飛機恆速傳動裝置、集成驅動發電機檢測系統的製作方法
2023-12-02 15:43:31 3
專利名稱：飛機恆速傳動裝置、集成驅動發電機檢測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於飛機恆速傳動裝置、集成驅動發電機或發電機的檢測系統。
背景技術：
飛機恆速傳動裝置CSD(Constant Speed Device)及集成驅動發電機IDG(Integrated Drive Generator)或發電機是飛機供電系統的主要部件，提供400Hz、115V/200V三相交流電，為飛機的儀器儀表、雷達、無線電通訊及飛機上各種控制、照明提供電源。按航空適航標準，應對其進行定期和不定期的維護和修理。作為地面仿真試驗的檢測系統，根據CSD/IDG的檢測標準，通過測試臺模擬飛機飛行時CSD/IDG的各種狀態，檢測其各項性能指標是否合格。
目前，國內現有的飛機發電機測試系統普遍採用傳統儀表和手動控制設備完成發電機實驗過程，不能檢測CSD、IDG，且技術手段落後，無法記錄實驗過程中有關參數的動態過程，對發電機整機性能評價不夠全面。
發明內容
本發明技術解決的問題是克服現有技術的不足，提供一種能夠模擬飛機飛行時CSD/IDG的各種狀態，檢測其各項性能指標是否合格的飛機恆速傳動裝置、集成驅動發電機檢測系統。
本發明技術解決方案是飛機恆速傳動裝置、集成驅動發電機檢測系統，其特點在於它由原動機、檢測扭矩和原動機轉速的扭矩轉速傳感器、高速齒輪箱、連接到高速齒輪箱並為其提供潤滑冷卻的油站、飛機恆速傳動裝置IDG及集成驅動發電機CSD或發電機、向CSD或IDG油箱注油的滑油系統、控制和調節發電機輸出電壓的勵磁控制系統、加載系統及參數自動檢測系統組成，原動機的輸出經過扭矩轉速傳感器輸出兩路信號，一路送入參數檢測系統，另一路經其輸出軸連接到高速齒輪箱，高速齒輪箱的輸出分別接到飛機恆速傳動裝置IDG、集成驅動發電機CSD或發電機，飛機恆速傳動裝置IDG、集成驅動發電機CSD或發電機的輸出分別接至加載系統和參數檢測系統，同時加載系統和參數檢測的輸出又接至飛機恆速傳動裝置IDG、集成驅動發電機CSD或發電機，參數檢測系統還輸出控制信號控制原動機的輸出轉速。
所述的參數檢測系統由各種參量傳感器或變送器、A/D轉換板、工控機、控制參數輸入部分、顯示和列印部分、D/A板組成，來自CSD或IDG或發電機的電流、電壓、頻率、溫度、壓力、流量等各種參量送入參量傳感器或變送器變換成標準電量信號，其輸出送入A/D轉換板將模擬信號變成數位訊號，並送入工控機進行計算，顯示和列印結果，同時控制參數輸入部分將需要控制的參數通過其開關送入工控機。
所述的原動機功率250千瓦、轉速0～2000轉/分鐘的直流電機。
所述的滑油系統為保證CSD/IDG的正常工作並檢測出其內部是否有損傷，能向CSD/IDG的油箱注油，且在CSD/IDG的外部構成閉合迴路的滑油系統。
所述的加載系統為發電機輸出電路提供不同功率的負載，以便檢測發電機負載能力及各種電參量，它由功率分檔開關、單片機控制器、熱電阻負載、溫度報警、面板控制和顯示部分組成，單片機控制器的輸出信號送入功率分檔開關，使其輸出的分檔功率送至加熱電阻負載；同時自於工控機、面板控制與顯示和溫度報警信號分別接至單片控制器輸入端。其中加載系統為自動加載或手動加載，自動加載時，其加載數據及控制指令來自工控機；手動加載時，其加載數據受面板開關控制。
