HB Z 286.7-1996 航空燃气涡轮发动机监视系统设计与实施指南 监视系统与机载系统的一体化设计.pdf
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1、中华人民共和国航空工业标准航空燃气涡轮发动机监视系统设计与实施指南监视系统与机载系统的一体化设计1 主题内容与适用范围HB/Z 286.7-96 1. 1 本指南提出航空燃气涡轮发动机和辅助动力装置监视系统与其他机载系统、子系统的一体化设计的要求和方法。1.2 阻/Z286.1(航空燃气涡轮发动机监视系统设计与实施指南总则的要求适用于本指南。本指南适用于航空燃气涡轮发动机及其辅助动力装置的监视系统与其他机载系统、子系统的一体化设计。2 引用标准本章无条文。3 缩略语本指南采用下列缩略语:3. 1 BITE Built In T est Equipment 机内测试设备3. 2 EMI Elec
2、tromagnetic Interference 电磁干扰3. 3 EMS Engine Monitoring System 发动机监视系统3.4 ERFE Extemal Radio Frequency Environment-High Energy Radio Frequency 外部射频环境一高能射频3.5o Input/Output 输入/输出4 总述发动机监视系统的主要功能是收集发动机事件数据、用于趋势和性能分析的数据和评估限制寿命零件使用寿命的数据,评估发动机状态和进行故障诊断。为实现发动机监视功能所需的发动机参数,其中主要也为其他功能所需(例如发动机控制和驾驶舱显示等).还有其他
3、专中国航空工业总公司1996- 09 -13发布134 1996-10一01实施HB/Z 286.7-96 门用于发动机监视的。利用数字系统和数据总线,可以使发动机监视功能部分或全部地与其他机载系统实施一体化设计,从而减少外场可更换件、降低成本、减小监视系统重量和所占空间。发动机监视系统EMS由若干功能块组成,图1给出沿数据流程的各功能块,也给出典型的一体化设计备选系统。图2说明EMS和其他机载系统一体化设计的备选方案及相互关系,并指出与本指南中各节的联系。近来有一种发展趋向.即尽可能多地在发动机上进行发动机参数的信号调节工作,以减少发动机与飞机机体接口的导线数量。必须强调指出:应在飞机设计之
4、初就充分考虑发动机监视功能井和其他机载系统、子系统的一体化设计。在现有飞机上增加发动机监视功能并和其他机载系统一体化的可能性较小。但是,为了能最经济有效地实现所要求的发动机监视功能,仍有必要去调查一体化设计的叮能性并努力付诸实现。本指南内容包括EMS功能一体化设计应考虑的问题、参数选择和要求、信号源、信号调节、信号处理、数据存贮、数据检索、发动机监视系统的各项要求与结构、一体化设计对其他机载系统所产生的影响以及发动机监视系统的硬件和软件要求。5 一体化设计应考虑的问题对一体化设计过程的有效管理方法是进行系统顶层设计,即根据EMS技术要求文件和各备选机载系统的有关文件,提出这些系统的功能分配清单
5、。然后对这些文件进行分析以确定恰当的一体化设计方法。可以考虑权衡研究、效费分析等。最后提出正式的一体化设计计划。5.1 功能上的相互影响从系统结构、适用性和可靠性方面考虑,必须从子系统和全局上确定每一功能的关键所在。同时还必须考虑系统之间的相关性,例如:a.利用其他系统的自检测能力来检查EMS所用参数的有效性,以避免数据错误造成对发动机健康状况的不正确诊断;b.利用发动机控制装置自检测的输出数据与EMS所记录的其他数据的时间相关性,将所检测到的故障与性能异常联系起来。以上两个例子都要求实时地从另一子系统上提取数据的结构方案。这种数据交换的要求将会影响到对结构上的一体化选择。5.2 隔离出于安全
6、性的考虑,在一组一体化的子系统中要求各部件之间功能上相互强立,以防止共模信号、隅合和串扰、总线相互干扰和失效传播的影响u例如,尽管余度和数据总线传输已经在很大程度上消除了这种影响,但往往还是期望有备份传感器以提供隔离条件。5.3 环境影响如果EMS不是关键系统,可以放宽对放电、EMS和ERFE的防护要求,但必须注意不能损害关键系统,如飞行控制系统等。对于EMS和其他系统的共用设备,如控制系统箱内的135 HB/Z 286.7 - 96 EMS信号放大器需要高的防护标准,则应仔细验证共用后的经济效益。5. 4 维修性EMS功能和其他机载系统一体化可能会影响维修性,设计时必须考虑以下问题:a.向维
