通用自动测试系统在火箭发动机地面试验中的研究与应用解析

梁永鹏 王薇

西安航天动力试验技术研究所 陕西 西安 710100

引言

针对目前常规试验存在的弊端不足，需要用到更加先进的通用自动测试系统，来对火箭发动机地面试验机进行全过程测试，并及时输出测试结果，及时发现存在的不足，为调整方案提供真实有效的数据支持，从而更好的保证火箭发动机运行的安全性和稳定性。基于此，开展通用自动测试系统在火箭发动机地面试验中的研究与应用的分析就显得尤为必要。

1 常规测试技术存在的不足

常规测试技术测试人员的综合素质有很高的要求，不但需要熟悉火箭发动机地面试验的内容、要点，还需要能够熟练掌握测试仪器的操作方法，熟悉测试的原理和步骤，任何一个环节控制不当，都会影响最终测试结果的准确性。因此，常规测试在很多方面存在不足和问题，主要体现在以下几个方面：

1.1 工作量大，周期长

在常规测试经常需要手动调试大量仪器设备，劳动量比较大，工作效率低。

1.2 测试结果精度不足

常规测试中经常发生人为干扰，测结果存在随机性，难以真实反映出火箭发动机地面试验的结果。

1.3 数据记录烦琐

在火箭发动机地面试验中需要对大量数据进行记录，如电压、电流、温度、性能、参数等。手工记录量比较大，容易发生措记录和漏记录问题。特别是在火箭发动机地面高速试验中，常规测试难以满足实际需求。

2 通用自动测试系统的关键技术

2.1 测试总线技术

此项技术也通用自动测试系统的核心，其应用效果，直接关系到通用自动测试系统的建设方式和使用成本。在具体应用中需要结合目前市面常见的测试总线技术，进行全系统的分析对比，从而选择出最合适的测试总线技术[1]。

2.2 通用软件硬件体系技术

为提升通用自动测试技术使用的通用性，需要建设通用的软件接口标准，这就需要用到通用软件硬件体系技术，以提升通用自动测试技术的可用性、测试仪器设备的可互换性。

2.3 信号传输技术

在火箭发动机地面试验测试中需要传输很多信号和数据，现有的测试技术，在信号传输方面还存在误差大、稳定性差、可靠性的缺点。为解决这些问题，在应用通用自动测试技术时，需要采取更加先进的信号传输技术。

3 通用自动测试系统在火箭发动机地面试验中的应用要点

3.1 硬件方面的应用

在硬件方面，主要是通过更换通用自动测试系统前端的传感器和控制对象，来满足不同火箭发动机地面试验基本测试的需求。按照通用自动测试系统功能的不同，可细分成2种不同的系统，一种是测量系统，另一种是控制系统。在不同更换通用自动测试系统前端传感器的基础上，火箭发动机地面试验信号传输方式设计完成后，可按照通用自动测试系统硬件模型的不同，来实现这两个测试系统在火箭发动机地面试验中的不同应用。

测量系统在火箭发动机地面试验中应用时，主要是通过自动测试系统自带的测量设备，对火箭发动机地面试验数据进行全部采集，为降低使用成本，提升试验数据采集的全面性。测量系统多采取采取的是基于PCI总线的测量系统。具体的应用方法，在PCI总线之上，安装上插卡式的数据采集卡，来采集信号接口板上传感器传输来的数据，就能实时掌控火箭发动机地面试验中产生的各种数据，采集到数据再传输给计算机控制中心进行分析研究，就能快速得到火箭发动机地面试验数据[2]。在科学技术飞速发展的大环境下，很多高新技术和设备被广泛应用通用自动测试系统中，为提升测试的准确，测量系统中的一些基本配置，可换用当前最新或者是最成熟的测试技术和测试产品，以实现与时俱进。

控制系统在火箭发动机地面试验中应用时，主要是对一次火箭发动机地面试验的过程进行全面控制，常用的控制方式有3种，包括：顺序控制、条件控制、时序控制。每种控制方式，都可以按照提前设计好的程序进行开展有针对性的控制，因此，控制系统也称之为程序控制，又可细分成开环控制和闭环控两类。开环控制指的是在火箭发动机地面试验控制中，控制程序的转换和动作量控制只和输入的信号有关，和动作结果无关。闭环控制指的是在火箭发动机地面试验控制中，如果控制的输出信号不仅仅受到程序自身的约束，也受到动作结构检测信号的控制。二者相比，在火箭发动机地面试验中开环控制往往用处更大，对火箭发动机地面试验过程的控制，主要由事先设计好的控制时序来决定[3]。