所述的勵磁控制系統由發電機的三相電壓檢測電路、比較放大電路、脈寬調製放大器、勵磁線圈、發電機輸出電壓、三相電壓設定值、三角波發生器、反饋校正器組成，發電機的三相電壓檢測電路實時檢測被調節量—發電機輸出電壓，並輸至電壓比較放大電路，當其輸出電壓偏離三相電壓設定時，電壓比較放大器輸出偏差信號，此偏差信號送入脈寬調製放大器放大後，輸出控制信號給發電機勵磁線圈使執行環節改變發電機的勵磁電流，從而使發電機輸出電壓被調量變化，以減小或消除偏差。
所述的高速齒輪箱採用5∶1增速比，並具有超溫報警功能。
本發明的有益效果是，可以模擬各類飛機不同飛行狀態下的發電機的工作狀態，對發電機、CSD及IDG的性能做全面的測試，參數及技術指標完全滿足測試要求。
圖1為本發明工作原理結構示意圖；圖2為圖1中加載系統的電路原理圖；圖3為圖1中的參數檢測系統的電路原理圖；圖4為圖1中勵磁控制的電路原理圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明由原動機1、扭矩轉速傳感器2、高速齒輪箱3、油站4、飛機恆速傳動裝置和發電機5或集成驅動發電機6、滑油系統7、勵磁控制系統8、加載系統9、參數檢測系統10組成，原動機1為直流電機，能夠為被測件提供250kW功率，轉速從0～2000轉/分鐘連續可調，加速度1～1000rpm/s連續可調，其輸出的信號經過扭矩轉速傳感器2輸出兩路信號，一路電信號將檢測到原電機的轉速送入參數檢測系統10，輸出軸連接到高速齒輪箱3，高速齒輪箱3採用5∶1增速比，由於原動機1最高轉速為2000rpm，則通過高速齒輪箱3輸出軸最高轉速可達10000rpm/分鐘，高速齒輪箱3的輸出模擬高速轉速分別接到飛機恆速傳動裝置IDG 5、集成驅動發電機CSD或發電機6，通過飛機恆速傳動裝置IDG 5、集成驅動發電機CSD或發電機6分別接至加載系統9和參數檢測系統10，同時加載系統9和參數檢測10的輸出信號又接至飛機恆速傳動裝置IDG 5、集成驅動發電機CSD或發電機6，為確保高速大負載條件下能正常工作，為高速齒輪箱3配製了油站4用於潤滑冷卻，同時提供超溫報警功能；為了保證CSD/IDG的正常工作並檢測出其內部是否有損傷，在飛機恆速傳動裝置IDG 5、集成驅動發電機CSD或發電機6還分別接有滑油系統7，該滑油系統能向其油箱注油，並在飛機恆速傳動裝置IDG 5、集成驅動發電機CSD或發電機6CSD/IDG的外部構成閉合迴路，對其進油壓力、溫度、流量和出油壓力、溫度進行在線檢測，同時對進入CSD/IDG的油進行過濾處理，把進入CSD/IDG的油溫控制到80±5℃。
本發明的工作原理是參數檢測系統10中的工控機10-3控制原動機1的輸出轉速到920rpm(轉/分)，通過5∶1的高速齒輪箱3後，輸出轉速為4600rpm(轉/分)，其輸出軸帶動CSD/IDG或發電機工作，此時，工控機10-3發出指令給勵磁控制系統8，給發電機加上勵磁電壓，使發電機的輸出相電壓達到115V，頻率為400Hz，工控機10-3通過各類傳感器實時檢測CSD/IDG的進油、出油壓力，進油、出油溫度，流量是否正常，發電機空載頻率及電壓是否正常。如果一切正常，就可以進行加載和加速實驗了。如果參數不正常，立即停機，檢查被測件是否有損傷，待維修以後再做測試。
