??? 噴氣機發(fā)動機設(shè)計中廣泛采用CAD 建模，這類模型異常精密但卻遠(yuǎn)未達(dá)到完美,。為了驗證計算機建模,，必須通過真實發(fā)動機上的測試來修正模型。這是開發(fā)過程中的重要部分,。
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????由于氣流的溫度及壓力關(guān)系,，渦輪測試相關(guān)性往往是困難的。在比真實渦輪溫度,、壓力低的環(huán)境下運行,，傳統(tǒng)測試模型測試結(jié)果按比例放大。由于溫度及壓力的增加,，尖端與輪軸的邊界條件,、尖端泄漏、及比例誤差等因素造成上述測試過程具有一定局限性,。
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??? Richmond 測量服務(wù)公司（RMS）需要在勞斯萊斯Trent 900 噴氣式發(fā)動機渦輪中測量四個位置的氣體環(huán)境,。測試設(shè)備設(shè)計用于測量全壓力、靜態(tài)壓力,、流速,、及流向等參數(shù)。
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??? 測試系統(tǒng)組成包括空氣動力學(xué)探針,、設(shè)備外盒,、19英寸機架電子單元、用于運動控制和數(shù)據(jù)采集的預(yù)定PC 軟件,，它結(jié)合NI-Motion,、NI-DAQmx、和NI Measurement Studio軟件在Microsoft Visual Basic 6.0 中編寫,。我們把基于PXI 的電子機架安裝在發(fā)動機上方,，通過特殊高溫電纜保障數(shù)據(jù)的完整性。然后通過光纖電纜連接測試單元PC 系統(tǒng)與PXI 機箱,，實現(xiàn)操作用戶界面及測試控制,。
測試車輛
??? 圖1 顯示性能測試中的測試發(fā)動機。渦輪的氣體入口環(huán)境溫度高達(dá)1,700 K,，壓力達(dá)250 psi,。渦輪外套上溫度可達(dá)250 °C，是ATEX Zone 2 級危險區(qū)域,。
圖1.性能測試中的測試發(fā)動機
??? 發(fā)動機通過吊架結(jié)構(gòu)懸掛,，以此作為機身。吊架上留有安裝硬件的空間,，但在發(fā)動機測試過程中上述空間不可接近,。電纜從吊架連接到測試單元控制室很困難，可能需要加長電纜,，因此測試單元接收信號中的干擾將非常大,。
原則
??? RMS 在用于航空測試環(huán)境的預(yù)定儀器系統(tǒng)上具有相當(dāng)經(jīng)驗。該系統(tǒng)設(shè)計過程中,，我們希望能夠利用這些經(jīng)驗,，并集成現(xiàn)有硬件，獲得以往成功經(jīng)驗及結(jié)構(gòu)上的技術(shù)支持,。
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??? 一般來說,，為保障信號完整性，傳感器與信號源越近越好,，這意味著電子系統(tǒng)最好裝在發(fā)動機上及測試單元內(nèi),。我們還希望系統(tǒng)是模塊化、可擴(kuò)展的,，從而能夠適用于各類靈活的規(guī)范,。
探針
??? 穿過渦輪外套的探針對氣流的溫度及壓力進(jìn)行測量。探針尖端為鉑金材料,，無縫焊接在鋼性支承管上,。支撐管通過流向探針尖端的液體冷卻。探針尖端安裝壓力傳感器及熱電偶,。渦輪套外安裝有操作探針的機械裝置,，同時控制壓力傳感器及熱電偶。
圖2.鉑金探針尖端
儀器外盒
??? 儀器外盒是一個獨立單元,，特有探針操作器,、壓力傳感器,、及熱電偶信號調(diào)理單元。內(nèi)部溫度通過氣冷和水冷系統(tǒng)控制在70 °C 以下,。單元還具有探針?biāo)溲b置,。備用傳感器通道用于健康監(jiān)測。渦輪外殼周圍共安裝四個外盒,。
圖3.安裝在渦輪外殼上的設(shè)備外盒
控制電纜及數(shù)據(jù)電纜
??? 每個外盒都包含氣,、液、電子系統(tǒng),。專用電纜必須能夠承受250 °C高溫,。設(shè)計采用兩條電纜，一條用于操縱器,，控制發(fā)動機及編碼信號,；另一條用于模擬信號。電纜繞過發(fā)動機,，從上面通過支撐吊架連接到吊架上方的機架系統(tǒng),。
吊架
??? 吊架包括NI PXI 機箱，安裝了數(shù)據(jù)采集及運動控制系統(tǒng),。此外,，機架包含兩臺多通道步進(jìn)電機及用于電子系統(tǒng)互連的數(shù)據(jù)采集接口單元。吊架還安裝了UPS,，在主電源失效時維持系統(tǒng)供電,。我們還采用了PXI 機箱來監(jiān)測氣冷及液冷系統(tǒng)。
測試單元PC
??? 安裝于控制室內(nèi)的PC系統(tǒng),，通過MXI及光纖與吊架PXI 機箱進(jìn)行通信,。PC 上安裝了額外的數(shù)據(jù)采集板，用于監(jiān)測測試單元內(nèi)的信號,。
??? 我們采用Windows XP 專業(yè)版操作系統(tǒng),，在Visual Basic 中用NIDAQmx、NI-Motion及Measurement Studio軟件編寫預(yù)定軟件,。
??? PC 由UPS 供電,，在主電源失效情況下仍可連續(xù)供電至少半小時。
圖4. 控制室內(nèi)的PC 系統(tǒng)
橫動軟件
??? 橫動軟件模塊負(fù)責(zé)在氣流中移動探針,。軟件模塊與安裝在PXI 機箱吊架上的NI PXI-7358 步進(jìn)/ 伺服控制器進(jìn)行通信,。
PXI-7358 運行板載程序，負(fù)責(zé)在某種原因?qū)е轮鱌C失效時將探針收回到安全位置,。
數(shù)據(jù)采集軟件
??? 數(shù)據(jù)采集軟件模塊包含一系列界面,，允許操作人員根據(jù)需要進(jìn)行開關(guān)。這意味著操作人員能夠更加關(guān)注感興趣的數(shù)據(jù)段,。保留的信息在系統(tǒng)安裝機故障排除時是很重要,。
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??? 該模塊還負(fù)責(zé)記錄數(shù)據(jù),。軟件將數(shù)據(jù)保存為一組數(shù)據(jù)文件，允許隨時調(diào)用以改變測試進(jìn)程,，也可用于后續(xù)分析,。
校準(zhǔn)
??? 制造全過程中都進(jìn)行了校準(zhǔn)。在樣機測試中,，系統(tǒng)通過向傳感器輸送標(biāo)校信號，檢查記錄數(shù)據(jù)是否符合規(guī)范,。
結(jié)論
??? 橫動系統(tǒng)在發(fā)動機運行測試中的性能與預(yù)期相同,，數(shù)據(jù)被有效采集?？蛻魧?shù)據(jù)記錄的品質(zhì)很滿意,，并根據(jù)對數(shù)據(jù)集的檢查將性能測試程序進(jìn)行了修改?？偣? 次性能運行,，記錄超過100 小時的運行數(shù)據(jù)。
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??? 作者想感謝其助手,，QinetiQ 公司（位于Farnborough）的James Anderson,，為本案例研究所作的準(zhǔn)備。