直升機(jī)液壓附件綜合測(cè)試系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究

王秀霞，劉書(shū)巖，劉湘一，胡國(guó)才，王允良

(海軍航空工程學(xué)院飛行器工程系，山東煙臺(tái) 264001)

直升機(jī)液壓附件綜合測(cè)試系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究

王秀霞，劉書(shū)巖，劉湘一，胡國(guó)才，王允良

(海軍航空工程學(xué)院飛行器工程系，山東煙臺(tái) 264001)

直升機(jī)液壓附件綜合測(cè)試系統(tǒng)的總體要求是提高可靠性，提高測(cè)試精度及綜合化自動(dòng)化水平。測(cè)試系統(tǒng)的液壓管路系統(tǒng)通過(guò)油液污染控制與管理，可以保證可靠性和延長(zhǎng)使用壽命?；贚abWindows/CVI的虛擬儀器技術(shù)和PLC技術(shù)的應(yīng)用以及多線(xiàn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)、傳感器技術(shù)的應(yīng)用，可以提高綜合測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試精度和自動(dòng)化水平。

直升機(jī)液壓附件;綜合測(cè)試系統(tǒng);虛擬儀器;污染控制;PLC

直升機(jī)液壓附件的種類(lèi)和數(shù)量多、配合精密、性能指標(biāo)要求比較高，但是由于各種原因，直升機(jī)液壓系統(tǒng)附件的生產(chǎn)廠家比較分散，沒(méi)有為其附件產(chǎn)品給用戶(hù)配備相應(yīng)的測(cè)試設(shè)備，目前使用的通過(guò)各種渠徑研制的液壓附件測(cè)試設(shè)備可靠性、綜合化、自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，面臨技術(shù)改進(jìn)與更新?lián)Q代。根據(jù)直升機(jī)的技術(shù)支援需求以及機(jī)務(wù)保障要求，研制直升機(jī)液壓附件綜合測(cè)試系統(tǒng)，可以提高直升機(jī)的機(jī)務(wù)保障能力和保障水平。為提高或保證液壓附件綜合測(cè)試系統(tǒng)的可靠性和使用壽命，在系統(tǒng)的研制中實(shí)現(xiàn)液壓油液污染綜合控制與管理?；贚abWindows/CVI的虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用、PLC技術(shù)的應(yīng)用以及多線(xiàn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)的應(yīng)用，提高了綜合測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試精度和自動(dòng)化水平。

1 液壓油液污染綜合控制與管理技術(shù)

1.1 污染度控制

國(guó)內(nèi)、外大量研究證明:工作介質(zhì)的污染度對(duì)液壓附件的可靠性及工作性能有很大影響，對(duì)助力操縱系統(tǒng)附件、自動(dòng)駕駛儀舵機(jī)的可靠性影響最大。伺服控制的換向閥是對(duì)污染物最敏感的元件。液壓附件綜合測(cè)試系統(tǒng)作為液壓試驗(yàn)設(shè)備，特別含有精密液壓控制元件，用來(lái)考核各種被試附件的性能，首先要保證系統(tǒng)提供盡可能干凈的液壓油，采取各種措施降低油液的污染度。除了設(shè)計(jì)階段提高選用元件或回路的耐污染水平、制造階段重視元件零件的清洗等措施外，過(guò)濾技術(shù)是污染控制最重要的一環(huán)。

在測(cè)試系統(tǒng)液壓管路系統(tǒng)主供油泵和輔助泵的吸油口、油箱出油口安裝吸油過(guò)濾器，過(guò)濾精度80 μm，用以保護(hù)油泵，避免其吸入較大的機(jī)械雜質(zhì)，該吸油過(guò)濾器的通油能力大而阻力小。在主供油路的回油路和輔助回油路上、在油箱回油口上裝有自封式回油過(guò)濾器，截獲回路中因元件磨損或外界侵入的污染物，提高整個(gè)系統(tǒng)的清潔度，過(guò)濾精度20μm。該過(guò)濾器上裝有污染信號(hào)發(fā)訊器，通過(guò)PLC傳輸信號(hào)，在液壓操作控制臺(tái)上設(shè)有污染報(bào)警顯示。在油泵出口安裝了一組過(guò)濾精度10μm的高壓過(guò)濾器。壓力管路上安裝過(guò)濾器防止泵磨損下來(lái)的顆粒進(jìn)入系統(tǒng)，當(dāng)泵嚴(yán)重?fù)p壞失效時(shí)，截獲碎片防止下級(jí)系統(tǒng)發(fā)生故障，它是防止污染物進(jìn)入系統(tǒng)回路的最后一級(jí)過(guò)濾器;裝有污染發(fā)訊器，在液壓操作控制臺(tái)上設(shè)有報(bào)警顯示。

