CAIEC路演 | 中國航發(fā)渦輪院：航空發(fā)動(dòng)機(jī)“背負(fù)式”電壓信號(hào)采集系統(tǒng)
2022-09-20
產(chǎn)品立足于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際需求，為提升試驗(yàn)效率、縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的研制周期提供測(cè)試保障。
中國航發(fā)四川燃?xì)鉁u輪研究院
中國航發(fā)四川燃?xì)鉁u輪研究院，創(chuàng)建于1965年4月，是以航空發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力技術(shù)預(yù)先研究、產(chǎn)品研制開發(fā)和整機(jī)試驗(yàn)為主業(yè)的航空科研事業(yè)單位，現(xiàn)隸屬于中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限公司。院擁有研發(fā)總部與大型試驗(yàn)研究基地。擁有包括高空模擬試車臺(tái)在內(nèi)的多臺(tái)套航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)設(shè)施，建成后將成為國際一流的航空發(fā)動(dòng)機(jī)高空模擬試驗(yàn)基地。院堅(jiān)持以航空動(dòng)力技術(shù)為依托，與國內(nèi)外多家高校和公司建立技術(shù)合作關(guān)系，拓展技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和應(yīng)用，培養(yǎng)了一大批高層次科研骨干人才，院榮獲95全國十大科技成就獎(jiǎng)1項(xiàng)，國家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)1項(xiàng)，國家級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)20項(xiàng)，省、部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)200余項(xiàng)，國家授權(quán)專利115項(xiàng)，科技成果1000余項(xiàng)。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)“背負(fù)式”電壓信號(hào)采集系統(tǒng)
航空發(fā)動(dòng)機(jī)“背負(fù)式”電壓信號(hào)采集系統(tǒng)突破國內(nèi)外現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)在體積、通道密度和應(yīng)用環(huán)境等方面的限制，可直接裝配在發(fā)動(dòng)機(jī)上。產(chǎn)品將電路系統(tǒng)融入航空連接器內(nèi)部，是集信號(hào)處理和電氣連接為一體的測(cè)量產(chǎn)品，能夠?yàn)楹娇铡⒑教?、高鐵、船舶、核電等行業(yè)用戶提供低功耗、高可靠、嵌入式的測(cè)量服務(wù)。產(chǎn)品具有分布式、模塊化、微體積、微功耗、微噪聲、高精度等優(yōu)點(diǎn)，支持多通道電壓/熱電偶信號(hào)同步采集，單臺(tái)儀器質(zhì)量為187g，32通道產(chǎn)品尺寸為Φ40mm*112mm，具備同步觸發(fā)采集技術(shù)，支持系統(tǒng)擴(kuò)展級(jí)聯(lián)，滿足多方位采集需求。
尊敬的各位專家、評(píng)委，大家上午好，我是來自中國航發(fā)四川燃?xì)鉁u輪研究院的石飛云。今天我?guī)淼捻?xiàng)目是航空發(fā)動(dòng)機(jī)“背負(fù)式”電壓信號(hào)采集系統(tǒng)。接下來我將從四個(gè)方面展開介紹。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)研制周期，包含設(shè)計(jì)、仿真、制造、試驗(yàn)等過程。其中試驗(yàn)作為發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中最為有效的性能調(diào)試和技術(shù)攻關(guān)驗(yàn)證環(huán)節(jié)，在很大程度上決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的研制水平。航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)車臺(tái)數(shù)量稀缺，投資造價(jià)高達(dá)數(shù)千萬甚至上億，這樣的試驗(yàn)車臺(tái)每浪費(fèi)一個(gè)小時(shí)都是巨大的損失。但是目前我們?cè)趯?shí)際的測(cè)試中，面臨著測(cè)點(diǎn)數(shù)量多且分散、測(cè)試管線規(guī)范性差、轉(zhuǎn)接繁雜、試驗(yàn)前測(cè)試準(zhǔn)備周期長等一系列問題。舉個(gè)例子，比如說我們?cè)趩闻_(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)試驗(yàn)過程中，僅僅測(cè)試管線連接這一項(xiàng)就需要花費(fèi)兩天的時(shí)間，嚴(yán)重降低了試驗(yàn)車臺(tái)的利用率，拖延了發(fā)動(dòng)機(jī)的研制進(jìn)度。（1）創(chuàng)新點(diǎn)一：背負(fù)式那怎樣來解決這個(gè)問題呢？