通用自動測試系統在火箭發動機地面試驗中的研究與應用解析

梁永鵬 王薇

西安航天動力試驗技術研究所 陜西 西安 710100

引言

針對目前常規試驗存在的弊端不足，需要用到更加先進的通用自動測試系統，來對火箭發動機地面試驗機進行全過程測試，并及時輸出測試結果，及時發現存在的不足，為調整方案提供真實有效的數據支持，從而更好的保證火箭發動機運行的安全性和穩定性。基于此，開展通用自動測試系統在火箭發動機地面試驗中的研究與應用的分析就顯得尤為必要。

1 常規測試技術存在的不足

常規測試技術測試人員的綜合素質有很高的要求，不但需要熟悉火箭發動機地面試驗的內容、要點，還需要能夠熟練掌握測試儀器的操作方法，熟悉測試的原理和步驟，任何一個環節控制不當，都會影響最終測試結果的準確性。因此，常規測試在很多方面存在不足和問題，主要體現在以下幾個方面：

1.1 工作量大，周期長

在常規測試經常需要手動調試大量儀器設備，勞動量比較大，工作效率低。

1.2 測試結果精度不足

常規測試中經常發生人為干擾，測結果存在隨機性，難以真實反映出火箭發動機地面試驗的結果。

1.3 數據記錄煩瑣

在火箭發動機地面試驗中需要對大量數據進行記錄，如電壓、電流、溫度、性能、參數等。手工記錄量比較大，容易發生措記錄和漏記錄問題。特別是在火箭發動機地面高速試驗中，常規測試難以滿足實際需求。

2 通用自動測試系統的關鍵技術

2.1 測試總線技術

此項技術也通用自動測試系統的核心，其應用效果，直接關系到通用自動測試系統的建設方式和使用成本。在具體應用中需要結合目前市面常見的測試總線技術，進行全系統的分析對比，從而選擇出最合適的測試總線技術[1]。

2.2 通用軟件硬件體系技術

為提升通用自動測試技術使用的通用性，需要建設通用的軟件接口標準，這就需要用到通用軟件硬件體系技術，以提升通用自動測試技術的可用性、測試儀器設備的可互換性。

2.3 信號傳輸技術

在火箭發動機地面試驗測試中需要傳輸很多信號和數據，現有的測試技術，在信號傳輸方面還存在誤差大、穩定性差、可靠性的缺點。為解決這些問題，在應用通用自動測試技術時，需要采取更加先進的信號傳輸技術。

3 通用自動測試系統在火箭發動機地面試驗中的應用要點

3.1 硬件方面的應用

在硬件方面，主要是通過更換通用自動測試系統前端的傳感器和控制對象，來滿足不同火箭發動機地面試驗基本測試的需求。按照通用自動測試系統功能的不同，可細分成2種不同的系統，一種是測量系統，另一種是控制系統。在不同更換通用自動測試系統前端傳感器的基礎上，火箭發動機地面試驗信號傳輸方式設計完成后，可按照通用自動測試系統硬件模型的不同，來實現這兩個測試系統在火箭發動機地面試驗中的不同應用。

測量系統在火箭發動機地面試驗中應用時，主要是通過自動測試系統自帶的測量設備，對火箭發動機地面試驗數據進行全部采集，為降低使用成本，提升試驗數據采集的全面性。測量系統多采取采取的是基于PCI總線的測量系統。具體的應用方法，在PCI總線之上，安裝上插卡式的數據采集卡，來采集信號接口板上傳感器傳輸來的數據，就能實時掌控火箭發動機地面試驗中產生的各種數據，采集到數據再傳輸給計算機控制中心進行分析研究，就能快速得到火箭發動機地面試驗數據[2]。在科學技術飛速發展的大環境下，很多高新技術和設備被廣泛應用通用自動測試系統中，為提升測試的準確，測量系統中的一些基本配置，可換用當前最新或者是最成熟的測試技術和測試產品，以實現與時俱進。

控制系統在火箭發動機地面試驗中應用時，主要是對一次火箭發動機地面試驗的過程進行全面控制，常用的控制方式有3種，包括：順序控制、條件控制、時序控制。每種控制方式，都可以按照提前設計好的程序進行開展有針對性的控制，因此，控制系統也稱之為程序控制，又可細分成開環控制和閉環控兩類。開環控制指的是在火箭發動機地面試驗控制中，控制程序的轉換和動作量控制只和輸入的信號有關，和動作結果無關。閉環控制指的是在火箭發動機地面試驗控制中，如果控制的輸出信號不僅僅受到程序自身的約束，也受到動作結構檢測信號的控制。二者相比，在火箭發動機地面試驗中開環控制往往用處更大，對火箭發動機地面試驗過程的控制，主要由事先設計好的控制時序來決定[3]。