7、修人员提供单一信息源。例如,若维修人员必须分别检查BITE、EMS、飞行参数记录器和告警计算机数据并把它们联系起来,则维修人员宁愿使用单一信息源而不用全部时用的信息:b.往往采用逐一排除过程来查找故障。一体化设计有可能减少外场可更换件的数日并改善故障隔离能力;C.取消多个数据源,可以排除可能存在的不一致性,但可能掩盖故障;d. EMS功能和其他系统在结梅上进行一体化时,应考虑装拆的复杂性。若要求有复杂的安装程序,可能会出现操作者不愿意只为排除EMS的一个故障去进行维修的问题;e. EMS功能和其他系统在结构上进行一体化设计时,还可能要求这些系统为增加的EMS功能提供自检能力。5. 5 可靠性利
8、用其他系统来完成EMS任务以及处理EMS数据,可能对这些系统的可靠性有不利影响。因此有必要从硬件和软件两个方面对EMS功能一体化的影响进行评价。这种评价有可能得出一体化设计的限制,也可能作出不对EMS的某些部件进行一体化的决定。5. 6 电源必须考虑电源系统的特性。飞机的配电系统通常包括多条各自单独保护的配电汇流条。当一台发动机失效或发电机不工作时.每条汇流条都有其自身的特性,其范围从瞬态扰动直到完全断电。一旦断电.EMS的数据不应丢失或遭到破坏。此外,也不能因某台发动机或其子系统故障而损坏与该台发动机有关的数据。在起动和停车过程监视发动机时,必须考虑主发动机发出的电源电压太低或完全断电的可能
9、性。最完善的汇流条通常采用电池供电或应急交流汇流条。这些汇流条在发动机起动时可以作为电源,但负载能力有限。在EMS采用多路数据总线的地方,应格外注意数据总线的电源。应对电源受到扰动的期间进行重点监视,如发动机起功、停车或负载转换过程。为了提高EMS的完整性,可以考虑采用由备用电源供电的余度数据总线结构c许多传感器依靠电源提供励磁或辅助服务,如加热器。因此在设计系统的电源结构时、应仔细地评价电源断电对传感器工作的影响。5.7 数据总线共享在考虑系统数据总线共享问题时,应注意下列情况:a.总线的完整性;b.总线负载能力和数据速率;C.总线结构和布线。5.7. 1 总线的完整性大部分现代民用和军用飞
10、机都有飞行关键数据总线。必须细心地保排这些总线的完整性136 HB/Z 286 . 7 - 96 以及和它们相连的系统。可以在这些总统上传输发动机监视数据或者从总线上提取数据,但数据的输入和输出必须遵循总线接口的各项要求。在某些情况下,可能会禁止数据进入总线。5. 7.2 总线负载能力为了满足发动机监视功能的需要,一条总线要传输大量的数据,必须评价该总线的负载能力。主要考虑:a. EMS数据标号和地址的可用性;b.对主要总线用户的扩展裕度的影响;c. EMS和主要用户数据的分辨率和更新率要求。5.7.3 总线结构及布线选择传输EMS数据的总线应考虑总线的结构和布线,主要考虑:a.总线结构对接受
11、附加终端的能力;b.总线协议对接受附加终端和标号的能力;C.附加布线或重新布线对EMLERFE和放电保护的影响;d.附加布线或重新布线对成本和重量的影响。5.8 软件应该尽早考虑软件一体化设计的问题,应考虑的主要囚京为:a.程序(如输入和输出程序)的共用性:b.运算量;C.定时要求和工作循环;d.存贮量;e通用的编程语言;f.操作系统;g.软件质量和配置管理要求;h.可重新编程的能力。5.9 将来结构的设想一种方法是使用核心盒或机箱,其中包括供电、标准的1/0模块、处理器和操作系统软件具有相关功能的1/0模块和软件可以插入机箱中的插槽内,形成一个多功能装置。对于这种系统,为了组装在一个机箱中,
12、在选择功能时应考虑:功能间的相互关系、结构间的相互关系、共用传感器的需求和制造部门的经验。这时,EMS的功能以及与这些功能有关的特殊要求或约束都应包括在备选功能的总清单中,这些备选功能将要在各机箱之间进行分配。5. 10 扩展必须确保一体化过程不能减弱原有一体化系统硬件和软件的扩展裕度。6 参数选择和要求EMS所要求的参数数目可从用于越限检查和趋势分析的少数几个参数到用于故障诊断、性能分析和使用寿命估算的很多参数。其中有些参数也为其他目的而设置,如发动机控制或137 HBlZ 286.7-96 指示,也可能需要增加一些专门用于发动机监视的参数。6. 1 参数要求仅就监视而言,对每一个参数都有下
