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

王秀霞，劉書巖，劉湘一，胡國才，王允良

(海軍航空工程學(xué)院飛行器工程系，山東煙臺 264001)

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

王秀霞，劉書巖，劉湘一，胡國才，王允良

(海軍航空工程學(xué)院飛行器工程系，山東煙臺 264001)

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

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

直升機(jī)液壓附件的種類和數(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，沒有為其附件產(chǎn)品給用戶配備相應(yīng)的測試設(shè)備，目前使用的通過各種渠徑研制的液壓附件測試設(shè)備可靠性、綜合化、自動化和標(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試系統(tǒng)的可靠性和使用壽命，在系統(tǒng)的研制中實現(xiàn)液壓油液污染綜合控制與管理。基于LabWindows/CVI的虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用、PLC技術(shù)的應(yīng)用以及多線程數(shù)據(jù)采集技術(shù)的應(yīng)用，提高了綜合測試系統(tǒng)的測試精度和自動化水平。

1 液壓油液污染綜合控制與管理技術(shù)

1.1 污染度控制

國內(nèi)、外大量研究證明:工作介質(zhì)的污染度對液壓附件的可靠性及工作性能有很大影響，對助力操縱系統(tǒng)附件、自動駕駛儀舵機(jī)的可靠性影響最大。伺服控制的換向閥是對污染物最敏感的元件。液壓附件綜合測試系統(tǒng)作為液壓試驗設(shè)備，特別含有精密液壓控制元件，用來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，過濾技術(shù)是污染控制最重要的一環(huán)。

在測試系統(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濾器，過濾精度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，提高整個系統(tǒng)的清潔度，過濾精度20μm。該過濾器上裝有污染信號發(fā)訊器，通過PLC傳輸信號，在液壓操作控制臺上設(shè)有污染報警顯示。在油泵出口安裝了一組過濾精度10μm的高壓過濾器。壓力管路上安裝過濾器防止泵磨損下來的顆粒進(jìn)入系統(tǒng)，當(dāng)泵嚴(yán)重?fù)p壞失效時，截獲碎片防止下級系統(tǒng)發(fā)生故障，它是防止污染物進(jìn)入系統(tǒng)回路的最后一級過濾器;裝有污染發(fā)訊器，在液壓操作控制臺上設(shè)有報警顯示。

除了測試管路中關(guān)鍵部位設(shè)置內(nèi)過濾器外，測試系統(tǒng)又采取了外過濾技術(shù)，由輔助泵組成一單獨的過濾回路，對油箱內(nèi)的油液進(jìn)行循環(huán)過濾，不受主系統(tǒng)壓力和流量的影響，因而外過濾系統(tǒng)中采用低壓、高精度和大壓差的過濾器，并且在主系統(tǒng)不工作時可對油箱油液進(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)備里的移動式過濾車。

1.2 溫度控制

液壓系統(tǒng)及油液的超溫是液壓系統(tǒng)故障的重要來源，會加劇油液的污染。整個系統(tǒng)及液壓油液溫度過高將會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)組附有自動報警功能，可通過特定的方式及時提醒用戶對裝置進(jìn)行檢修，以免機(jī)件損壞，確保測試系統(tǒng)的可靠性。

1.3 液壓管路系統(tǒng)防氣穴控制

校驗柱塞泵時，需要測試校驗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、流量能否滿足正常工作的需要。采用通用液壓泵校驗臺測試過程中，出現(xiàn)柱塞泵供油不足的故障現(xiàn)象，即使是完好的泵，測試時在額定轉(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)，會因為自吸能力差、吸油不充分，造成供油流量不足。

克服自吸能力不足，設(shè)計柱塞泵測試系統(tǒng)時盡量增大柱塞泵吸油口總壓力。除保證吸油過濾器工作正常，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柱塞泵的吸入口，通過一組5.5 kW、90 L/min圓弧齒輪輸油泵向液壓泵試驗臺供低壓油。

測試系統(tǒng)液壓管路系統(tǒng)采取防氣穴控制設(shè)計，克服柱塞泵自吸能力不足，提高測試系統(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言，它以ANSIC為核心，將功能強大、使用靈活的C語言與數(shù)據(jù)采集、分析和表達(dá)等測控專業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合在一起。它的集成化開發(fā)、交互式編程方法、豐富的功能面板和庫函數(shù)大大增強了C語言的功能。虛擬儀器的實質(zhì)就是用戶在通用計算機(jī)平臺上，根據(jù)測試任務(wù)需求，定義和設(shè)計儀器的測試功能，利用計算機(jī)顯示器的顯示功能模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式來表達(dá)輸出檢測結(jié)果，利用計算機(jī)強大的軟件功能來實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析和處理，利用I/O接口設(shè)備來完成信號的采集、測量和處理，從而完成各種測試功能。

