JT15D-4型涡扇发动机状态监测系统设计研究
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摘要
航空发动机是飞机的重要组成部分，其结构复杂，精度和可靠性要求很高，同时其工作环境极其恶劣，容易受到各种干扰，因此对其性能要求非常严格。状态监测是发动机性能的重要检测手段，通过状态监测和试车工作可以对发动机进行性能调整、磨合运转和故障分析，最终达到提高发动机质量的目的。
本文以JT15D—4型发动机为研究对象，选取了20路模拟量、频率量和16路开关量作为监测量，通过对这些参数的自动监测，为发动机的状态趋势分析、故障诊断和视情维修提供科学的依据。该状态监测系统采用了分级结构，由上位机、下位机、外围卡板和各种电路组成，可以根据不同情况在三种方式下工作。在下位机和外围卡板的设计中采用了PC／104嵌入式模块，使得系统具有较强的抗震性和实时处理能力；在整个系统中还采用了软硬件抗干扰措施，并进行了自检系统和冗余结构的设计，使得系统具有较强的抗干扰能力和较高的可靠性，经过这些设计，使系统可以适应发动机运行过程中的恶劣条件，实现对发动机状态的实时监测。
Aeroengine is the most important part of plane, It's structure is most complex, it require the highest precision and reliability, at the same time, the requirement on performance is strictest because of the worst work condition, engine condition monitor is the important measure to examine the engine performance, through the measure, we can do the performance adjustment and failure analyses to engine to improve quality of engine.
The research object of this paper is the JT15D-4 engine, and 20 analog signals and frequency signals, 16 digital signals was selected as the monitor object. The auto-monitor of the signals can provide scientific testimony for the analyses of the state trend, failure diagnosis and servicing. The condition monitor system adopt hiberarchy, it was composed of head computer, monitor computer, periphery board and some circuit, the system can work in three different mode accord the different condition, the monitor computer and periphery board use the PC/104 embedded module to make the system have the strong anti-vibratility and high ability of real time disposal; in the system, we adopt the self-examination, redundancy design and some measures of software and hardware anti-jamming to make the system have strong ability of anti-jamming and high reliability, those all make the system adapt the worst work condition of the engine and realize the real time monitor of engine condition.
本文以JT15D—4型发动机为研究对象，选取了20路模拟量、频率量和16路开关量作为监测量，通过对这些参数的自动监测，为发动机的状态趋势分析、故障诊断和视情维修提供科学的依据。该状态监测系统采用了分级结构，由上位机、下位机、外围卡板和各种电路组成，可以根据不同情况在三种方式下工作。在下位机和外围卡板的设计中采用了PC／104嵌入式模块，使得系统具有较强的抗震性和实时处理能力；在整个系统中还采用了软硬件抗干扰措施，并进行了自检系统和冗余结构的设计，使得系统具有较强的抗干扰能力和较高的可靠性，经过这些设计，使系统可以适应发动机运行过程中的恶劣条件，实现对发动机状态的实时监测。
Aeroengine is the most important part of plane, It's structure is most complex, it require the highest precision and reliability, at the same time, the requirement on performance is strictest because of the worst work condition, engine condition monitor is the important measure to examine the engine performance, through the measure, we can do the performance adjustment and failure analyses to engine to improve quality of engine.
The research object of this paper is the JT15D-4 engine, and 20 analog signals and frequency signals, 16 digital signals was selected as the monitor object. The auto-monitor of the signals can provide scientific testimony for the analyses of the state trend, failure diagnosis and servicing. The condition monitor system adopt hiberarchy, it was composed of head computer, monitor computer, periphery board and some circuit, the system can work in three different mode accord the different condition, the monitor computer and periphery board use the PC/104 embedded module to make the system have the strong anti-vibratility and high ability of real time disposal; in the system, we adopt the self-examination, redundancy design and some measures of software and hardware anti-jamming to make the system have strong ability of anti-jamming and high reliability, those all make the system adapt the worst work condition of the engine and realize the real time monitor of engine condition.