13、列要求:a.精度(稳态精度和动态精度); b.分辨率;C.重复性;d.飞行航段;e.采样率;f.更新(处理)率;g.输出速率;h利用率。6.2 参数用途参数可能具有多种用途,每项用途要求不同的处理。除在某些情况下,可能还需要其他参数外,表1给出对下列EMS功能有用的参数,可帮助设计师使参数选择和订购方的需求相匹配:a.超限监视ib.使用寿命监视;C.性能趋势分析;d.性能诊断(单元体性能分析); e.机械趋势分析;f.机械诊断;g.机群监测参数平均;h.发动机控制系统趋势分析和诊断;1.事件检测和分析;J.发动机起动监视;k发动机停车监视。对于EMS的每一个功能.典型参数的要求见附录A(参考件
14、)。7 信号源利用同一个传感器为EMS和其他系统提供输入可以降低成本。为此,必须提出对发动机监视功能以及其他系统功能的要求。若要共用现有的传感器,很可能因增加监视功能而要求改变传感器的规格。7. , 信号摄选择信号源的选择必须考虑所有误差的分配、数据格式和特征、信号调节与处理能力的相容性,以及可靠性和完整性。有些传感器要求有关系统向其提供电源或励磁,而另一些传感器可能需要加热器、特别补偿等。在数据源的机内自检测期间,必须考虑数据中断。7.2 信号源共享138 HB/Z 286.7 - 96 给出特定信号的要求后,信号凛共享有四种可能性:a.在传感器本身或调节器的信号源中,所希望的信号已经存在,
15、信号源易于共享;b.所希望的信号已经存在,但必须更换传感器或信号调节器才能共享信号;C.所希望的信号已经存在,但不具备共享的条件或者戚本太高,因此必须为EMS提供新的信号源;d.所希望的信号不存在,因而必须提供新的信号源。7.3 飞机参数下列有代表性的飞机参敷可用于发动机监视,它们来自飞机系统或者由机组人员输入到机载系统:a.大气温度,包括大气带温和(或)大气总温;b.飞行高度;C.飞行速度,包括马赫数、指示空速和(或)校正空速;d.总重:e.空中或地面逻辑值;f.飞行模式;g.飞行航段;h.时间:l.自动推力或自动油门模式;j.防冰活门开或关;k.发动机引气状态、环境控制系统的状态(关或开)
16、,可能的话还有流量、压力和温度;l交叉引气;m.攻角;n.武器发射信号:O.油门杆角度:p.发动机总燃油流量;q.法向加速度;r.旋翼转速(直升机); S.飞机标识号;t.发动机控制参数,例如排气温度、发动机压比、燃油流量、转速、功率杆角度和压气机出口压力。S 信号调节和传输8.1 信号调节由于成本、重量和空间的原因,可以将信号源数据(数字量或模拟量)传输给一些独立的系统并由它们共享。各独立系统的输出可以综合利用。在进行一体化工作时应考虑以下内容:a.隔离;b.共模抑制;139 HB/Z 286.7-96 C.模/数转换和数/模转换zd.工作环境,包括放电.EMI和ERFE;e.失效传播;f.
17、踊合和串扰。8.2 信号转输在信号调节、信号处理前后,都必须充分注意信号传输不能损坏数据的完整性和精度。一旦完成了传感器信号调节,问题则转化为一个系统的输出如何引入另个系统。有多种数据传输协议可供用户选择来完成数据传输。若需要增加输出量,则必须考虑设计的负载能力。使用不正确的负载势必造成精度降低并有可能使故障扩展到其他独立系统中去。必须考虑za.源阻扰和负载阻抗;b.场强和类型;C.放电、EMI和ERFE;d.负载滤波和灵敏度;e.数据定时;f.内部连接关系;g.电缆活动。为防止信号失真而设计的布线方法有:8.绞合电缆;b.绞合屏蔽电缆;C.单股屏蔽电缆;d.双股屏蔽电缆;e.成对敷设单股电缆
18、;f.随机的电缆敷设;g.对信号类型进行分组并分开敷设;h.光纤电缆。表1EMS功能与参数范围只超限使用性能性能机械机械机群寿命趋势趋势监视诊断诊断平均监视分析分析飞机识别号 日期 X X 格林尼泊平均时间 起飞地点 计划目的地X 实际目的地 航班 飞行航段 X 自动袖门状态 X 二一一一140 控制事故起动停享系统栓测监视监视诊断和分析 X 陆 陆 撒 据 HB/Z 286 , 7-96 续表1雪立超限使用性能性能机械机械机群控制事故|起动|停车寿命趋费趋势系统和检分测析监视监视监视诊断诊断平均监视分析分析诊断大气且温 X 马赫数X X x X X 高度 x 攻角 X X 侧滑 X 校正空速
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