航空发动机地面试验测试系统中远程网络测控系统研究

航空发动机地面试验测试系统中远程网络测控系统研究

樊大威

樊大威

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司黑龙江哈尔滨150066

摘要：应用高速网络系统，使航空发动机试验人员实时获得试验和分析结果，是发动机试验及测试技术发展的必然趋势。本文即以LabWindows/CVI作为系统开发平台，利用C/S模式，采用TCP/IP协议，在某航空发动机地面试验测试系统中组建了一个基于虚拟仪器的远程网络测控系统。

关键词：网络系统虚拟仪器远程网络测控系统

1现阶段航空发动机整机试验测试技术的现状分析

我国的航空发动机已经经历了半个多世纪的研究发展，目前，航空发动机整机试验测试技术也取得了阶段性的发展与进步。在高温测试领域，已经发展出1800℃的高温热电偶，并在燃烧室出口温度场测试成功；以及研制出1250℃的最高示温漆测温，并在复杂构件表面温度场测试成功。同时，我国对于高温应变计测量技术的掌握已经达到了1000℃，正致力于研究更高温度的应变技术。而气动参数测量技术领域中已经设计研制出多种气动探针，其中包括满足Ma=0.1～1.4测试要求的气体压力探针，已在发动机整机试验中成功应用。

在航空发动机整机试验动态压力测试技术领域中，已经成功地开发和研制出多套动态采集设备及分析工具。其中，约200kS/s的最高采样率和控制在100kHz内的信号测试分析，能够对大发激波测试、畸变旋涡尺度、消喘、整机气动极限参数等工作提供强有力的支撑。同时应用遥测系统和引电器等进行参数测量，并具有根据试验要求设计和制造特殊结构的能力。

在叶尖间隙测量领域实现突破，采用多种技术手段对发动机内部结构和间隙进行测量，扩大测量范围，提高测量精度，其中传感器端面耐温为1400℃。基于数据库技术开发试验数据管理系统对大量的试验数据进行管理和分析，并进一步强化设计与试验的数据协同，挖掘出重要数据。

2系统设计

整个测控系统由数据采集与处理系统、网络交换机和数据显示系统三部分组成。数据采集与处理系统主要完成试验前的准备工作、试验数据的采集、处理和存储，并通过网络传送到数据显示系统；数据显示系统实时显示发动机各状态的参数值。

2.1系统工作原理

本系统采用的是客户/服务器结构的应用程序。这种结构适用于分布式处理的计算机网络环境；采用基于TCP/IP协议技术实现网络间的数据传输，

实现本系统最关键的是数据采集和数据服务两部分。数据采集主要完成实时数据的采集和实现对设备控制，以及实时数据的收集存储；数据服务主要完成存储采集控制器所采集的数据，并提供网络服务功能，实现数据共享。这两部分完成之后，远程终端计算机只需要运行程序，启动面板对象显示线程，并通过网络不断的获取数据，同时为面板上虚拟仪器分派输入数据，用户就可以实时看到刷新的仪表面板画面。

2.2Labwindows/CVI的网络实现机制

Labwindows/CVI是美国NI公司开发的基于C语言的软件开发平台。根据Labwindows/CVI的通信机制，我们设计使用TCP/IP通信协议实现服务器端和客户端计算机之间的通信。TCP/IP通讯的基本原理是：通过指定IP地址（或计算机名）和端口，访问某个客户端。它是可靠的数据传输协议，连接之前需要进行握手。航空发动机试验中对于每个参数都要求准确、可靠，所以，我们选择TCP/IP这种具有高可靠性的数据传输方式。

2.3通讯过程

使用TCP/IP协议进行网络通信时每个连接包括一个服务器和一个客户。服务器和客户端都可以通过网络向对方发送数据或从对方接收数据。服务器应用程序首先需要向系统注册，注册完成后就等待客户应用程序的连接请求。

在本系统中，测试服务器不仅需要采集、处理实验中的各参数信息，还要将所测得的参数信息返回给需要的客户端。一次具体的通信过程如图1所示。

3网络化测控系统的实现

利用TCP/IP协议进行一对一的数据传输比较简单，在这里就不详细叙述了。在本系统中，客户端有很多，所以，需要建立起一个可以一对多的连接。在解决这个问题的过程中，采用了Labwindows/CVI中的多线程技术。主程序运行的过程中，不断扫描服务器端开放的程序端口，一旦有客户端请求连接，马上记录该客户端的信息，包括IP地址、计算机名等，并为之建立的连接分配通信句柄。同时，新建线程处理通信连接的信息发送和文件传输。这样，既不影响其它连接中的数据传输，又能快速的处理新建的连接。

实时波形的传输采用Datasocket技术实现，发送和接收的数据包同时包含实时波形的数据和波形参数，在数据发送的时候进行封装，接收端解开数据的封装，将获得参数显示在控件中。

4程序运行效果

程序编写完毕后，在试车台进行调试，将服务器端程序和客户端程序分别在某航空发动机地面试验测试系统的计算机上运行，成功的实现了两端程序的连接。操作可靠，数据传输显示正确，基本实现了虚拟仪器远程网络控制的要求。

5数据传送与接收的一致性问题

在进行发动机的地面试验过程中，对各试验参数的同步性要求比较高。采集服务器端在采集、分析的同时，要求客户端能够正确、同步地实时显示测试结果。但是在实际应用中往往会出现发送和接受的数据并不同步的问题，导致接收端显示的混乱。

在本网络化测控系统中，为保证客户端接收数据的一致性，我们采用数据属性方法，把时间信息与实时数据绑定、打包后后再进行数据发布。这样，在服务器和客户端之间传递的是实时数据、时间等内容的绑定整体。即使传输过程中出现数据丢失现象，丢失的也只能是绑定的数据包，并不会对下次传来的数据产生影响，从而避免了因某一项数据丢失而产生错误的情况发生。

具体做法是将每个数据包分为两项：数据项和属性项，分别存放采集数值和本数据包的标记――时间序号。由于每个包都有一个唯一的序号，因此接收方每次读到数据包时，只按序号来判断是否接收包并存放到显示数组中。

6未来航空发动机整机试验测试技术发展趋向

来来航空发动机趋向于更高的可靠性发展，致力于保持航空发动机高效率与涡轮进口温度。同时，降低噪声和排放也是未来航空发动机发展需求，这就对发动机整机试验测试技术提出了更高的要求与新的挑战。健康管理技术和主动控制技术是新一代智能发动机主要采用的技术，要求传感技术精益求精。另外，有相关研究结果表明，未来发动机的研制方向为具有高效率、竞争力的价格以及友好的环境，与此同时，发动机的健康管理和主动控制也对传感器提出了更多的要求。

未来航空发动机整机试验测试技术致力于传感器小型化设计、高性能测试仪器、高温燃气温度测量、嵌入式传感、高温构件表面温度测量、长寿命高可靠传感器设计、滑油品质在线监测、噪声测量校准分析、空气系统测量、叶尖间隙测量与校准、燃油流量动态测量校准、流场精细测量等测试技术研究工作。

7结束语

测控系统的网络化已成为现代测控领域的发展趋势，并将成为科学研究和自动化控制系统的重要组成部分。因此，在LabWindows/CVI环境下利用TCP/IP协议实现虚拟仪器远程网络控制一定能给发动机测试技术的发展注入活力。

参考文献：

[1]王振华，王亮.航空发动机试验测试技术发展探讨[J].航空发动机，2014，40（06）：47-51.

[2]郭昕，蒲秋洪，宋红星等.航空发动机试验与测试技术的发展[C].//第五届动力年会论文集，2013：122-130.