引文
[1] 李伯成，侯伯亨，裘雪红，微型机应用系统设计，西安电子科技大学出版社，2001．8
[2] 李华，MCS—51系列单片机实用接口技术，北京航空航天大学出版社，1993．8
[3] 周常森，电子电路计算机仿真技术，山东科学技术出版社，2001．9
[4] 肖忠祥，数据采集原理，西北工业大学出版社，2001．2
[5] 童诗白，华成英模拟电子技术基础(第三版)，高等教育出版社，2001．1
[6] 王士元，C高级实用程序设计，清华大学出版社，1996．6
[7] 吕强，C语言实践，清华大学出版社，1992．4
[8] Yong Wha Kim, Giorgio rizzoni, Automotive Engine Diagnosis and control via Nonlianer Estimation comtrol system. Microprocessors and Microsystems, 1998.8, P3-7
[9] 戴梅萼，史嘉权，微型计算机技术及应用(第二版)，清华大学出版社，1996．5
[10] 王仲文，薛荣华，巴雪静译，精通串行通信，电子工业出版社，1995．2
[11] Allen Denver , Serial Communications in Win32, 1995.11
[12] Charles A．Mirho，Andre Terrisse，Windows 95通信编程，清华大学出版社，1997．12
[13] 王幸之等，单片机应用系统抗干扰技术，北京航空航天大学出版社，1999．12
[14] 张万里，陈战林，C++Builder 5高级开发技巧与范例，电子工业出版社，2001．9
[15] 邹筱梅，李湘江，工控机软件抗干扰技术，广东自动化与信息工程，2001年第2期
[16] Potter, David, Putting PC Power to Work in Industrial Automation Applications, Plant Engineering, v53, No.3, 1999.3, P 6-7
[17] 张铁生，飞机试飞工作手册—飞机飞行试验与数据采集，国防工业出版社，1998．11
[18] Jingda, Quepaiwen, Computer Technology Advancements Impact PC-Based Automated Test System, Computer Atromated Measurement & Control,1997.7, P 5-8
[19] JT15D-4涡轮风扇发动机试车规程，北京航空学院四0—翻印，1978．9
[20] 张育林，吴建军等著，液体火箭发动机健康监控技术，国防科技大学出版社，1998．11
[21] 燕永田，工业控制计算机系统的设计与应用，中国铁道出版社，1999．2
[22] 黄文虎，设备故障诊断原理技术及应用，科学出版社，1996．8
[23] 孙希任，航空传感器使用手册，机械工业出版社，1995．6
[24] 单成祥，传感器的理论与设计基础及其应用，国防工业出版社，1999．8
[25] 王庆斌，刘萍，尤利文等，电磁干扰与电磁兼容技术，机械工业出版社，1999．8
[26] 周德泽等，计算机智能监测控制系统的设计及应用，清华大学出版社，2002．1
[27] 吴克刚，曹建明，发动机测试技术，人民交通出版社，2002．2
[28] 何衍庆，陈积玉，俞金寿，XDPS分散控制系统，化学工业出版社，2002．6
[29] 钟秉林，黄仁，机械故障诊断学，机械工业出版社，2002．2
[31] R.Doraiswanmi, J.jiang. Performance Monitoring in Expert Control Systems. Automatica, v25, No.6,1989
[32] 以光衢，刘惠彬，关德新等，航空机载电子系统与设备，北京航空航天大学，1997．8
[33] 朱定国等，航空测试系统(修订本)，国防工业出版社，1990．4
[34] V.Groza, M.Biriescu, the Testing of Electrical Machines in Periodical and Quasi-Periodical Condition with Data Acquisition and Processing System. Record-IEEE instrumentation and Measurement Technology IEEE, USA, v2. 1998, P 766-769
