航空发动机参数显示技术发展趋势.pdf

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1、主竺：些耋兰茎：! 耋茎呈蚕薹尘尘尘兰茎! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 一 ：i ： 航空发动机参数显示技术发展趋势 李伟 ( 苏州长风有限责任公司，苏州2 1 5 0 0 1 ) 摘要：介绍了目前国内航空发动机参数显示技术的现状及其发展过程，通过分析，阐述了为满足今后 使用及飞机座舱显示仪表电子化、综合化的发展要求，应尽快研制并形成相对独立的航空发动机参数综合显 示系统。详细叙述了航空发动机参数综合显示系统的基本要求及组成。 关键词：发动机参数；显示；综合 D e v e l o p i n gT r e n d o fE n 西n eP 盯锄e t e rD i s p l a

2、 yT e c l l I l o l o g y L iW e i ( s u z h o uc h a “g F e “gc o ，L 上d ，s u z l l o u2 1 5 0 0 1 ，c h i n a ) A b s t r 扯t ：C u r r e n ta e r 试e n g 洫ei n s t m r n e 呲钯c h n o l o g y8 n df u h l r er e q u i r e m e n t sf 碚e n 画n ep a r a m e t c rd i s p l 8 ya r ep r e s e n t e d T h ea n a

3、 l y s i si n d i c a t e st | I a tas e p a r a t ei n t e g r a t e de “g i n ed a t ad i 8 p l a ys y s t e m s h o u l db ed e v e l 叩e da se a r l ya sp o s s i b l et om e e te l e c t r o n i z a t i o na n di n t e g r a t i o nr e q u i r e m e n t sf o rf u t u r e a i r c r a f tc o c k p

4、 i ti n s u m e m sA ni n t 8 9 m t e de “g i n ed a t ad i 8 p l a y8 y s t e mi sd e s c r i b e di nd e t a i li nt e 珊so f b a s i cr e q u i r e m e n t sa n dc o m p o s i t i o n K e yw o r d 8 ：e n g i n 。p a r a m e t e 。；d i s p l a y ；i n t e g r a t i o n 随着航空发动机性能的日益提高，航空发动 机工作时，各部件均承受着

5、非常高的机械应力和 热应力。为保证航空发动机安全可靠地工作，并 通过与飞机各系统匹配协调工作，发挥其最佳工 作效能，必须对航空发动机参数、燃油系统参 数、滑油系统参数、进气道调节系统参数进行精 确测量、显示、控制，以正确控制发动机工作状 态确保飞机安全可靠地完成飞行任务。因此， 现代高性能航空发动机需要显示的参数是很多 的，这无疑对作为飞机座舱人机接口的显示技术 提出了更高的要求。为了减轻飞行员的工作负 荷，增强其对发动机工作状态的了解，同时、又 要适应现代飞机对传感器信息进行融合、共享处 理的要求，航空发动机参数显示技术必须向综合 化、电子化方向发展，形成航空发动机参数综合 显示系统，以解决

6、目前航空发动机参数显示仪表 收稿日期：2 0 0 3 1 0 2 种类繁多，体积大、质量重，且无法进行传感器 信息的融合、共享的弊病。 1 目前国内发动机显示仪表的现状 目前，我国航空发动机参数显示仪表根据研 制年代的先后主要有4 代产品。 1 1 第一代显示仪表 第一代显示仪表以单参数机电式指针仪表为 主，在6 0 7 0 年代研制的飞机上广泛使用这类仪 表。其缺点是仪表仅能显示单个参数，导致发动 机参数显示仪表的种类及数量很多，体积大、质 量重。仪表输人阻抗低( 如排气温度指示器) ，使 用时对外线路阻抗匹配有严格要求，无余度设计。 1 2 第二代噩示仪表 第二代显示仪表为多个单参数仪表的

7、简单组 合。7 0 年代后期、8 0 年代研制的这种产品，它将 万方数据 飞机设计第1 期2 0 0 4 年3 月 多个单参数仪表安装在一个仪表箱内。其优点是 结构紧凑，便于飞行员集中观察，但从性能方面 与第一代仪表相比，仍然没有实质性的改变。 1 3 第三代显示仪表 第三代显示仪表是将多个单参数仪表组合在 一起，配备部分传感器接口电路及激励电路，它 是8 0 年代后期、9 0 年代研制的产品。这类显示 仪表除结构紧凑外，由于实现了部分电子化，其 接口电路输入阻抗较高，降低了对外电路的阻抗 匹配要求，减少了使用中的麻烦，同时质量轻， 性能有了较大提高，但其缺点是无法与机上其他 系统进行信息交换

