Author(s):
Bernard Killeen.係統工程師 - Richmond Measurement Services, Derby (英國)

Industry:
Aerospace/Avionics

Products:
Motion Control, PXI/CompactPCI, Software, Data Acquisition

The Challenge:
在噴氣發動機的性能測試中測量高壓渦輪氣流中的空氣動力學數據。

The Solution:
設計製造預定發動機減震設備外盒，配有新型鍍鉑金的空氣動力學探針。

"我們把基於PXI的電子機架安裝在發動機上方，通過特殊高溫電纜保障數據的完整性。然後通過光纖電纜連接測試單元PC 係統與PXI機箱，實現操作用戶界麵及測試控製。"

　　噴氣機發動機設計中廣泛采用CAD 建jian模mo
，這zhe類lei模mo型xing異yi常chang精jing密mi但dan卻que遠yuan未wei達da到dao完wan美mei。為wei了le驗yan證zheng計ji算suan機ji建jian模mo，必bi須xu通tong過guo真zhen實shi發fa動dong機ji上shang的de測ce試shi來lai修xiu正zheng模mo型xing。這zhe是shi開kai發fa過guo程cheng中zhong的de重zhong要yao部bu分fen。

　　由於氣流的溫度及壓力關係
，渦輪測試相關性往往是困難的。在比真實渦輪溫度

、壓力低的環境下運行，傳統測試模型測試結果按比例放大。由於溫度及壓力的增加，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。

　　Richmond 測量服務公司（RMS）需要在勞斯萊斯Trent 900 噴氣式發動機渦輪中測量四個位置的氣體環境。測試設備設計用於測量全壓力
、靜態壓力、流速、及流向等參數。

　　測試係統組成包括空氣動力學探針
、設備外盒
、19英寸機架電子單元、用於運動控製和數據采集的預定PC 軟件

，它結合NI-Motion、NI-DAQmx、和NI Measurement Studio軟件在Microsoft Visual Basic 6.0 中編寫。我們把基於PXI 的電子機架安裝在發動機上方
，通過特殊高溫電纜保障數據的完整性。然後通過光纖電纜連接測試單元PC 係統與PXI 機箱，實現操作用戶界麵及測試控製。
 
測試車輛
　　圖1 顯示性能測試中的測試發動機。渦輪的氣體入口環境溫度高達1,700 K
，壓力達250 psi。渦輪外套上溫度可達250 °C，是ATEX Zone 2 級危險區域。

　　　　　　　　　　　　　　圖1.性能測試中的測試發動機

　　fadongjitongguodiaojiajiegouxuangua，yicizuoweijishen。diaojiashangliuyouanzhuangyingjiandekongjian，danzaifadongjiceshiguochengzhongshangshukongjianbukejiejin。dianlancongdiaojialianjiedaoceshidanyuankongzhishihenkunnan，kenengxuyaojiachangdianlan，yinciceshidanyuanjieshouxinhaozhongdeganraojiangfeichangda。

原則
　　RMS 在zai用yong於yu航hang空kong測ce試shi環huan境jing的de預yu定ding儀yi器qi係xi統tong上shang具ju有you相xiang當dang經jing驗yan。該gai係xi統tong設she計ji過guo程cheng中zhong，我wo們men希xi望wang能neng夠gou利li用yong這zhe些xie經jing驗yan，並bing集ji成cheng現xian有you硬ying件jian，獲huo得de以yi往wang成cheng功gong經jing驗yan及ji結jie構gou上shang的de技ji術shu支zhi持chi。

　　一yi般ban來lai說shuo，為wei保bao障zhang信xin號hao完wan整zheng性xing，傳chuan感gan器qi與yu信xin號hao源yuan越yue近jin越yue好hao，這zhe意yi味wei著zhe電dian子zi係xi統tong最zui好hao裝zhuang在zai發fa動dong機ji上shang及ji測ce試shi單dan元yuan內nei。我wo們men還hai希xi望wang係xi統tong是shi模mo塊kuai化hua、可擴展的
，從而能夠適用於各類靈活的規範。

探針
　　chuanguowolunwaitaodetanzhenduiqiliudewendujiyalijinxingceliang。tanzhenjianduanweibojincailiao，wufenghanjiezaigangxingzhichengguanshang。zhichengguantongguoliuxiangtanzhenjianduandeyetilengque。tanzhenjianduananzhuangyalichuanganqijiredianou。woluntaowaianzhuangyoucaozuotanzhendejixiezhuangzhi，tongshikongzhiyalichuanganqijiredianou。

　　　　　　　　　　　　　　　　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、及熱電偶信號調理單元。內部溫度通過氣冷和水冷係統控製在70 °C 以下。單元還具有探針水冷裝置。備用傳感器通道用於健康監測。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備外盒

控製電纜及數據電纜
　　每個外盒都包含氣
、液
、電子係統。專用電纜必須能夠承受250 °C高溫。設計采用兩條電纜，一條用於操縱器
，控製發動機及編碼信號
；另一條用於模擬信號。電纜繞過發動機，從上麵通過支撐吊架連接到吊架上方的機架係統。

吊架
　　吊架包括NI PXI 機箱，安裝了數據采集及運動控製係統。此外，機架包含兩台多通道步進電機及用於電子係統互連的數據采集接口單元。吊架還安裝了UPS，在主電源失效時維持係統供電。我們還采用了PXI 機箱來監測氣冷及液冷係統。

測試單元PC
　　安裝於控製室內的PC係統
，通過MXI及光纖與吊架PXI 機箱進行通信。PC 上安裝了額外的數據采集板，用於監測測試單元內的信號。

　　我們采用Windows XP 專業版操作係統，在Visual Basic 中用NIDAQmx
、NI-Motion及Measurement Studio軟件編寫預定軟件。

　　PC 由UPS 供電
，在主電源失效情況下仍可連續供電至少半小時。

　　　　　　　　　　　　　圖4. 控製室內的PC 係統

橫動軟件
　　橫動軟件模塊負責在氣流中移動探針。軟件模塊與安裝在PXI 機箱吊架上的NI PXI-7358 步進/ 伺服控製器進行通信。

　　PXI-7358 運行板載程序，負責在某種原因導致主PC失效時將探針收回到安全位置。

數據采集軟件
　　shujucaijiruanjianmokuaibaohanyixiliejiemian，yunxucaozuorenyuangenjuxuyaojinxingkaiguan。zheyiweizhecaozuorenyuannenggougengjiaguanzhuganxingqudeshujuduan。baoliudexinxizaixitonganzhuangjiguzhangpaichushishihenzhongyao。
該模塊還負責記錄數據。軟件將數據保存為一組數據文件
，允許隨時調用以改變測試進程，也可用於後續分析。

校準
　　製造全過程中都進行了校準。在樣機測試中，係統通過向傳感器輸送標校信號，檢查記錄數據是否符合規範。

結論
　　hengdongxitongzaifadongjiyunxingceshizhongdexingnengyuyuqixiangtong，shujubeiyouxiaocaiji。kehuduishujujiludepinzhihenmanyi，binggenjuduishujujidejianzhajiangxingnengceshichengxujinxinglexiugai。zonggong6 次性能運行，記錄超過100 小時的運行數據。
　　作者想感謝其助手
，QinetiQ 公司（位於Farnborough）的James Anderson

，為本案例研究所作的準備。

　　如果您有任何問題,請留言給NI工程師，我們會盡快給您回電！