某型發動機試車臺系統的設計和實現

賴雪聰　王祝平　張高尚　楊新宇　肖海建　華慧

摘要：發動機試車臺地面試驗系統的設計和開發。 試車臺試驗系統由試車臺、拉力平臺、測控系統和用戶軟件等分系統組成。 重點介紹了試車臺及測試系統軟件的開發。 試驗證明該系統工作穩定、 操作簡單， 能夠很好的滿足市面上中小型發動機的地面試車試驗要求。

關鍵詞：無人機；試車臺；發動機

發動機試車臺是對發動機質量檢測、性能研究的重要平臺，隨著無人機的迅速發展，對發動機地面測試尤為重要。國際專業組織的統計數據表明：航空機械故障中由航空發動機導致的故障占 50%。與發動機有關的航空機械故障一旦發生極易造成嚴重航空事故。因此，在某型無人機上天之前的準備測試工作中，須重點對發動機進行 50h 以上的地面測試試驗，通過磨合機械結構，發現潛在威脅，從而提高發動機的可靠性。

本文討論了某通用型無人發動機試車臺系統的設計和實現。該系統具有測試精度高、 抗干擾能力強和工作穩定可靠的特點， 可以滿足大部分中小型（50KG）發動機常規的試車的任務。

1 試車臺設計

該試車臺可用于電機、油機、涵道、渦噴（最大測試拉力<50KG最大使用螺旋槳直徑：40in）進行簡單測試，基本覆蓋民用無人機和航模所使用發動機。

1.1 模型建立

試車臺主要用于在試驗中固定和支撐發動機以及測量推力。根據查找資料試車臺要測量市面上中小型無人機發動機的拉力以及發動機所使用螺旋槳的尺寸范圍，確定試車臺機架尺寸和安裝平臺以及與拉力器連接的設計。

試車臺主要有發動機通用安裝平臺、載物臺、試車臺機架、實時數顯表。安裝平臺設有6個安裝孔，發動機可根據發動機自身安裝方式，通過加工件與平臺連接。

根據使用需求和基本組成使用CATIA建立三維模型。

首先以試車臺臺架作為整個測試平臺的載體，具有高強度剛度，抗震能力。試車臺以發動機安裝作為前方，發動機內側左邊用于油箱和電池組的安放，右方用于數顯表的安裝，以便測試過程中實時觀測發動機參數，前方最主要是拉力平臺。

1.2 工程分析

首先根據受力分析性，定性的找出試車臺整體的受力集中區和危險區，本試車臺危險區在于發動機拉力測試平臺，是發動機和和拉力器的連接部件，發動機在運行過程中，由于發動機的震動和長時間的較大拉力作用，容易造成連接件的變形帶來的測試不準和安全行問題。

圖1是對發動機測試平臺的CATIA的工程分析。

2 測控系統

試車臺的功能是測試發動機工作時的性，其主要實現以下功能：

（1）可實現對試車過程中的壓力數據、推力數據、溫度數據的測量、存儲和實時顯示；

（2）可根據預設值，自主根據發動機當前狀態測試發動機。試車臺測試系統主要由PC機、數據采集卡、傳感器和放大器組成。采集數據主要有拉力、轉速、溫度、環境溫濕度、油門、電流電壓。

根據參數的特性和作用不同分別以曲線、儀表、 圖形等多種形式對試車過程中的參數進行實時動態顯示， 曲線顯示還可以根據需求同時顯示一個或多個參數。具有實時、 直觀、 信息量大的優點。一些監測參數提供及時報警功能， 提示操作人員進行處理。

試車時，完成發動機油門控制、數據存儲、系統報警、實時顯示被測對象等功能。完成試車后，可以進行數據處理，數據處理包括讀取原始數據和濾波處理等操作。測控系統軟件實現功能。

3 測試結果

試車過程中采集的數據有拉力數據、轉速數據、溫度數據。其中，拉力和轉速變化較快，設定采樣率一般為（200～500）Hz，發動機溫度變化較為緩慢，設定采樣率一般為 20Hz。對于溫度數據。

4 結論

（1）通過 CAITA對試車臺整體結構建模和工程分析，并進行優化設計，優化結果顯示了各零件材料的最優分布，為試車臺的最優設計提供了參考；

（2）實時處理、顯示試驗結果，并將高速采集數據分類保存，避免數據丟失。

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