3.2 软件方面的应用

通用自动测试系统中软件具有的主要功能是根据实际数据的流向调用各种软件功能模块实现对火箭发动机地面试验全过程的有效检测和控制。软件功能模块和通用自动测试系统各项数据的流向之间具有相互对应的逻辑关系，可按照火箭发动机地面试验的实际需求，科学设计逻辑关系，以提升通用自动测试系统的应用效果，最大限度上保证测试系统运行的稳定性和有效性。软件功能模块和数据流向之间对应的逻辑关系图，如图1所示：

图1 软件功能模块和数据流向之间对应的逻辑关系图

图1中，各箭头方向代表了数据的流向，通用自动测试系统软件主要是通过相应的管理程序、测试程序、检查试验结构程序等和用户来实现人机交互。从图1中能够清楚看出，通用自动测试系统软件具有很多功能，包括：配置管理系统资源、控制完成火箭发动机地面试验过程、处理试验数据等，为提升系统软件在火箭发动机地面试验中应用的通用性，系统软件和测试数据需要分开处理，保证所有的测试数据都可以通过数据库进行单独管理[4]。

比如：在进行火箭发动机地面流量计标定试验中，多采取音速喷嘴对新型差压式流量计进行标定，主要的试验机理是先测量处不同气源压力下音速喷嘴的流量和新型差压式流量计输出的压差，再根据管路中流体流量恒定的原理得出压差和音速喷嘴流量之间的对应关系，最后在根据此对应关系得出新型差压式流量计的工作曲线，在整个试验中需要得到测量的物理量比较多，包括管理中的流体流量、压力、温度等，在按照实际需要进行阀门控制时序配置，为保证标定结果的准确性，在具体试验中通常需要对多个工况下的流量计进行标定试验，每个工况处气源压力不同之外，其余的测试测量、控制策略都要保持一致，在1500Hz的采样频率之下测量压差式流量计的压力、压差式流量计后的压力、系统管路温度、压差式流量计输出压差等物理量，新型差压式流量计标定试验结果数据表如表1所示：

表1 新型差压式流量计标定试验结果数据表

从表1中个中能够清楚看出，新型压差式流量计测量得到的结构得出的数据系数和通过音速喷嘴测量得到的流量系数相比，最大的误差出现在0.066MPa的位置，但最大误差也只有0.77%。这就可以确定新型差压式流量计具有很高的的测量精度，采取新型差压式流量计的通用自动测试系统基本上能够满足火箭发动机地面试验的要求。

3.3 通用性方面的应用

在火箭发动机地面试验中，统一采取通用自动测试系统，对不同的火箭发动机地面试验任务，测量对象和控制对象也不相同，火箭发动机地面试验所采用的数据采集通道和控制通道也会发生改变。这就需要在正式开始试验之前，火箭发动机地面试验人员需要跟进实际的通用自动测试系统硬件配制情况，通过系统软件对数据采集测量和控制策略进行重新配制。而且所有的火箭发动机地面试验项目中，通常不需要对试验结果的数据进行特殊处理。所以通用自动测试系统中集成的通用数据处理模块基本上能够满足火箭发动机地面试验的全部需求，具有良好的通用性[5]。通过通用自动测试系统的通用性特点，可避免因为测试系统自身问题，引起火箭发动机地面试验失败，或者测试结果和实际结构不相符的情况。通用自动测试系统良好可靠性，而且能够根据用户反馈的具体意见，进行实时调整，整个操作过程简单方便，数据处理速度快，而且结构比较准确，可很好地满足火箭发动机地面试验的全部需求，值得大范围推广和应用。

4 结束语

综上所述，结合理论实践，分析了通用自动测试系统在火箭发动机地面试验中的研究与应用，分析结果表明，火箭发动机地面试验具有很强的专业性和技术性，而且难度比较大，对测试系统有极高的要求，任何一个细节处理不当，都会影响最终测试结果的准确性。通用自动测试系统中融合了很多先进的技术，通过硬件和软件的相互配合使用，可为火箭发动机地面试验提供一个先进的通用自动测试系统，而且具有良好的可靠性、通用性、易用性，即便是非测试人员，也可以很好地掌握操作要领。合理应用通用自动测试系统，对我国火箭事业持续健康的发展有非常重要的意义。