航空发动机振动检测系统设计分析 本文关键词：振动，检测系统，分析，航空发动机，设计
航空发动机振动检测系统设计分析 本文简介：系统总体设计系统需求分析基于航空发动机振动检测的工程实现技术，本文旨在建立一个工程化的航空发动机振动检测系统。分析系统应具备的功能，总结如下：1）系统应具有航空发动机振动检测功能。能够根据不同的试验数据表征，有针对性地采用本文提出的信号分析方法或常见的信号分析方法，实现对航空发动机振动状态的检测~；
航空发动机振动检测系统设计分析 本文内容：
系统总体设计
系统需求分析
基于航空发动机振动检测的工程实现技术，本文旨在建立一个工程化的航空发动机振动检测系统。分析系统应具备的功能，总结如下：1）系统应具有航空发动机振动检测功能。能够根据不同的试验数据表征，有针对性地采用本文提出的信号分析方法或常见的信号分析方法，实现对航空发动机振动状态的检测~；2）系统应具有历史数据和新测试数据的管理功能。利用大容量数据库来存储和管理大量数据。数据管理应包括浏览，添加，修改和删除数据等操作；3）系统应具有实时采集，快速存储和海量数据读取功能。需对振动试验过程中数据的采集和存储策略进行研究，以保证系统能够高效、完整的采集和存储试验数据。除上述功能外，系统还应具有友好的界面和易操作性，方便用户使用。此外，系统还应具有良好的可扩展性，稳定性和容错性，以确保系统的安全稳定运行。
系统结构设计
根据航空发动机振动检测过程和航空发动机振动检测系统的要求，设计了航空发动机振动检测系统的总体结构，如图1所示。该系统由三部分组成：硬件采集平台，软件系统和数据库。1）硬件采集平台硬件采集系统是系统操作的物理基础，主要由便携式计算机，加速度传感器，数据采集卡和连接线组成。2）软件系统航空发动机软件系统主要实现振动信号的分析和处理。该模块为航空发动机振动检测提供了多种信号分析方法。3）数据库数据库是航空发动机振动检测系统系统的核心，通过数据库可实现对海量试验数据和相关信息的有效管理，并完成相关信息的存储和读取。航空发动机的振动检测主要是在振动试验台上进行，通过多通道加速度传感器和数据采集卡，采集航空发动机振动信号，并将信号实时、完整地存储到数据库中，最后采用信号处理方法对振动信号进行分析，进而检测其振动状态。此外，为了扩展系统的应用能力，本文增加了导入或导出其他测试系统试验数据的功能，并实现了对实验数据的统一管理。
海量数据采集和存取技术
为了能够获得试验过程中多部件多测点的全面振动信息，本系统需实现最多16通道的同时采集。由于SQLSever数据库具有一定的存储结构，因此数据之间的逻辑关系很强，并且数据的读取速度比二进制文件快。处理数据时，它的运行速度低于磁盘的最大读取速度。如果收集的数据直接写入SQLServer数据库，则无法以完整，实时和快速的方式将海量数据存储在数据库中。因此，考虑到系统采集存储的运行速度问题以及数据采集的实时性和完整性，在连续获取模式中，使用NI主推的测试数据文件格式。当采集停止时，基于ADO技术的LabVIEW数据库访问包－LabSQL中的Vis，将保存在TDMS文件中的测试数据保存到数据库中。由于TDMS文件格式适用于高速读写，因此数据组织非常出色，它支持NI的大多数软件平台，具有良好的兼容性，可维护性和可移植性。它非常适用于数据量大，通道数量大的采集方法。结合LabSQL数据库访问包，不仅解决了海量数据的实时、完整存入的速度问题，也大大缩短了软件的开发周期。海量数据的采集和存、取策略如图2所示。
系统数据库的设计
数据库整体结构设计
该数据库是航空发动机振动检测系统的核心。它涉及有效管理不同类型的信息，包括：配置信息，航空发动机状态信息等。（1）配置信息：主要描述企业内航空发动机状态管理对象间的层次关系，是组织管理航空发动机系统相关信息的根本前提。系统的配置信息是以航空发动机振动检测分析为目的的和部件间的隶属关系（试验类型—部件—测点），还包含了其他信息。在系统中，进行任何数据查询或其他数据操作都以此作为导航，所以数据的查询速度是详细设计时重点考虑的问题。（2）航空发动机状态信息：存储航空发动机振动冷车或热车运行数据、状态特征信息等与航空发动机试验运行状态有关的信息，是对航空发动机振动进行故障诊断的信息源。随着航空发动机振动冷车和热车试验次数的不断增多，导致数据库中的数据增长速度较快，所以还需考虑存储空间等问题。数据库维护工具设计由于数据库中的数据表数量很大，因此数据表彼此相关，这使得系统数据库的结构更加复杂。且系统数据库内存储的信息种类多，数据信息量非常大，给建立和维护系统数据库以及对航空发动机振动数据的统一管理带来了难度。针对这一问题，本文设计了一种用于航空发动机振动检测系统的数据库维护工具。数据库维护工具使员工能够方便快捷地执行维护工作，例如在现有数据库表中添加，修改和删除信息。
系统实现
在这个系统中，数据收集分为两种方式：分段采集和连续采集，以满足不同采集方式的要求。分段采集是指配置好测点信息和采样频率、采样点数等参数后自动进行采集的过程，分段采集适用于做单独的部件试验；连续采集是指在配置好测点信息和采样频率等基本参数后，人工停止采集程序，该功能适用于热车试验等需采集航空发动机在不同工况下连续变化的振动信息的测试过程。在进行采集之前，两种采集方式均需配置测点信息，测点配置面板如图3所示，通过测点配置，它可以实现测试类型，数量，检测器，测量点数和测量点数的配置。在系统的主界面中，单击“信号分析”按钮进入信号分析界面。信号分析界面包含多个信号分析方法，根据需求，将信号方法分为常规分析、高级分析、特征提取、盲源分离四大类。前述的特殊分析方法也集成到“常规分析”界面中。该系统的信号分析功能模块的结构如图4和图5所示。
结语
本章以LabVIEW为软件开发平台，结合SQLServer2000大容量数据库，设计并开发了航空发动机振动检测系统。首先，在分析系统需求的基础上，设计了航空发动机振动检测系统的总体结构，系统软件功能和过程。开发了诸如数据采集，信号分析，数据库和维护工具等模块。最后，以齿轮实验台为测试对象，通过对齿轮箱实测数据进行分析，表明系统达到了预期的设计要求。
作者：肖娜 孔祥伟 单位：航空工业西飞 动力机械所 中国飞行试验研究院
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