如圖2所示，加載系統9由功率分檔開關9-1、單片機控制器9-2、電加熱器負載9-3、溫度報警9-4、面板控制和顯示部分9-5組成，功率分檔開關9-1分為兩路信號，一路輸入信號來自於單片機控制器9-2，另一路輸出信號輸出給電加熱器負載9-33；單片機控制器9-2分為四路信號，第一路輸入信號來自於工控機10-3用於自動加載，第二路輸入信號來自於面板控制和顯示部分9-5，第三路輸入信號來自於溫度報警9-4，第四路輸出信號控制功率分檔開關9-1。加載系統9系統可自動加載，或手動加載。當自動加載時，其加載數據及控制指令來自工控機10-3；當手動加載時，其加載數據受面板控制和顯示部分9-5的面板控制開關。工作時，單片機控制器9-2根據上位工控機10-3或面板控制和顯示部分9-5給出的數據，控制功率分檔開關接通9-1～150kW的一種到發電機輸出電路上，給發電機加上所需負載。負載分為1～150kW的阻性負載和90kW(功率因數0.75)、150kW(功率因數0.6)的感性負載。
如圖3所示，參數檢測系統10由各種參量傳感器或變送器10-1、A/D轉換板10-2、工控機10-3、控制參數輸入10-4、顯示10-5、列印10-6、D/A板10-7組成，來自CSD或IDG或發電機的各種參量包括電流、電壓、頻率、溫度、壓力、流量等信號送入參量傳感器或變送器10-1變換成標準電量信號0～5V或0～10V，其輸出送入A/D轉換板10-2將模擬信號變成數位訊號，送入工控機10-3進行計算、顯示、列印結果，工控機還輸出控制信號給D/A板10-7對原動機的轉速進行控制，對所有的被測參數進行實時顯示及列印，能夠繪製當輸入轉速或負載電流發生變化時，頻率的變化和恢復時間的關係曲線f(Hz)--t(s)。被測參數包括發電機相電壓、線電壓、相電流、頻率；原動機轉速、加速度；發電機勵磁電壓和電流；被測件滑油系統的進出口的壓力、溫度、流量；永磁發電機的線電壓和線電流等30幾個參數。
如圖4所示，勵磁控制8是由發電機相電壓檢測8-1、比較放大電路8-2、脈寬調製放大8-3、勵磁線圈8-4、發電機輸出電壓8-5、三相電壓設定8-6、三角波發生器8-7、反饋校正8-8組成，為了正確檢測出CSD/IDG及發電機的性能，必須為發電機提供一套電壓調節器實現對發電機輸出電壓的自動調節。由於發電機採用了二級勵磁方式，因而控制勵磁電流，使輸出電壓在各種負載下保持穩，因此發電機電壓調節系統由勵磁控制單元與發電機組成閉環自動控制系統。發電機相電壓檢測8-1實時檢測被調節量—發電機輸出電壓U，並輸至比較放大電路8-2，但U由於某種原因偏離三相電壓設定8-6時，比較放大電路8-2輸出偏差信號，此偏差信號送入脈寬調製放大器8-3放大後，輸出控制信號給發電機勵磁線圈8-4使執行環節改變發電機的勵磁電流，從而使發電機輸出電壓8-5被調量U變化，以減小或消除偏差。本發明實施例採用了平均電壓調節方式，調節的大小並不單純地取決於發電機輸出某一相的電壓，而是由三個相電壓共同確定。由於二次勵磁使發電機的輸出電壓產生了較大的慣性滯後，為了增加系統的動態穩定性和減小穩態誤差，反饋校正8-8採用了雙環控制反饋方式，內環穩定勵磁輸出，外環穩定發電機輸出。