這就引出了我們產(chǎn)品的一個(gè)核心關(guān)鍵詞“背負(fù)式”。什么是背負(fù)式？通俗地來講就是通過將信號(hào)采集處理電路向發(fā)動(dòng)機(jī)端遷移，讓采集儀器作為一種測(cè)試背包直接“背負(fù)”在航空發(fā)動(dòng)機(jī)身上。這樣一方面我們可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)點(diǎn)傳感與采集儀器之間的外接管線。另一方面，我們?cè)诎l(fā)動(dòng)機(jī)到達(dá)試驗(yàn)車臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)之前，就可以完成傳感器與采集器之間的通道連接工作。（2）創(chuàng)新點(diǎn)二：小型化航空發(fā)動(dòng)機(jī)外部的管路、控制器有很多，所以它可以利用的剩余空間是極其有限的。為了更好地在發(fā)動(dòng)機(jī)上背負(fù)安裝，產(chǎn)品的小型化設(shè)計(jì)就顯得格外重要，這也是我們項(xiàng)目的第二個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。我們?cè)诋a(chǎn)品的內(nèi)部使用了柔性電路板來提高它的空間利用率，基于熱仿真和熱設(shè)計(jì)技術(shù)來優(yōu)化電路和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，從而保證產(chǎn)品的可靠性。最終我們產(chǎn)品的通道密度相較傳統(tǒng)的采集儀器提高了約28倍，單臺(tái)儀器僅有成年人手掌大小，質(zhì)量約為4顆雞蛋的重量。（3）創(chuàng)新點(diǎn)三：集成式在背負(fù)式和小型化的設(shè)計(jì)完成之后，我們最開始設(shè)計(jì)的是方形的結(jié)構(gòu)，它抗沖擊的能力較差，所以在發(fā)動(dòng)機(jī)上只能通過橫向擴(kuò)展空間來實(shí)現(xiàn)安裝，占據(jù)了兩個(gè)安裝邊的位置，給發(fā)動(dòng)機(jī)造成了一定的負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致實(shí)施應(yīng)用非常困難。為了解決這個(gè)問題，我們將電路系統(tǒng)融入到了圓形的航空連接器內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)了采集儀器與航空插頭的一體化集成。這種一體化集成的圓形結(jié)構(gòu)，一方面它的可靠性更高，可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向空間加以利用。另一方面我們目前在發(fā)動(dòng)機(jī)上所使用的航空連接器大多都是圓形結(jié)構(gòu)，所以它的通用性更強(qiáng)，可以為線纜集束和提升試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試管線規(guī)范性提供一種更好的解決方案。在實(shí)際的使用過程中可以根據(jù)具體的測(cè)點(diǎn)類型和測(cè)點(diǎn)數(shù)量，對(duì)我們的儀器進(jìn)行擴(kuò)展級(jí)聯(lián)、靈活配置。比如說我們目前需要測(cè)試的發(fā)動(dòng)機(jī)上有90個(gè)測(cè)點(diǎn)，而我們單臺(tái)儀器支持32通道的同時(shí)采集，這個(gè)時(shí)候我們通過三臺(tái)儀器的擴(kuò)展級(jí)聯(lián)就可以實(shí)現(xiàn)整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)量。基于以上的創(chuàng)新點(diǎn)，就構(gòu)成了高精度、高可靠、高實(shí)時(shí)的一個(gè)多通道背負(fù)式產(chǎn)品。我們單臺(tái)儀器的直徑是40毫米、長112毫米、重187克，僅有2.5瓦的低功耗，支持電壓采集模式和熱電偶采集模式。目前我們的產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了小批量的生產(chǎn)，同時(shí)在多個(gè)型號(hào)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)以及多個(gè)試驗(yàn)車臺(tái)得到了成功的應(yīng)用，效果顯著。基于這種小型化、集成式、背負(fù)式的設(shè)計(jì)理念，我們對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試管線進(jìn)行了更為快速、更為規(guī)范的連接，大大提升了試驗(yàn)效率，節(jié)約了人力資源。我們以航空發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際測(cè)試需求為出發(fā)點(diǎn)，以解決問題為落腳點(diǎn)，開發(fā)我們的創(chuàng)新產(chǎn)品。我們希望以軍用、民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)為市場(chǎng)切入點(diǎn)，推動(dòng)我們的產(chǎn)品在其他各個(gè)行業(yè)中應(yīng)用。根據(jù)目前擁有的市場(chǎng)資源，我們估計(jì)在2025年可以達(dá)到3000萬的產(chǎn)值。