除了測(cè)試管路中關(guān)鍵部位設(shè)置內(nèi)過(guò)濾器外，測(cè)試系統(tǒng)又采取了外過(guò)濾技術(shù)，由輔助泵組成一單獨(dú)的過(guò)濾回路，對(duì)油箱內(nèi)的油液進(jìn)行循環(huán)過(guò)濾，不受主系統(tǒng)壓力和流量的影響，因而外過(guò)濾系統(tǒng)中采用低壓、高精度和大壓差的過(guò)濾器，并且在主系統(tǒng)不工作時(shí)可對(duì)油箱油液進(jìn)行預(yù)凈化，防止二次污染，有效地控制污染磨損的“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”。其作用相當(dāng)于地面設(shè)備里的移動(dòng)式過(guò)濾車(chē)。

1.2 溫度控制

液壓系統(tǒng)及油液的超溫是液壓系統(tǒng)故障的重要來(lái)源，會(huì)加劇油液的污染。整個(gè)系統(tǒng)及液壓油液溫度過(guò)高將會(huì)加劇各種密封裝置的老化失靈，促使各種附件、導(dǎo)管的使用壽命嚴(yán)重縮短。采取有效措施控制液壓系統(tǒng)及油液的工作溫度，對(duì)提高系統(tǒng)、附件及介質(zhì)的壽命，保證設(shè)備與附件工作正常具有重要意義。

綜合測(cè)試系統(tǒng)液壓管路系統(tǒng)在輔助泵系統(tǒng)中使用冷卻能力較強(qiáng)的智能式油冷卻系統(tǒng)。冷卻器是該系統(tǒng)的關(guān)鍵件，油冷卻機(jī)具有獨(dú)立的電氣控制系統(tǒng)，確保冷卻后油箱工作液溫度控制在35～45℃范圍內(nèi)。油冷卻機(jī)組附有自動(dòng)報(bào)警功能，可通過(guò)特定的方式及時(shí)提醒用戶(hù)對(duì)裝置進(jìn)行檢修，以免機(jī)件損壞，確保測(cè)試系統(tǒng)的可靠性。

1.3 液壓管路系統(tǒng)防氣穴控制

校驗(yàn)柱塞泵時(shí)，需要測(cè)試校驗(yàn)液壓泵殼體回油量及流量壓力特性。殼體回油量大小反映泵工作情況即磨損程度，根據(jù)流量壓力特性可以確定全流量壓力、零流量壓力，判斷泵的壓力、流量能否滿(mǎn)足正常工作的需要。采用通用液壓泵校驗(yàn)臺(tái)測(cè)試過(guò)程中，出現(xiàn)柱塞泵供油不足的故障現(xiàn)象，即使是完好的泵，測(cè)試時(shí)在額定轉(zhuǎn)速、額定壓力條件下，供油量卻達(dá)不到額定值，考慮柱塞泵的自吸能力差的影響。液壓泵的自吸能力僅與泵本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，航空用柱塞泵大部分是閥配流結(jié)構(gòu)，會(huì)因?yàn)樽晕芰Σ睢⑽筒怀浞?，造成供油流量不足?/p>

克服自吸能力不足，設(shè)計(jì)柱塞泵測(cè)試系統(tǒng)時(shí)盡量增大柱塞泵吸油口總壓力。除保證吸油過(guò)濾器工作正常，加大泵的吸油管路通徑外，將油箱安裝在液壓泵的高度之上，設(shè)置油箱油量報(bào)警指示。克服自吸能力不足最有效的方法是設(shè)置輔助泵供油系統(tǒng)，利用輔助泵系統(tǒng)將一定壓力的油液輸送到被測(cè)柱塞泵的吸入口，通過(guò)一組5.5 kW、90 L/min圓弧齒輪輸油泵向液壓泵試驗(yàn)臺(tái)供低壓油。

測(cè)試系統(tǒng)液壓管路系統(tǒng)采取防氣穴控制設(shè)計(jì)，克服柱塞泵自吸能力不足，提高測(cè)試系統(tǒng)可靠性。

2 基于LabWindows/CVI的虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用

LabWindows/CVI是一種虛擬儀器編程語(yǔ)言，它以ANSIC為核心，將功能強(qiáng)大、使用靈活的C語(yǔ)言與數(shù)據(jù)采集、分析和表達(dá)等測(cè)控專(zhuān)業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合在一起。它的集成化開(kāi)發(fā)、交互式編程方法、豐富的功能面板和庫(kù)函數(shù)大大增強(qiáng)了C語(yǔ)言的功能。虛擬儀器的實(shí)質(zhì)就是用戶(hù)在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，根據(jù)測(cè)試任務(wù)需求，定義和設(shè)計(jì)儀器的測(cè)試功能，利用計(jì)算機(jī)顯示器的顯示功能模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式來(lái)表達(dá)輸出檢測(cè)結(jié)果，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析和處理，利用I/O接口設(shè)備來(lái)完成信號(hào)的采集、測(cè)量和處理，從而完成各種測(cè)試功能。