所有的電壓、電流、頻率等電量傳感器均選用了新型電量隔離傳感器，它採用全集成固體封裝工藝，可高密度安裝，防水、抗震，可用於環境惡劣的場合；抗衝擊能力強，瞬時衝擊大於30倍；具有推拉式現場校驗調試窗，使用更加安全、可靠，輸出信號為0～5V(10V)的標準信號。溫度、壓力和流量傳感器經變換後，也輸出標準信號。
本發明的工作過程是整個檢測分為三個部分即頻率檢測、加速過程檢測及負載能力檢測，被測參數包括發電機相電壓、線電壓、相電流、頻率；原動機轉速、加速度；發電機勵磁電壓和電流；被測件滑油系統的進出口的壓力、溫度、流量；永磁發電機的線電壓和線電流等30幾個參數。
當進行發電機頻率檢測時如果被測件一飛機恆速傳動裝置5和發電機或集成驅動發電機6的輸出頻率隨輸入轉速或負載發生變化，則表示被測件內部有機械損傷。具體操作如下，所有速度改變以被測件輸入軸的加速度500rpm/s(轉/分/秒)來調節，加速時發電機負載為0kW。將被測件輸入轉速調至4600rpm(轉/分)，檢測負載為0kW和90kW、150kW時的發電機輸出頻率；將被測件輸入轉速調至8900rpm(轉/分)，檢測負載為0kW和90kW時的發電機輸出頻率。
當進行加速過程檢測時如果被測件—恆速傳動裝置5和發電機或集成驅動發電機6的輸入轉速從一個速度變化到另一個速度後，其輸出頻率的恢復時間過長或頻率偏離穩態頻率的瞬間頻率過大(超過9Hz)，則表示被測件內部有機械損傷。具體操作如下，所有速度改變以被測件輸入軸的加速度500rpm/s來調節。當發電機負載為0kW，將被測件輸入轉速分別從4600rpm升至8900rpm和從8900rpm降至4600rpm時，檢測發電機輸出頻率恢復到穩態時的恢復時間和頻率瞬間偏移值；當發電機負載為90kW，將被測件輸入轉速分別從4600rpm升至8900rpm和從8900rpm降至4600rpm時，檢測發電機輸出頻率恢復到穩態時的恢復時間和頻率瞬間偏移值。
當進行負載能力檢測時當被測件——恆速傳動裝置5和發電機或集成驅動發電機6的輸入轉速為4600rpm，負載為150kW時，檢測發電機的相電壓、相電流、勵磁電壓和勵磁電流是否在規定的範圍以內。
被測件—恆速傳動裝置5和發電機或集成驅動發電機6在定檢及維修後，需要經過嚴格的性能實驗才可投入使用。性能實驗主要包括加載實驗、穩定性實驗及加減速實驗等。實驗內容主要是在不同幅度的階躍負載、不同穩定轉速加額定負載以及額定負載加一定的加速度等條件下，測量發電機輸出電壓、頻率及電流等參數的動態和穩態特性，CSD/IDG的滑油系統的溫度、壓力及流量等參數的特性。
權利要求
1.飛機恆速傳動裝置、集成驅動發電機檢測系統，其特徵在於它由原動機、檢測扭矩和原動機轉速的扭矩轉速傳感器、高速齒輪箱、連接到高速齒輪箱並為其提供潤滑冷卻的油站、飛機恆速傳動裝置IDG及集成驅動發電機CSD或發電機、向CSD或IDG油箱注油的滑油系統、控制和調節發電機輸出電壓的勵磁控制系統、加載系統及參數自動檢測系統組成，原動機的輸出經過扭矩轉速傳感器輸出兩路信號，一路送入參數檢測系統，另一路經其輸出軸連接到高速齒輪箱，高速齒輪箱的輸出分別接到飛機恆速傳動裝置IDG、集成驅動發電機CSD或發電機，飛機恆速傳動裝置IDG、集成驅動發電機CSD或發電機的輸出分別接至加載系統和參數檢測系統，同時加載系統和參數檢測的輸出又接至飛機恆速傳動裝置IDG、集成驅動發電機CSD或發電機，參數檢測系統還輸出控制信號控制原動機的輸出轉速。