8、，无法实现信息共享。 1 4 第四代显示仪表 第四代显示仪表是微机化的数字与模拟指针 相结合的显示仪表，其显示器件一般采用L E D 显 示器，目前部分在研产品属这一类。这类仪表除 了有第三代显示仪表的优点外，还具备智能化特 点，仪表具备自动亮度调节功能，还能与机上其 他系统通过数据总线进行数据交换。但由于受机 上仪表板空间的影响，综合处理程度不高，显示 器件的性能也不够理想。 由上所述，可以看出这四代发动机参数显示 仪表是很难适应现代高性能飞机、发动机的使用 要求的。因此，尽快形成发动机参数综合显示系 统是我国航空发动机参数显示技术的发展趋势。 2 发动机参数综合显示系统的基本要求 飞机座舱

9、显示仪表的电子化、综合化是基本 发展趋势，在这种发展趋势下，对发动机参数综 合显示系统的基本要求如下： ( 1 ) 体积小、质量轻、功耗小，以饵决飞机 仪表板空间紧张的矛盾。特别对于配备一平三下 显示器的窄小的战斗机座舱来说，减小其显示仪 表的体积及质量成为了首要任务。 ( 2 ) 能与机上多个设备进行通讯，实现传感 器数据的共享、传递。 ( 3 ) 系统可靠性高，有一定的余度能力。 ( 4 ) 为飞行员提供友好的人机界面，减轻飞 行员的工作负荷。 3 发动机参数综合显示系统的基本组成 发动机参数综合显示系统由数字式参数综合 处理部件和发动机参数综合显示器这两个L R u 组 成( 对于双操纵

10、或前后舱飞机发动机参数综合显 示器也可有2 台) ，系统完成对发动机参数及有 关系统参数的综合处理与显示，为尽可能减小显 示器在仪表板上的占有空间及质量，可尽量将处 理线路设计在综合处理部件中。两个L R u 的特点 与功能如下： 3 1 数字式参数综合处理部件 数字式参数综合处理部件用于综合处理各类 传感器信号及有关系统的参数，然后，通过数据 总线输出给发动机参数综合显示器及对这些参数 有需求的系统，其典型的交联设备与功能如下： ( 1 ) 接收发动机低压涡轮N l 转速传感器及 高压涡轮N 2 转速传感器输出的频率信号，处理 后通过数据总线传送给发动机参数综合显示器， 用于显示发动机涡轮转

11、速。 ( 2 ) 接收发动机排气温度传感器输出的电压 信号，经处理后通过数据总线传送给发动机参数 综合显示器，用于显示发动机舛温度。 ( 3 ) 接收燃油测量系统输出的油量、耗量的 数字量信号，传送给发动机参数综合显示器，用 于显示飞机油量、耗量。 ( 4 ) 为燃油压力传感器、滑油压力传感器提 供交流( 直流) 激励信号，并接收传感器输出信 号，经处理后通过数据总线传送给发动机参数综 合显示器，用于显示飞机燃、滑油压力。 ( 5 ) 为燃油温度传感器、滑油温度传感器提 供恒流激励信号，并接收传感器输出信号，经处 理后，通过数据总线传送给发动机参数综合显示 器，用于显示飞机燃、滑油温度。 (

12、6 ) 接收进气道调节系统调节板位置信号，经 处理后，通过数据总线传送给发动机参数综合显示 器，显示板位位置。通过设在显示器面板上的控制 开关，可设定进气道调节系统的工作状态为自动 状态，还是手动状态，如工作在手动状态，还可 通过显示器面板上旋钮来手动设定调板的位置。 ( 7 ) 将有关需要记录、监控的参数传送给飞 参记录仪及非航电监控系统。 ( 8 ) 一旦发动机参数综合显示器出现故障， 可将需要显示的信息传送给综合航电系统，并在 多功能显示器上显示，实现对显示器的备份功能。 3 2 发动机参数综合显示器 飞机座舱显示仪表的电子化，始于阴极射线 管( c R T ) ，但进入8 0 年代以来