[35] 张文娜，叶湘滨，传感器接口电路的抗干扰技术及其应用，计算机自动测量与控制，2001年第3期，P 60-62
[36] 南京航空学院 成都飞机公司合编，大气数据计算机(内部资料)，1986．8
[37] 蒋玉珍，一种新的发动机性能测控仪设计，内燃机工程，1999年第1期
[38] 姜斯平，王平，彭生辉，基于工控组态软件的内燃机试验台架测控系统，2000年第3期，p71-75
[39] Larry Stewary, How to get value from on-board computers, Comstruct Equipment, 1998.1, P 42-50
[40] 李本威，高国胜，胡国才，侯志强，涡轴发动机状态监测系统的研究，燃气涡轮试验与研究，2002年第1期，P 42-46
[41] 金振华，卢青春，聂圣芳，柴油机喷油泵试验台数据采集处理系统的开发，车用发动机，2001年第4期，P 38-41
[42] 谢鲲，马修真，王长安，12V180柴油机性能试验数据采集处理系统，大连铁道学院学报，2001年3月第1期，P9-11
[43] Wu Weining, Zhang Wenliang, Wu xia, Li jianjian, The Research and Application of the Anti-Interference Techniques of Electronic Device in Power System, Electricity, 2001.4, P 40-42
[44] 李喜发，涡轮轴发动机振动监测技术研究，航空动力学报，1995年第3期
[45] 王海霞，尚凤军，周蓉生，PC／104串行通信的应用，物探化探计算技术，2001
年第2期，p187-191
[46]廖戎，何明利，孙永刚，郭新成，刘洋，发动机测控试验台控制方法研究，车用发动机，2001年第1期，P 12-15
[47]卢青春，王军，聂圣芳，新型发动机台架试验自动测量控制系统，车用发动机，2000年第3期，P 29-32
[48]张天宏，黄向华，航空小型动力装置试验台测试系统，2001年第2期，P 189-192
[49]王宇波，李学仁，陈学江，飞机发动机状态监控研究，燃气涡轮试验与研究，2001年第3期，P 41-43
[50]李喜发，航空发动机试车台技术改造中的测控系统设计，燃气涡轮试验与研究，2001年第2期，P15-17
[2] 李华，MCS—51系列单片机实用接口技术，北京航空航天大学出版社，1993．8
[3] 周常森，电子电路计算机仿真技术，山东科学技术出版社，2001．9
[4] 肖忠祥，数据采集原理，西北工业大学出版社，2001．2
[5] 童诗白，华成英模拟电子技术基础(第三版)，高等教育出版社，2001．1
[6] 王士元，C高级实用程序设计，清华大学出版社，1996．6
[7] 吕强，C语言实践，清华大学出版社，1992．4
[8] Yong Wha Kim, Giorgio rizzoni, Automotive Engine Diagnosis and control via Nonlianer Estimation comtrol system. Microprocessors and Microsystems, 1998.8, P3-7
[9] 戴梅萼，史嘉权，微型计算机技术及应用(第二版)，清华大学出版社，1996．5
[10] 王仲文，薛荣华，巴雪静译，精通串行通信，电子工业出版社，1995．2
[11] Allen Denver , Serial Communications in Win32, 1995.11
[12] Charles A．Mirho，Andre Terrisse，Windows 95通信编程，清华大学出版社，1997．12
[13] 王幸之等，单片机应用系统抗干扰技术，北京航空航天大学出版社，1999．12
[14] 张万里，陈战林，C++Builder 5高级开发技巧与范例，电子工业出版社，2001．9
[15] 邹筱梅，李湘江，工控机软件抗干扰技术，广东自动化与信息工程，2001年第2期
[16] Potter, David, Putting PC Power to Work in Industrial Automation Applications, Plant Engineering, v53, No.3, 1999.3, P 6-7
[17] 张铁生，飞机试飞工作手册—飞机飞行试验与数据采集，国防工业出版社，1998．11
