直升机液压附件综合测试系统的关键技术应用研究

王秀霞，刘书岩，刘湘一，胡国才，王允良

(海军航空工程学院飞行器工程系，山东烟台 264001)

直升机液压附件综合测试系统的关键技术应用研究

王秀霞，刘书岩，刘湘一，胡国才，王允良

(海军航空工程学院飞行器工程系，山东烟台 264001)

直升机液压附件综合测试系统的总体要求是提高可靠性，提高测试精度及综合化自动化水平。测试系统的液压管路系统通过油液污染控制与管理，可以保证可靠性和延长使用寿命。基于LabWindows/CVI的虚拟仪器技术和PLC技术的应用以及多线程数据采集技术、传感器技术的应用，可以提高综合测试系统的测试精度和自动化水平。

直升机液压附件;综合测试系统;虚拟仪器;污染控制;PLC

直升机液压附件的种类和数量多、配合精密、性能指标要求比较高，但是由于各种原因，直升机液压系统附件的生产厂家比较分散，没有为其附件产品给用户配备相应的测试设备，目前使用的通过各种渠径研制的液压附件测试设备可靠性、综合化、自动化和标准化程度不高，面临技术改进与更新换代。根据直升机的技术支援需求以及机务保障要求，研制直升机液压附件综合测试系统，可以提高直升机的机务保障能力和保障水平。为提高或保证液压附件综合测试系统的可靠性和使用寿命，在系统的研制中实现液压油液污染综合控制与管理。基于LabWindows/CVI的虚拟仪器技术的应用、PLC技术的应用以及多线程数据采集技术的应用，提高了综合测试系统的测试精度和自动化水平。

1 液压油液污染综合控制与管理技术

1.1 污染度控制

国内、外大量研究证明:工作介质的污染度对液压附件的可靠性及工作性能有很大影响，对助力操纵系统附件、自动驾驶仪舵机的可靠性影响最大。伺服控制的换向阀是对污染物最敏感的元件。液压附件综合测试系统作为液压试验设备，特别含有精密液压控制元件，用来考核各种被试附件的性能，首先要保证系统提供尽可能干净的液压油，采取各种措施降低油液的污染度。除了设计阶段提高选用元件或回路的耐污染水平、制造阶段重视元件零件的清洗等措施外，过滤技术是污染控制最重要的一环。

在测试系统液压管路系统主供油泵和辅助泵的吸油口、油箱出油口安装吸油过滤器，过滤精度80 μm，用以保护油泵，避免其吸入较大的机械杂质，该吸油过滤器的通油能力大而阻力小。在主供油路的回油路和辅助回油路上、在油箱回油口上装有自封式回油过滤器，截获回路中因元件磨损或外界侵入的污染物，提高整个系统的清洁度，过滤精度20μm。该过滤器上装有污染信号发讯器，通过PLC传输信号，在液压操作控制台上设有污染报警显示。在油泵出口安装了一组过滤精度10μm的高压过滤器。压力管路上安装过滤器防止泵磨损下来的颗粒进入系统，当泵严重损坏失效时，截获碎片防止下级系统发生故障，它是防止污染物进入系统回路的最后一级过滤器;装有污染发讯器，在液压操作控制台上设有报警显示。

除了测试管路中关键部位设置内过滤器外，测试系统又采取了外过滤技术，由辅助泵组成一单独的过滤回路，对油箱内的油液进行循环过滤，不受主系统压力和流量的影响，因而外过滤系统中采用低压、高精度和大压差的过滤器，并且在主系统不工作时可对油箱油液进行预净化，防止二次污染，有效地控制污染磨损的“链式反应”。其作用相当于地面设备里的移动式过滤车。

1.2 温度控制

液压系统及油液的超温是液压系统故障的重要来源，会加剧油液的污染。整个系统及液压油液温度过高将会加剧各种密封装置的老化失灵，促使各种附件、导管的使用寿命严重缩短。采取有效措施控制液压系统及油液的工作温度，对提高系统、附件及介质的寿命，保证设备与附件工作正常具有重要意义。