13、，有源矩阵液晶 显示器技术迅猛发展，且日渐成熟，飞机座舱显 示仪表进人了液晶显示器时代。与c R T 显示器相 万方数据 李伟：航空发动机参数显示技术发艇趋势 比，有源矩阵液晶显示器具有体积小、质量轻、 功耗减半、可靠性倍增等显著优点，有源矩阵彩 色液晶显示器取代c R T 显示器和常规机电仪表成 为发展趋势。所以，发动机参数综合显示器应采 用彩色有源矩阵液晶显示器，其功能是接收综合 处理部件发出的信号，显示发动机及有关系统的 参数，并通过设置在面板上的功能开关调节显示 画面品质，对处理部件发出有关控制命令。 发动机参数综合显示系统典型工作交联框图 见图1 。 二l ：为艰操纵前岳舱飞机 图1

14、发动机参数综合显示系统典型工作交联框图 4 发动机参数综合显示系统特点 ( 1 ) 由综合处理部件对各种参数集中处理成 总线信号后，实现了各类参数供多个设备使用的 要求，实现了传感器信号的共享。 ( 2 ) 通过集中信号处理，避免了在各个系统 设备中重复设置传感器信号专用接口电路。 ( 3 ) 通过参数的综合显示，大大减少了仪表 的数量，并通过采用彩色有源矩阵液晶综合显示 技术，大大提高了显示界面的友好程度。 ( 4 ) 通过将处理线路集中在综合处理器中这 一途径，最大可能地减小了显示器的质量及体 积，有利于仪表板的减重和安装。 ( 5 ) 通过与综合航电系统的交联，实现了对 显示器的备份功能

15、。 5 结论 综上所述，航空发动机参数显示技术正在向 电子化、综合化方向发展。为保证飞机、发动机 工作可靠安全，最大限度地发挥飞机发动机的效 能，形成一个相对独立的航空发动机参数综合显 示系统是今后发动机参数显示技术的发展趋势。 作者简介 李伟( 1 9 6 4 ) ，男，研究员，总工程师兼副总裁。研究方 向：航空电子综合显示及航空发动机参数测量与综合显示技术。 万方数据 航空发动机参数显示技术发展趋势航空发动机参数显示技术发展趋势 作者：李伟 作者单位：苏州长风有限责任公司,苏州,215001 刊名： 飞机设计 英文刊名：AIRCRAFT DESIGN 年，卷(期)：2004，(1) 被引用

16、次数：0次 相似文献(10条)相似文献(10条) 1.期刊论文 刘畅.韩立平.周颖.LIU Chang.HAN Li-ping.ZHOU Ying 直升机发动机参数显示系统设计 -交通科技与 经济2009,11(4) 叙述直升机发动机参数显示系统主机的设计思想,提出针对ARRIEL2C发动机进行发动机参数显示系统开发的具体设想,采用多功能显示器,取代传统的 分离式仪表,使仪表板布局更合理并且减轻飞行员的工作负担,对于开发新型发动机参数显示系统有着积极的借鉴意义. 2.学位论文 于化龙 发动机参数显示系统设计及关键技术研究 2004 发动机参数显示系统安装于飞机驾驶舱仪表板上,为加强员提供飞行中

17、发动机及其系统的各种参数,并对系统故障信息给予报警,保证飞行安全.现今 ,飞机座舱仪表已发展到数字化显示阶段,液晶平板显示器可以为驾驶员提供更加丰富的飞行信息,正逐渐成为座舱仪表发展的主流.该文介绍了中国自行 研制的某型直升机发动机参数显示系统的设计方案及具体的实现过程.对系统的整体结构和余度设计进行了详细的分析,详细介绍了系统软件的总体设计 和主要功能模块的实现,其中包括主控、显示、数据采集存储、按键控制,自动检测、功率检查等模块的设计,给出了频率量和信号占空比的测量和数据处 理方法以及Arinc429数据通讯功能的实现方法.通过对发动机参数显示系统的特点分析及计算机图形学的理论研究,该文详