2.根據權利要求1所述的飛機恆速傳動裝置、集成驅動發電機檢測系統，其特徵在於所述的參數檢測系統由各種參量傳感器或變送器、A/D轉換板、工控機、控制參數輸入部分、顯示和列印部分、D/A板組成，來自CSD或IDG或發電機的電流、電壓、頻率、溫度、壓力、流量等各種參量送入參量傳感器或變送器變換成標準電量信號，其輸出送入A/D轉換板將模擬信號變成數位訊號，並送入工控機進行計算，顯示和列印結果，同時控制參數輸入部分將需要控制的參數通過其開關送入工控機。
3.根據權利要求1所述的飛機恆速傳動裝置、集成驅動發電機檢測系統，其特徵在於所述的原動機功率250千瓦、轉速0～2000轉/分鐘的直流電機。
4.根據權利要求1所述的飛機恆速傳動裝置、集成驅動發電機檢測系統，其特徵在於所述的滑油系統為保證CSD/IDG的正常工作並檢測出其內部是否有損傷，能向CSD/IDG的油箱注油，且在CSD/IDG的外部構成閉合迴路的滑油系統。
5.根據權利要求1所述的飛機恆速傳動裝置、集成驅動發電機檢測系統，其特徵在於所述的加載系統為發電機輸出電路提供不同功率的負載，以便檢測發電機負載能力及各種電參量，它由功率分檔開關、單片機控制器、熱電阻負載、溫度報警、面板控制和顯示部分組成，單片機控制器的輸出信號送入功率分檔開關，使其輸出的分檔功率送至加熱電阻負載；同時自於工控機、面板控制與顯示和溫度報警信號分別接至單片控制器輸入端。
6.根據權利要求5所述的飛機恆速傳動裝置、集成驅動發電機檢測系統，其特徵在於所述的加載系統為自動加載或手動加載，自動加載時，其加載數據及控制指令來自工控機；手動加載時，其加載數據受面板開關控制。
7.根據權利要求1所述的飛機恆速傳動裝置、集成驅動發電機檢測系統，其特徵在於所述的勵磁控制系統由發電機的三相電壓檢測電路、比較放大電路、脈寬調製放大器、勵磁線圈、發電機輸出電壓、三相電壓設定值、三角波發生器、反饋校正器組成，發電機的三相電壓檢測電路實時檢測被調節量—發電機輸出電壓，並輸至電壓比較放大電路，當其輸出電壓偏離三相電壓設定時，電壓比較放大器輸出偏差信號，此偏差信號送入脈寬調製放大器放大後，輸出控制信號給發電機勵磁線圈使執行環節改變發電機的勵磁電流，從而使發電機輸出電壓被調量變化，以減小或消除偏差。
8.根據權利要求1所述的飛機恆速傳動裝置、集成驅動發電機檢測系統，其特徵在於所述的高速齒輪箱採用5∶1增速比，並具有超溫報警功能。
全文摘要
飛機恆速傳動裝置、集成驅動發電機檢測系統，由原動機、檢測扭矩和原動機轉速的扭矩轉速傳感器、高速齒輪箱、連接到高速齒輪箱並為其提供潤滑冷卻的油站、飛機恆速傳動裝置IDG及集成驅動發電機CSD或發電機、向CSD或IDG油箱注油的滑油系統、控制和調節發電機輸出電壓的勵磁控制系統、加載系統及參數自動檢測系統組成，本發明可以模擬各類飛機不同飛行狀態下的發電機的工作狀態，由此檢測不同飛機的各類發電機的性能指標。
文檔編號H02P9/00GK1553209SQ0312357
公開日2004年12月8日 申請日期2003年5月29日 優先權日2003年5月29日
發明者唐小萍, 王肇志, 羅正全, 劉業異, 田宏 申請人:中國科學院光電技術研究所