综合测试系统液压管路系统在辅助泵系统中使用冷却能力较强的智能式油冷却系统。冷却器是该系统的关键件，油冷却机具有独立的电气控制系统，确保冷却后油箱工作液温度控制在35～45℃范围内。油冷却机组附有自动报警功能，可通过特定的方式及时提醒用户对装置进行检修，以免机件损坏，确保测试系统的可靠性。

1.3 液压管路系统防气穴控制

校验柱塞泵时，需要测试校验液压泵壳体回油量及流量压力特性。壳体回油量大小反映泵工作情况即磨损程度，根据流量压力特性可以确定全流量压力、零流量压力，判断泵的压力、流量能否满足正常工作的需要。采用通用液压泵校验台测试过程中，出现柱塞泵供油不足的故障现象，即使是完好的泵，测试时在额定转速、额定压力条件下，供油量却达不到额定值，考虑柱塞泵的自吸能力差的影响。液压泵的自吸能力仅与泵本身的结构有关，航空用柱塞泵大部分是阀配流结构，会因为自吸能力差、吸油不充分，造成供油流量不足。

克服自吸能力不足，设计柱塞泵测试系统时尽量增大柱塞泵吸油口总压力。除保证吸油过滤器工作正常，加大泵的吸油管路通径外，将油箱安装在液压泵的高度之上，设置油箱油量报警指示。克服自吸能力不足最有效的方法是设置辅助泵供油系统，利用辅助泵系统将一定压力的油液输送到被测柱塞泵的吸入口，通过一组5.5 kW、90 L/min圆弧齿轮输油泵向液压泵试验台供低压油。

测试系统液压管路系统采取防气穴控制设计，克服柱塞泵自吸能力不足，提高测试系统可靠性。

2 基于LabWindows/CVI的虚拟仪器技术的应用

LabWindows/CVI是一种虚拟仪器编程语言，它以ANSIC为核心，将功能强大、使用灵活的C语言与数据采集、分析和表达等测控专业工具有机地结合在一起。它的集成化开发、交互式编程方法、丰富的功能面板和库函数大大增强了C语言的功能。虚拟仪器的实质就是用户在通用计算机平台上，根据测试任务需求，定义和设计仪器的测试功能，利用计算机显示器的显示功能模拟传统仪器的控制面板，以多种形式来表达输出检测结果，利用计算机强大的软件功能来实现信号数据的运算、分析和处理，利用I/O接口设备来完成信号的采集、测量和处理，从而完成各种测试功能。

直升机液压附件综合测试系统的测试程序开发环境为LabWindows/CVI，每个液压附件对应一个测试程序。测试程序以动态链接库的形式供测试程序框架调用。操作界面是测试程序运行过程中操作人员对测试过程实施控制和测试结果显示的人机对话界面，系统测试程序操作界面整体采用窗口形式，界面内容如告警灯、开关、指针等内容完全图形化，界面元素本着界面布局协调统一、控件美观大方、操作功能齐全的原则设计。

3 PLC技术的应用

由于该测试系统可能在舰载等恶劣的应用环境中使用，因此要求测控元件自身具备较强的抗振、防潮、耐热等性能，而且要尽量减少测控元件的数量，从而提高整个测控系统的可靠性。为了满足上述要求，测试系统在采用PLC实现基本控制、运算等功能的基础上，还充分利用PLC的通信、计时、计数等其他多种功能。该测试系统通过PLC的计时和运算等功能实现系统中辅助泵状态的判断，以及辅助泵的延时启动和延时停止;测试系统还通过PLC的计数功能，对脉冲输出型流量传感器的脉冲信号进行采集;测试系统的上位机通过RS232总线实现与PLC的通信，从而获取PLC采集的油温、液位、油污等报警信息，以及系统状态和流量数据，进而在上位机中进行瞬时流量值、某个时间段内流量的计算以及信息的显示。

