第八章 航空发动机测试系统
第一节 发动机测量探针系统的智能化
航空发动机智能测量探针系统主要由控制系统、采集系统、角度自动跟踪系统和实时校准系统四部分组成。它是以微型计算机为中心，以多个单片机为网络，以系列化位移机构为执行元件的智能化测试装置。该智能探针系统的主要特点为：
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采用系列化的高精度位移机胸及各种探针，与系统配套使用；
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配置了压力测量实时校准系统和多通道角度自动跟踪系统，提高了测量精度，实现跟踪稳定、实时；
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软件设计上，将参数采集、现场校准、位移控制、数据处理和打印制表一体化，大大提高了测试精度和速度。
由于智能探针系统实现了位移控制、参数测量和数据处理一体化，控制通道多，采集容量大、角度跟踪准确，数据处理及时，完全实现了测试自动化，这对发动机及其部件研制具有很大的实用价值和经济效益，是航空发动机试验技术的发展方向。
一、智能探针系统的组成
"智能探针系统框图
用于航空发动机试验的智能探针系统应能对发动机全流程气动、热力和位移等诸多参数实现精确快速地测量，把控制、测量以及处理融为一体，实现测试自动化及综合化。
图 % %"示出以 &’( %)*微型计算机为中心，位移机构为执行元件的自动测量、自动控制、自动处理的智能系统。整个系统包括控制系统、采集系统、角度自动跟踪系统和实时校准
+控制系统
由微机发出脉冲，通过控制框驱动步进电机，电机带动位移机构，机构带动配套探针，从而实现探针的精确位移。智能探针系统以微机为控制主体，采用多路分时控制方式，控制 "+路位移机构，还可同时控制 ,路位移机构，实施移位或跟踪。系统主要由 )*接口板、光电隔离器、控制转换器、多路选择器、步进电源和位移机构组成，如图 % %+所示。具有机控和手控两种功能，位移精度高。软件设计中采取确定起始相位措施，保证控制部分不失一个脉冲（ -. /个脉冲）、位移精度高达 . .01，位移型式、点数及间距等可按需要预置。
控制系统软件如图 % %0所示，它表示出位移程序流程。位移通道选择方式包括机
•"+.2•
图 " "航空发动机智能探针系统框图构通路序次、同步 %路序次、回零方向、机构类型、位移点数、位移形式及位移量等。例如，某发动机智能探针系统（&’）包括机构通路 (条，其中同步 %路 %条；回零方向有上限、下限；机构类型有 )*、)*+、,%、,%+和 **+；位移点数有 -点、 .点和 ,点；位移形式有等环面、等距及变距。
图 " "(控制系统结构框图
/&’系统的微机控制位移机构有三种：
（）遥测附面层位移机构及微型附面层探针位移控制，
图 " ")示出微型附面层探针，图 " "*为附面层位移机构。此机构直径 ,%00，长 *00；质量 .1 *23，位移量 ).00，分辨率 .1 ..(00，使用了高精度传动螺纹（特 4-1* 5.1* "），位移平稳，耐压耐振耐热冲击。位移精度达 .1 .6，并采用限位结构。
•(.%•
图 " "控制系统软件流程图
图 " " % 微型附面层探针
（&）二维通用位移机构
•)&(’•
此机构采用高精度的小模数蜗轮辐、齿轮辐和滚球丝杆辐，线位移 %&&’’，角位移土 (&)，位移精度高达 &* &+,。该机构可与微型复合探针、充油探针、多点总温总压耙、多点普朗特管、多点三孔针耙、 孔针耙等匹用，可以多机种多截面使用。
（-）三维位移机构
该机构采用微型滚珠丝杆辐，提高移位精度；采用迷宫式密封减少泄漏；采用气冷结构和钛合金，质量轻、耐高温。移位量： .向 & / ((&’’；0向 & / %&&’’；1向 2 3&)，可实现自动跟踪。
456智能系统具有 (路控制能力，可以控制 (台附面层机构或 3台二维机构，或控制 7台三向位移机构，并可混用、自控和手控。
-*采集系统
456配置了 %%路采集通道，其中扫描阀校准 8路，压力 (路，热电阻 7路，热电偶或其他参数 8路。扫描阀除了按顺序步进外，还可针对任一点快速步进到位；为了提高采集精度，采取下列措施： 采用 9:+8高速高精度 (%位 9;:转换器，选择相应的转换极性和范围，降低 9;:转换误差；采用单极性可使误差降低一半。 "采用高精度 6<一 &程控放大器；采用软件校准系统精度和增益线性。 通道选择采用 =>?6集成电路模拟开关，速度快、性能可靠、误差小和接触电阻低。
采集系统程序流程如图 " "7所示。主要性能指标为：系统精度 @ &* -,；稳定度 @ &* -,；共模拟制比 A (7&BC；串模拟制比 A (&BC；信号输入范围 "/ D E；采集速度定点 (&&&点 ;F、扫描阀 7 /(%点 ;F；系统零点时飘在 %8小时内 @ 2-;4E;G。
8*角度自动跟踪系统
为了精确地测量气流角和总温总压参数， 4>6智能系统配置了 7路角度自动跟踪系统。采用了 5=; HI为主控机的多机控制。其 7路分机采用了结构相同的 &-(单片机系统。由于采用并行数据传送、速度快， 7个分机可同时进行跟踪。该系统由 5=接口板、 &-(单片机系统、步进电机、位移机构、探针、传感器和采集系统组成。图 " "+示出 7路跟踪系统框图。
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