3.2 軟件方面的應用

通用自動測試系統中軟件具有的主要功能是根據實際數據的流向調用各種軟件功能模塊實現對火箭發動機地面試驗全過程的有效檢測和控制。軟件功能模塊和通用自動測試系統各項數據的流向之間具有相互對應的邏輯關系，可按照火箭發動機地面試驗的實際需求，科學設計邏輯關系，以提升通用自動測試系統的應用效果，最大限度上保證測試系統運行的穩定性和有效性。軟件功能模塊和數據流向之間對應的邏輯關系圖，如圖1所示：

圖1 軟件功能模塊和數據流向之間對應的邏輯關系圖

圖1中，各箭頭方向代表了數據的流向，通用自動測試系統軟件主要是通過相應的管理程序、測試程序、檢查試驗結構程序等和用戶來實現人機交互。從圖1中能夠清楚看出，通用自動測試系統軟件具有很多功能，包括：配置管理系統資源、控制完成火箭發動機地面試驗過程、處理試驗數據等，為提升系統軟件在火箭發動機地面試驗中應用的通用性，系統軟件和測試數據需要分開處理，保證所有的測試數據都可以通過數據庫進行單獨管理[4]。

比如：在進行火箭發動機地面流量計標定試驗中，多采取音速噴嘴對新型差壓式流量計進行標定，主要的試驗機理是先測量處不同氣源壓力下音速噴嘴的流量和新型差壓式流量計輸出的壓差，再根據管路中流體流量恒定的原理得出壓差和音速噴嘴流量之間的對應關系，最后在根據此對應關系得出新型差壓式流量計的工作曲線，在整個試驗中需要得到測量的物理量比較多，包括管理中的流體流量、壓力、溫度等，在按照實際需要進行閥門控制時序配置，為保證標定結果的準確性，在具體試驗中通常需要對多個工況下的流量計進行標定試驗，每個工況處氣源壓力不同之外，其余的測試測量、控制策略都要保持一致，在1500Hz的采樣頻率之下測量壓差式流量計的壓力、壓差式流量計后的壓力、系統管路溫度、壓差式流量計輸出壓差等物理量，新型差壓式流量計標定試驗結果數據表如表1所示：

表1 新型差壓式流量計標定試驗結果數據表

從表1中個中能夠清楚看出，新型壓差式流量計測量得到的結構得出的數據系數和通過音速噴嘴測量得到的流量系數相比，最大的誤差出現在0.066MPa的位置，但最大誤差也只有0.77%。這就可以確定新型差壓式流量計具有很高的的測量精度，采取新型差壓式流量計的通用自動測試系統基本上能夠滿足火箭發動機地面試驗的要求。

3.3 通用性方面的應用

在火箭發動機地面試驗中，統一采取通用自動測試系統，對不同的火箭發動機地面試驗任務，測量對象和控制對象也不相同，火箭發動機地面試驗所采用的數據采集通道和控制通道也會發生改變。這就需要在正式開始試驗之前，火箭發動機地面試驗人員需要跟進實際的通用自動測試系統硬件配制情況，通過系統軟件對數據采集測量和控制策略進行重新配制。而且所有的火箭發動機地面試驗項目中，通常不需要對試驗結果的數據進行特殊處理。所以通用自動測試系統中集成的通用數據處理模塊基本上能夠滿足火箭發動機地面試驗的全部需求，具有良好的通用性[5]。通過通用自動測試系統的通用性特點，可避免因為測試系統自身問題，引起火箭發動機地面試驗失敗，或者測試結果和實際結構不相符的情況。通用自動測試系統良好可靠性，而且能夠根據用戶反饋的具體意見，進行實時調整，整個操作過程簡單方便，數據處理速度快，而且結構比較準確，可很好地滿足火箭發動機地面試驗的全部需求，值得大范圍推廣和應用。

4 結束語

綜上所述，結合理論實踐，分析了通用自動測試系統在火箭發動機地面試驗中的研究與應用，分析結果表明，火箭發動機地面試驗具有很強的專業性和技術性，而且難度比較大，對測試系統有極高的要求，任何一個細節處理不當，都會影響最終測試結果的準確性。通用自動測試系統中融合了很多先進的技術，通過硬件和軟件的相互配合使用，可為火箭發動機地面試驗提供一個先進的通用自動測試系統，而且具有良好的可靠性、通用性、易用性，即便是非測試人員，也可以很好地掌握操作要領。合理應用通用自動測試系統，對我國火箭事業持續健康的發展有非常重要的意義。