18、细介绍了系统动画显示的原理 ,提出了利用显存自身实现双缓冲绘制图像消除闪烁的方法;分别对直线和弧线的反走样原理进行了研究,提出了一套实用的直线、弧线反走样算法,并给 出了基于Bresenham画线法和中点画圆法的具体反走样实现过程.最后,为了配合发动机参数显示系统的测试工作,开发了发动机电子控制装置(EECU)及大 气数据计算机模拟系统,并编制了模拟软件,该文对测试系统及内容也进行了介绍. 3.会议论文 郭从诫 H425型直升机发动机参数显示系统设计 2003 本文详细叙述了H425型直升机对发动机参数显示系统从主机方面考虑的设计思想,提出了针对ARRIEL2C发动机进行发动机参数显示系统开发

19、的具体设 想,对于开发新型发动机参数显示系统有着积极的借鉴意义. 4.学位论文 赵博辉 发动机参数采集器系统设计与研究 2004 发动机参数采集显示系统是直升机座舱显示系统的一个重要部分,它由发动机参数采集器和发动机参数显示器两部分组成.发动机参数采集器通过硬 连线与发动机电子控制器、燃油管理系统、发动机及蓄电池相连,采集模拟量、频率量及离散量信号等参数,并对采集的数据进行运算、比较与处理,最后 通过标准RS-422A串口和发动机参数显示器及其它设备进行通讯.首先,在该论文中详细阐述了发动机参数采集器的软硬件的开发.硬件是以主从式多处理 器结构为核心数据采集系统,主机和从机分别采用TI公司浮点

20、DSP芯片TMS320C31PQ和定点DSP芯片TMS320F240.软件采用ANSI-C语言开发.其次,完成了基于 C/OS-的实时多任务软件设计.C/OS-是一种开放源代码并具有抢先式内核的嵌入式实时操作系统.该文对C/OS-的内核进行了深入的剖析,并 将其成功移植到TMS320C31PQ中.最后,介绍了基于虚拟仪器的仿真软件在发动机参数采集器系统测试中的应用. 5.学位论文 王钊 发动机测试参数的无线电发送和接收系统 2007 发动机的常规性能测试多半是在台架(发动机试验室)上进行，性能试验数据的获取主要是通过模拟仪表、人工读数。如果要对已经安装在车上的发 动机进行参数测试，就必须将发动

21、机拆离安装到试验台架上，再对发动机的性能参数进行测试。这样势必会增加人力、物力，如果能设计一套对发动机 现场测试的设备，就会免去对发动机从车上重复拆装的麻烦，在减少人力、财力的同时也将大大节约时间。 同时由于在发动机试验中，测试参数众多，因此过多、过长的引线将带来测试成本和抗干扰难度的增加，特别是对于野外作业，有线带来的难度会 更大。但是，随着目前无线通讯技术的迅速发展，使得测试参数的无线传输变得简单易行。 针对于以上所述情况，作者设计了一套基于HAC-uM无线数传模块和MM0024参数采集模块的发动机测试参数的无线电发射和接收系统。本系统主要包 括：光电转速探测器-MM0024、HAC-uM

22、无线数传模块、以ATmega8为核心的微控制系统、ZLG7289显示模块和外电源模块等。该系统采用光电转速探测器- MM0024对发动机转速信号进行采集，将采集到的信号进一步整形成标准矩形波送到ATmega8芯片，通过外中断和定时中断对参数进行计算求知准确数据后 由HAC-uM系列微功率无线数传模块的发射头将数据发射，该数据再由HAC-uM系列微功率无线数传模块的接收头接收，并转换成PWM脉冲信号输入到计算机 显示出该脉冲信号。参数显示均采用ZLG7289芯片构成的显示模块。从而实现数据的远距离无线传送、接收，也便于对发动机各参数的远距离检测与读取 。 本论文是以发动机转速信号为例介绍了发动机

23、相关参数的无线电发射和接收方法，经试验验证，用本方法测量并传输发动机参数操作简单方便，数 据准确及时，电路实现简单，思路清晰，同时大大减少了传统方法的大量布线。这为发动机参数的测试提供了一套简单有效的方案。 6.期刊论文 贾淑芝.李军.JIA Shu-zhi.LI Jun 某型航空发动机转速信号故障分析 -航空发动机2008,34(2) 某型航空发动机在地面台架试车的起动过程中,发生高压转子转速信号误报,造成起动失败;在外场装机地面试车时,在起动和停车过程中,发动机参数 记录系统和EPI组合显示仪表显示出高压转子转速信号跳变.对发动机转速测量系统的工作过程进行分析,找到了该转速信号故障发生的原