由于利用PLC内置计数器实现了计数功能，避免了重复采购独立、昂贵的计数板卡，在此基础上还充分利用了PLC的通信和计时等功能，从而实现了测控元件的进一步集成，提高了系统的可靠性，并在一定程度上降低了整个测试系统硬件的费用。

4 线程池、异步定时器等多线程数据采集技术的应用

在液压附件测试过程中，需要对压力、流量、转速、位移等多路信号进行实时的高速采集，并进行数据的处理、绘图和显示等工作。如果采用传统的单线程顺序执行的方式，则采集任务一旦开启，操作界面将无法响应用户的操作，其后果轻则使系统的实时性变差，出现系统“假死”的现象;重则无法通过软件控制系统的启停，产生不可预测的后果。

多线程是指操作系统支持一个进程中执行多个线程的能力。多线程技术涉及到两个基本的概念:进程和线程。进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动，常被定义为应用程序的运行实例。线程是指进程内部的可独立执行的单元，是操作系统对系统资源的基本调度单位。多线程技术中，当一个线程等待用户响应或大量计算结果时，另一个线程可以继续其他处理，使得进程总处于运行状态，可随时进行响应，从而提高系统的响应效率。一个多线程的应用程序实际上在其内部实现了多任务扩展，可以执行某些实时性或随机性很强的操作，提高对CPU的利用率，加快程序的信息处理速度。Lab-Windows/CVI提供了两种多线程的实现方式:线程池和异步定时器。

对于不连续执行或在循环中执行的多个任务而言，适合采用线程池的方式进行多线程控制。根据测试软件的功能需求，可将测试软件的任务划分为:用户界面控制、数据采集、数据输出、数据分析、数据显示等。其中将用户界面控制作为主线程，其余的功能作为次线程。这样多个线程可以同时执行，既加快了系统的反应速度，又提高了执行效率。

在执行时间间隔固定的多个任务时，适合采用异步定时器的方式进行多线程控制。异步定时器利用Windows多媒体定时器在指定的时间间隔调用执行函数，其时间间隔较精确。对于测试软件中油温、液位、油污等报警信息的采集，如果采用线程池的方式进行循环执行，则过于占用系统资源，影响其他线程的执行效率;如果采用异步定时器的方式进行间隔执行，则既可减小对系统资源的占用，又可满足报警提示的需要。

5 结束语

直升机液压附件综合测试系统的管路系统的可靠性直接决定了整个测试的可靠性;采用液压油液污染综合控制与管理技术，对系统进行污染度控制和温度控制，以及采取防气穴控制设计，提高泵源测试系统的可靠性;虚拟仪器技术的应用，提高了测试系统的智能化水平;PLC技术的应用以及多线程数据采集技术的应用，提高了综合测试系统的测试精度和自动化水平。以上关键技术的应用解决了直升机地面保障设备可靠性不足和自动化水平不高的问题。

［1］黄志坚，袁周.液压设备故障诊断与监测实用技术［M］.北京:机械工业出版社，2006.

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Key Techniques App lied to Helicopter Hydraulic Com ponents Test System

WANG Xiuxia，LIU Shuyan，LIU Xiangyi，HU Guocai，WANG Yunliang
(Naval Aeronautical and Astronautical University，Yaitai Shandong 264001，China)

To achieve high reliability and long life span of helicopter hydraulic test system，oil contamination controlwas carried out.To improve test precision and intelligence，some advanced techniqueswere applied，such as virtual apparatus based on LabWindows/CVI，PLC，advanced data collection and sensor.

Helicopter hydraulic components;Synthetic test system;Virtual apparatus;Contamination control;Programmable logical controller

TH137

A

1001－3881(2014)10－184－3

10.3969/j.issn.1001 －3881.2014.10.056

2013－04－17

王秀霞 (1969—)，硕士，副教授，主要从事液压领域的教学和科研工作。E－mail:wangxiuxia102@sohu.com。