感器信号；第三步骤，故障注入装置基于所述传感器信号执行故障注入，数据采集装置以采集所述传感器信号和故障注入的故障信号，地面站上位机接收基于所述传感器信号和故障信号以及电子控制器发出的监测控制信号对控制品质和容错指标参数进行监测。所述的试验方法中，第一步骤中，将通过在回路仿真容错测试和地面试车容错测试的控制器代码下载到所述电子控制器，通过地面站上位机发出点火指令，在起动机的配合下完成涡喷发动机起动，调节油门杆角度使处于慢车状态；第二步骤中，通过地面站上位机设定目标高度和目标马赫数，控制无人机搭载平台飞行到设定的目标高度和目标马赫数；第三步骤中，按照地面站上位机设定的飞行场景，同步设定目标高度和马赫数，控制无人机飞行以及设定故障注入模式，其包括单一电子/电气故障和两两组合电子/电气故障，数据采集装置采集发动机转速、压力、温度传感器信号和故障注入后的转速、压力、温度传感器信号传回地面站；控制器将容错指标参数传回地面站，所述容错指标包括喘振裕度、超温、超转指标和推力降级指标。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术能够实现重要故障的连续自动模拟，实现高空环境容错方法的有效验证，获得的验证效果优于高空台试车，且成本远低于高空台试车。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够使得本专利技术的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本专利技术的具体实施方式进行举例说明。附图说明通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本专利技术各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：图1是根据本专利技术一个实施例的一种基于无人机搭载平台的涡喷发动机容错试验系统的结构示意图。以下结合附图和实施例对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无人机搭载平台的涡喷发动机容错试验系统，其特征在于，其包括，/n无人机搭载平台，其基于飞行指令执行预定飞行状态；/n涡喷发动机，其支承于所述无人机搭载平台，所述涡喷发动机具有多个传感器；/n电子控制器，其连接所述涡喷发动机以执行发动机控制指令以控制所述涡喷发动机，所述传感器输出传感器信号；/n故障注入装置，其连接所述电子控制器，所述故障注入装置基于所述传感器信号执行故障注入；/n数据采集装置，其连接所述涡喷发动机和故障注入装置，以采集所述传感器信号和故障注入的故障信号；/n地面站，其无线连接所述无人机搭载平台、电子控制器和数据采集装置，所述地面站包括，/n遥控接收机，其发送所述飞行指令和发动机控制指令，以及接收所述数据采集装置采集的传感器信号和故障信号，/n上位机，其连接所述遥控接收机，所述上位机设定容错验证试验参数，接收测试数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机搭载平台的涡喷发动机容错试验系统，其特征在于，其包括，
无人机搭载平台，其基于飞行指令执行预定飞行状态；
涡喷发动机，其支承于所述无人机搭载平台，所述涡喷发动机具有多个传感器；
电子控制器，其连接所述涡喷发动机以执行发动机控制指令以控制所述涡喷发动机，所述传感器输出传感器信号；
故障注入装置，其连接所述电子控制器，所述故障注入装置基于所述传感器信号执行故障注入；
数据采集装置，其连接所述涡喷发动机和故障注入装置，以采集所述传感器信号和故障注入的故障信号；
地面站，其无线连接所述无人机搭载平台、电子控制器和数据采集装置，所述地面站包括，
遥控接收机，其发送所述飞行指令和发动机控制指令，以及接收所述数据采集装置采集的传感器信号和故障信号，
上位机，其连接所述遥控接收机，所述上位机设定容错验证试验参数，接收测试数据。


2.如权利要求1所述的一种基于无人机搭载平台的涡喷发动机容错试验系统，其中，优选的，所述无人机搭载平台包括无人机、接收飞行指令的通信单元、控制器模块和测量外界环境参数的测量模块，所述控制器模块基于飞行指令控制所述无人机执行预定飞行状态，所述预定飞行状态包括在预定飞行高度和预定飞行速度飞行执行预定飞行姿态。


3.如权利要求2所述的一种基于无人机搭载平台的涡喷发动机容错试验系统，其中，所述无人机搭载平台还包括用于提供辅助推力输出的驱动模块和提供电能的电源模块，所述无人机为固定翼无人机，所述测量模块包括IMU传感器、空速管、磁罗盘和GPS模块，所述驱动模块包括第一辅助动力电机和第二辅助动力电机，所述控制器模块连接前起落架转向舵机、左副翼舵机、右副翼舵机、平尾升降舵舵机、第一垂尾方向舵舵机和第二垂尾方向舵舵机。


4.如权利要求1所述的一种基于无人机搭载平台的涡喷发动机容错试验系统，其中，所述涡喷发动机包括发动机本体、起动电机、电子调速器、油泵电机、油泵和电源，所述传感器包括用于测量涡喷发动机进气总温和涡轮后排气温度的温度传感器、测量涡喷发动机进气总压和压气机后总压的压力传感器、测量涡喷发动机涡轮转速的转速传感器。


5.如权利要求1所述的一种基于无人机搭载平台的涡喷发动机容错试验系统，其中，电子控制器包括嵌入式处理器、IO接口、RS422串口、PWM接口、油门杆接...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，耿佳，刘金鑫，刘一龙，张兴武，杨志勃，宋志平，陈雪峰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61