直升機(jī)液壓附件綜合測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試程序開(kāi)發(fā)環(huán)境為L(zhǎng)abWindows/CVI，每個(gè)液壓附件對(duì)應(yīng)一個(gè)測(cè)試程序。測(cè)試程序以動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的形式供測(cè)試程序框架調(diào)用。操作界面是測(cè)試程序運(yùn)行過(guò)程中操作人員對(duì)測(cè)試過(guò)程實(shí)施控制和測(cè)試結(jié)果顯示的人機(jī)對(duì)話(huà)界面，系統(tǒng)測(cè)試程序操作界面整體采用窗口形式，界面內(nèi)容如告警燈、開(kāi)關(guān)、指針等內(nèi)容完全圖形化，界面元素本著界面布局協(xié)調(diào)統(tǒng)一、控件美觀大方、操作功能齊全的原則設(shè)計(jì)。

3 PLC技術(shù)的應(yīng)用

由于該測(cè)試系統(tǒng)可能在艦載等惡劣的應(yīng)用環(huán)境中使用，因此要求測(cè)控元件自身具備較強(qiáng)的抗振、防潮、耐熱等性能，而且要盡量減少測(cè)控元件的數(shù)量，從而提高整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的可靠性。為了滿(mǎn)足上述要求，測(cè)試系統(tǒng)在采用PLC實(shí)現(xiàn)基本控制、運(yùn)算等功能的基礎(chǔ)上，還充分利用PLC的通信、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等其他多種功能。該測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)PLC的計(jì)時(shí)和運(yùn)算等功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中輔助泵狀態(tài)的判斷，以及輔助泵的延時(shí)啟動(dòng)和延時(shí)停止;測(cè)試系統(tǒng)還通過(guò)PLC的計(jì)數(shù)功能，對(duì)脈沖輸出型流量傳感器的脈沖信號(hào)進(jìn)行采集;測(cè)試系統(tǒng)的上位機(jī)通過(guò)RS232總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)與PLC的通信，從而獲取PLC采集的油溫、液位、油污等報(bào)警信息，以及系統(tǒng)狀態(tài)和流量數(shù)據(jù)，進(jìn)而在上位機(jī)中進(jìn)行瞬時(shí)流量值、某個(gè)時(shí)間段內(nèi)流量的計(jì)算以及信息的顯示。

由于利用PLC內(nèi)置計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了計(jì)數(shù)功能，避免了重復(fù)采購(gòu)獨(dú)立、昂貴的計(jì)數(shù)板卡，在此基礎(chǔ)上還充分利用了PLC的通信和計(jì)時(shí)等功能，從而實(shí)現(xiàn)了測(cè)控元件的進(jìn)一步集成，提高了系統(tǒng)的可靠性，并在一定程度上降低了整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)硬件的費(fèi)用。

4 線(xiàn)程池、異步定時(shí)器等多線(xiàn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)的應(yīng)用

在液壓附件測(cè)試過(guò)程中，需要對(duì)壓力、流量、轉(zhuǎn)速、位移等多路信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的高速采集，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、繪圖和顯示等工作。如果采用傳統(tǒng)的單線(xiàn)程順序執(zhí)行的方式，則采集任務(wù)一旦開(kāi)啟，操作界面將無(wú)法響應(yīng)用戶(hù)的操作，其后果輕則使系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性變差，出現(xiàn)系統(tǒng)“假死”的現(xiàn)象;重則無(wú)法通過(guò)軟件控制系統(tǒng)的啟停，產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的后果。

多線(xiàn)程是指操作系統(tǒng)支持一個(gè)進(jìn)程中執(zhí)行多個(gè)線(xiàn)程的能力。多線(xiàn)程技術(shù)涉及到兩個(gè)基本的概念:進(jìn)程和線(xiàn)程。進(jìn)程是一個(gè)具有一定獨(dú)立功能的程序關(guān)于某個(gè)數(shù)據(jù)集合的一次運(yùn)行活動(dòng)，常被定義為應(yīng)用程序的運(yùn)行實(shí)例。線(xiàn)程是指進(jìn)程內(nèi)部的可獨(dú)立執(zhí)行的單元，是操作系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)資源的基本調(diào)度單位。多線(xiàn)程技術(shù)中，當(dāng)一個(gè)線(xiàn)程等待用戶(hù)響應(yīng)或大量計(jì)算結(jié)果時(shí)，另一個(gè)線(xiàn)程可以繼續(xù)其他處理，使得進(jìn)程總處于運(yùn)行狀態(tài)，可隨時(shí)進(jìn)行響應(yīng)，從而提高系統(tǒng)的響應(yīng)效率。一個(gè)多線(xiàn)程的應(yīng)用程序?qū)嶋H上在其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了多任務(wù)擴(kuò)展，可以執(zhí)行某些實(shí)時(shí)性或隨機(jī)性很強(qiáng)的操作，提高對(duì)CPU的利用率，加快程序的信息處理速度。Lab-Windows/CVI提供了兩種多線(xiàn)程的實(shí)現(xiàn)方式:線(xiàn)程池和異步定時(shí)器。