[18] Jingda, Quepaiwen, Computer Technology Advancements Impact PC-Based Automated Test System, Computer Atromated Measurement & Control,1997.7, P 5-8
[19] JT15D-4涡轮风扇发动机试车规程，北京航空学院四0—翻印，1978．9
[20] 张育林，吴建军等著，液体火箭发动机健康监控技术，国防科技大学出版社，1998．11
[21] 燕永田，工业控制计算机系统的设计与应用，中国铁道出版社，1999．2
[22] 黄文虎，设备故障诊断原理技术及应用，科学出版社，1996．8
[23] 孙希任，航空传感器使用手册，机械工业出版社，1995．6
[24] 单成祥，传感器的理论与设计基础及其应用，国防工业出版社，1999．8
[25] 王庆斌，刘萍，尤利文等，电磁干扰与电磁兼容技术，机械工业出版社，1999．8
[26] 周德泽等，计算机智能监测控制系统的设计及应用，清华大学出版社，2002．1
[27] 吴克刚，曹建明，发动机测试技术，人民交通出版社，2002．2
[28] 何衍庆，陈积玉，俞金寿，XDPS分散控制系统，化学工业出版社，2002．6
[29] 钟秉林，黄仁，机械故障诊断学，机械工业出版社，2002．2
[31] R.Doraiswanmi, J.jiang. Performance Monitoring in Expert Control Systems. Automatica, v25, No.6,1989
[32] 以光衢，刘惠彬，关德新等，航空机载电子系统与设备，北京航空航天大学，1997．8
[33] 朱定国等，航空测试系统(修订本)，国防工业出版社，1990．4
[34] V.Groza, M.Biriescu, the Testing of Electrical Machines in Periodical and Quasi-Periodical Condition with Data Acquisition and Processing System. Record-IEEE instrumentation and Measurement Technology IEEE, USA, v2. 1998, P 766-769
[35] 张文娜，叶湘滨，传感器接口电路的抗干扰技术及其应用，计算机自动测量与控制，2001年第3期，P 60-62
[36] 南京航空学院 成都飞机公司合编，大气数据计算机(内部资料)，1986．8
[37] 蒋玉珍，一种新的发动机性能测控仪设计，内燃机工程，1999年第1期
[38] 姜斯平，王平，彭生辉，基于工控组态软件的内燃机试验台架测控系统，2000年第3期，p71-75
[39] Larry Stewary, How to get value from on-board computers, Comstruct Equipment, 1998.1, P 42-50
[40] 李本威，高国胜，胡国才，侯志强，涡轴发动机状态监测系统的研究，燃气涡轮试验与研究，2002年第1期，P 42-46
[41] 金振华，卢青春，聂圣芳，柴油机喷油泵试验台数据采集处理系统的开发，车用发动机，2001年第4期，P 38-41
[42] 谢鲲，马修真，王长安，12V180柴油机性能试验数据采集处理系统，大连铁道学院学报，2001年3月第1期，P9-11
[43] Wu Weining, Zhang Wenliang, Wu xia, Li jianjian, The Research and Application of the Anti-Interference Techniques of Electronic Device in Power System, Electricity, 2001.4, P 40-42
[44] 李喜发，涡轮轴发动机振动监测技术研究，航空动力学报，1995年第3期
[45] 王海霞，尚凤军，周蓉生，PC／104串行通信的应用，物探化探计算技术，2001
年第2期，p187-191
[46]廖戎，何明利，孙永刚，郭新成，刘洋，发动机测控试验台控制方法研究，车用发动机，2001年第1期，P 12-15
[47]卢青春，王军，聂圣芳，新型发动机台架试验自动测量控制系统，车用发动机，2000年第3期，P 29-32
[48]张天宏，黄向华，航空小型动力装置试验台测试系统，2001年第2期，P 189-192
[49]王宇波，李学仁，陈学江，飞机发动机状态监控研究，燃气涡轮试验与研究，2001年第3期，P 41-43
[50]李喜发，航空发动机试车台技术改造中的测控系统设计，燃气涡轮试验与研究，2001年第2期，P15-17