直升機(jī)液壓附件綜合測試系統(tǒng)的測試程序開發(fā)環(huán)境為LabWindows/CVI，每個液壓附件對應(yīng)一個測試程序。測試程序以動態(tài)鏈接庫的形式供測試程序框架調(diào)用。操作界面是測試程序運行過程中操作人員對測試過程實施控制和測試結(jié)果顯示的人機(jī)對話界面，系統(tǒng)測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。

3 PLC技術(shù)的應(yīng)用

由于該測試系統(tǒng)可能在艦載等惡劣的應(yīng)用環(huán)境中使用，因此要求測控元件自身具備較強的抗振、防潮、耐熱等性能，而且要盡量減少測控元件的數(shù)量，從而提高整個測控系統(tǒng)的可靠性。為了滿足上述要求，測試系統(tǒng)在采用PLC實現(xiàn)基本控制、運算等功能的基礎(chǔ)上，還充分利用PLC的通信、計時、計數(shù)等其他多種功能。該測試系統(tǒng)通過PLC的計時和運算等功能實現(xiàn)系統(tǒng)中輔助泵狀態(tài)的判斷，以及輔助泵的延時啟動和延時停止;測試系統(tǒng)還通過PLC的計數(shù)功能，對脈沖輸出型流量傳感器的脈沖信號進(jìn)行采集;測試系統(tǒng)的上位機(jī)通過RS232總線實現(xiàn)與PLC的通信，從而獲取PLC采集的油溫、液位、油污等報警信息，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)行瞬時流量值、某個時間段內(nèi)流量的計算以及信息的顯示。

由于利用PLC內(nèi)置計數(shù)器實現(xiàn)了計數(shù)功能，避免了重復(fù)采購獨立、昂貴的計數(shù)板卡，在此基礎(chǔ)上還充分利用了PLC的通信和計時等功能，從而實現(xiàn)了測控元件的進(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測試系統(tǒng)硬件的費用。

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

在液壓附件測試過程中，需要對壓力、流量、轉(zhuǎn)速、位移等多路信號進(jìn)行實時的高速采集，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)的單線程順序執(zhí)行的方式，則采集任務(wù)一旦開啟，操作界面將無法響應(yīng)用戶的操作，其后果輕則使系統(tǒng)的實時性變差，出現(xiàn)系統(tǒng)“假死”的現(xiàn)象;重則無法通過軟件控制系統(tǒng)的啟停，產(chǎn)生不可預(yù)測的后果。

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

對于不連續(xù)執(zhí)行或在循環(huán)中執(zhí)行的多個任務(wù)而言，適合采用線程池的方式進(jìn)行多線程控制。根據(jù)測試軟件的功能需求，可將測試軟件的任務(wù)劃分為:用戶界面控制、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。其中將用戶界面控制作為主線程，其余的功能作為次線程。這樣多個線程可以同時執(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)行時間間隔固定的多個任務(wù)時，適合采用異步定時器的方式進(jìn)行多線程控制。異步定時器利用Windows多媒體定時器在指定的時間間隔調(diào)用執(zhí)行函數(shù)，其時間間隔較精確。對于測試軟件中油溫、液位、油污等報警信息的采集，如果采用線程池的方式進(jìn)行循環(huán)執(zhí)行，則過于占用系統(tǒng)資源，影響其他線程的執(zhí)行效率;如果采用異步定時器的方式進(jìn)行間隔執(zhí)行，則既可減小對系統(tǒng)資源的占用，又可滿足報警提示的需要。

5 結(jié)束語

直升機(jī)液壓附件綜合測試系統(tǒng)的管路系統(tǒng)的可靠性直接決定了整個測試的可靠性;采用液壓油液污染綜合控制與管理技術(shù)，對系統(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，提高泵源測試系統(tǒng)的可靠性;虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用，提高了測試系統(tǒng)的智能化水平;PLC技術(shù)的應(yīng)用以及多線程數(shù)據(jù)采集技術(shù)的應(yīng)用，提高了綜合測試系統(tǒng)的測試精度和自動化水平。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化水平不高的問題。

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

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

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［5］馬虎，侯勝利，曹國廷.直升機(jī)某型舵機(jī)自動測試系統(tǒng)設(shè)計［C］//第二十五屆(2009)全國直升機(jī)年會論文，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。