對(duì)于不連續(xù)執(zhí)行或在循環(huán)中執(zhí)行的多個(gè)任務(wù)而言，適合采用線(xiàn)程池的方式進(jìn)行多線(xiàn)程控制。根據(jù)測(cè)試軟件的功能需求，可將測(cè)試軟件的任務(wù)劃分為:用戶(hù)界面控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示等。其中將用戶(hù)界面控制作為主線(xiàn)程，其余的功能作為次線(xiàn)程。這樣多個(gè)線(xiàn)程可以同時(shí)執(zhí)行，既加快了系統(tǒng)的反應(yīng)速度，又提高了執(zhí)行效率。

在執(zhí)行時(shí)間間隔固定的多個(gè)任務(wù)時(shí)，適合采用異步定時(shí)器的方式進(jìn)行多線(xiàn)程控制。異步定時(shí)器利用Windows多媒體定時(shí)器在指定的時(shí)間間隔調(diào)用執(zhí)行函數(shù)，其時(shí)間間隔較精確。對(duì)于測(cè)試軟件中油溫、液位、油污等報(bào)警信息的采集，如果采用線(xiàn)程池的方式進(jìn)行循環(huán)執(zhí)行，則過(guò)于占用系統(tǒng)資源，影響其他線(xiàn)程的執(zhí)行效率;如果采用異步定時(shí)器的方式進(jìn)行間隔執(zhí)行，則既可減小對(duì)系統(tǒng)資源的占用，又可滿(mǎn)足報(bào)警提示的需要。

5 結(jié)束語(yǔ)

直升機(jī)液壓附件綜合測(cè)試系統(tǒng)的管路系統(tǒng)的可靠性直接決定了整個(gè)測(cè)試的可靠性;采用液壓油液污染綜合控制與管理技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行污染度控制和溫度控制，以及采取防氣穴控制設(shè)計(jì)，提高泵源測(cè)試系統(tǒng)的可靠性;虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用，提高了測(cè)試系統(tǒng)的智能化水平;PLC技術(shù)的應(yīng)用以及多線(xiàn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)的應(yīng)用，提高了綜合測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試精度和自動(dòng)化水平。以上關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用解決了直升機(jī)地面保障設(shè)備可靠性不足和自動(dòng)化水平不高的問(wèn)題。

［1］黃志堅(jiān)，袁周.液壓設(shè)備故障診斷與監(jiān)測(cè)實(shí)用技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［2］FL1650 GJB1772-93飛機(jī)液壓系統(tǒng)及附件試驗(yàn)臺(tái)通用規(guī)范［S］.北京:國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì)，1993.

［3］徐延軍，龔烈航，陸國(guó)勝.某型飛機(jī)液壓舵機(jī)微機(jī)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.液壓氣動(dòng)與密封，2002(3):26－27.

［4］沈培輝，陳淑梅，胡步發(fā).液壓泵性能測(cè)試的計(jì)算機(jī)智能控制方法研究［J］.福州大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2004，32(5):579－582.

［5］馬虎，侯勝利，曹?chē)?guó)廷.直升機(jī)某型舵機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)［C］//第二十五屆(2009)全國(guó)直升機(jī)年會(huì)論文，2002:824－827.

Key Techniques App lied to Helicopter Hydraulic Com ponents Test System

WANG Xiuxia，LIU Shuyan，LIU Xiangyi，HU Guocai，WANG Yunliang
(Naval Aeronautical and Astronautical University，Yaitai Shandong 264001，China)

To achieve high reliability and long life span of helicopter hydraulic test system，oil contamination controlwas carried out.To improve test precision and intelligence，some advanced techniqueswere applied，such as virtual apparatus based on LabWindows/CVI，PLC，advanced data collection and sensor.

Helicopter hydraulic components;Synthetic test system;Virtual apparatus;Contamination control;Programmable logical controller

TH137

A

1001－3881(2014)10－184－3

10.3969/j.issn.1001 －3881.2014.10.056

2013－04－17

王秀霞 (1969—)，碩士，副教授，主要從事液壓領(lǐng)域的教學(xué)和科研工作。E－mail:wangxiuxia102@sohu.com。