24、因,并提出了解 决措施. 7.期刊论文 谷江涛 基于VxWorks的PowerPC在通用性飞行器多参数采集系统的应用研究 -中国科技纵横2010,(1) 基于通用性飞行器平台概念,阐述了PowerPC及VxWorks在飞行器多参数采集系统中的应用.以Freescale公司的MPC8640为处理核心,采用模块化设计 ,根据电路的功能把发动机参数采集器硬件分解成CPU模块、参数采集调理模块、参数处理模块、航空电源模块、显示模块五部分.软件方面采用选用在航 空领域当中有广泛应用的实时性操作系统VxWorks. 8.期刊论文 刘鸿.李鹏.LIU Hong.LI Peng 基于双DSP的航空发动机参数采

25、集系统设计与实现 -科学技术与工程 2009,9(17) 航空发动机参数(简称发参)采集系统的主要功能是对发动机主要传感器输出的信号进行调理、采集和处理并输出给显示设备进行显示.研究了数字信 号处理器(DSP)在航空发动机参数采集系统中的具体应用,采用TMS320VC33与TMS320C31浮点型数字信号处理器为核心设计了航空发动机参数采集系统,使 用模块化设计方法,利用双口RAM实现了一个由两片数字信号处理器构成的航空发动机参数采集系统. 9.学位论文 崔鹏飞 MHD-Arc-Ramjet 联合循环热力特性计算与优化分析 2004 该文对新近提出的MHD-Arc-Ramjet联合循环冲压发动

26、机进行了热力循环建模、计算和分析.主要工作包括以下几部分:循环的热力建模,性能计算,发 动机参数优化分析以及(火用)分析.该文分别计算分析了理想情况和实际情况下MHD-Arc-Ramjet联合循环冲压发动机的性能并与AJAX模式发动机和普通冲 压发动机相应情况下的性能进行了比较.其中,在实际效率下,MHD-Arc-Ramjet联合循环冲压发动机具有一定的优势,其比推力能够维持到Ma=12.5而AJAX发 动机仅能维持到Ma=11.对进气道的计算分析发现,磁场强度对能量取出率的影响较电导率的影响来得为大,在提高电导率较为困难的情况下可以通过磁场 强度的提高有效减小所需的电导率值而可以同样的能量取

27、出率需求,计算显示磁场强度达到B=4T时,所需电导率仅为十几S/m.同时尾喷管部分的MHD加速器 效率和电弧效率对两种模式发动机性能也将产生较大影响,因而如何提高尾喷管部分能量转换的效率也是未来需要研究的方向之一.分析了循环的总效率 (和热效率)和比推力随能量取出率的变化趋势,发现二者并不在同一能量取出率点上取得最优值,这就为我们进行能量与比推力的加权优化实现发动机的 高性能、低能耗设想提供了可能,文章中也完成了这部分工作.通过对循环的(火用)分析,揭示了冲压发动机(火用)损失的最大部位,并对其原因和解决方 法做了初步分析. 10.会议论文 张峰.王远.汪沛.陈蕾 飞行仪表仿真中步进电机驱动几

28、个问题研究 2008 飞行仪表是飞机性能参数显示的窗口,给飞行员提供各种飞机当前姿态信息。因此,在飞行模拟器中,飞行仪表仿真是十分重要的,它必须提供在功能 上和外观上与真飞机尽可能逼真的各类仪表,将飞行参数、导航参数、电气系统参数、发动机参数等实时显示并提供给驾驶员和研究人员,以满足飞行训 练或工程研究的需要。在实际飞行仿真模拟器的研制中,利用步进电机进行仪表驱动,只与控制脉冲同步,工作时的步数、转速,既不受电压波动和负载变 化的影响,也不受环境条件变化的影响,具有体积小、精度高等优点。但是,对于以往的驱动实践,存在指针指示失步和转动不平滑等现象。本文以实际中 基于PIC16F876单片机驱动步进电机为例,对指示空速表等仪表驱动实践中遇到的几个问题及解决方法进行简单介绍。 本文链接： 授权使用：西北工业大学(xbgydx)，授权号：1747361f-75b3-4fd0-af75-9d9e014aeea5，下载时间：2010年6月 23日