未來我們希望能夠形成背負(fù)式系列產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)全流程參數(shù)的測(cè)量，進(jìn)一步推向機(jī)載測(cè)試產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，最終我們希望背負(fù)式系列產(chǎn)品能夠在各個(gè)行業(yè)中實(shí)現(xiàn)全面產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。同時(shí)作為一種通用型的測(cè)試儀器，我們期待能夠在各個(gè)領(lǐng)域形成一定的商業(yè)發(fā)展模式。航空發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)研制過程中，從方案設(shè)計(jì)到進(jìn)行交付，它的整機(jī)試驗(yàn)需要花費(fèi)1到2萬個(gè)小時(shí)。我們的產(chǎn)品就是立足于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際需求，為提升試驗(yàn)效率、縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)研制周期提供測(cè)試保障。同時(shí)作為一種通用型的測(cè)試儀器，我們希望能夠?yàn)楦鱾€(gè)行業(yè)提供更為便捷的測(cè)試服務(wù)。4. 項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)我們的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)依托于中國航發(fā)四川燃?xì)鉁u輪研究院，我院擁有世界第二，中國唯一的高空模擬試驗(yàn)臺(tái)，試驗(yàn)資源充沛。我們團(tuán)隊(duì)的成員從事發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試技術(shù)研究20余年，經(jīng)驗(yàn)豐富，科研成果豐碩，相信未來我們絕對(duì)有能力推動(dòng)我們的背負(fù)式系列產(chǎn)品在各個(gè)行業(yè)中全面開花。以上就是我的全部內(nèi)容，感謝大家的聆聽，歡迎批評(píng)指正。
評(píng)委提問&點(diǎn)評(píng)你好，我有兩個(gè)問題。第一，在世界范圍內(nèi)有沒有與你們的產(chǎn)品類似的產(chǎn)品？第二，你們的產(chǎn)品是背負(fù)在發(fā)動(dòng)機(jī)上邊的，那你們有沒有做過溫度、震動(dòng)等試驗(yàn)，在這種環(huán)境下，它的性能穩(wěn)定性怎么樣？
石飛云：第一個(gè)問題，根據(jù)我們市場(chǎng)調(diào)研的情況，國外目前使用的小型溫度/電壓信號(hào)采集系統(tǒng)很難滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫、高壓、高負(fù)荷的使用環(huán)境。比如說DTS公司，他們有一款微型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，體積微小，但價(jià)格昂貴，24通道售價(jià)40萬，而且僅僅耐溫60℃，就無法滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試需求，所以這也是我們開展項(xiàng)目的初衷，設(shè)計(jì)一種適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)真實(shí)使用環(huán)境的測(cè)試產(chǎn)品。同時(shí)，這種背負(fù)式的理念，也是我們首次在發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用中提出來的。第二個(gè)問題，我們?cè)诋a(chǎn)品的初步設(shè)計(jì)完成之后，就根據(jù)國軍標(biāo)軍用裝備的環(huán)境試驗(yàn)要求對(duì)它進(jìn)行了高溫考核、振動(dòng)考核以及噪聲考核。最后我們?cè)谡鎸?shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和真實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行了它的背負(fù)驗(yàn)證，它與標(biāo)準(zhǔn)源信號(hào)輸出的誤差在0.2%以內(nèi)，證明了其可靠性。
我看到你們今年的產(chǎn)值規(guī)劃是300萬，到2025年，也就是3年后要達(dá)到3000萬。這三年時(shí)間你們是如何規(guī)劃的，如何實(shí)現(xiàn)從300萬到3000萬的產(chǎn)值提升？
石飛云：300萬是依據(jù)單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)上使用20臺(tái)儀器，單臺(tái)儀器預(yù)估價(jià)是15萬做出的估算，這個(gè)目前我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了。3000萬其實(shí)是根據(jù)未來幾年發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)和其產(chǎn)量來進(jìn)行的估值，我們有自己的完整的產(chǎn)品生產(chǎn)線，所以這個(gè)產(chǎn)值是絕對(duì)可以保證的。
