飞机发动机转速的实时检测与显示系统实现研究

任文强

摘 要：本研究首先分析了系统设计的基本原理及组成，然后探讨了系统工作流程及程序结构，从而对飞机发动机转速的实时检测与显示系统实现进行了研究。

关键词：飞机发动机；转速；实时检测；显示系统；实现

1 前言

飞机发动机工作状态一方面对飞机的飞行速度造成了直接而深刻的影响，另一方面还对飞机的战术性能的发挥造成了直接而深刻的影响，同时还对飞机的飞行安全造成了直接而深刻的影响，因此，在飞行过程中，应该对发动机的工作状态进行及时准确的了解和控制。发动机转速对飞机发动机工作状态造成了直接而深刻的影响，因此，在飞机飞行过程中，应该对发动机转速显示系统的快速性、稳定性等进行切实有效的保证[1]。为了促进发动机转速指示表在飞机使用过程中准确性及稳定性的提升，本研究将一种飞机发动机转速实时检测和仪表显示系统设计了出来，其基础为步进电动机控制技术，主要由单片机控制步进电机驱动，途径为采集处理并分析模拟转速信号，将转速的变化直观反映出来，途径为步进电机將转速指示表带动起来。

2 系统设计的基本原理及组成

本研究设计的转速实时检测与显示系统主要由三大模块组成即步进电动机、AT89C51单片机、信号变换电路，其中步进电机将动力提供给转速指示表指示角度，AT89C51单片机采集并处理分析一些信号，信号变换电路向单片机可采集信号转换飞机发动机转速模拟信号。系统将模块化设计思想充分利用了起来，对局部故障引发的整体故障进行有效的避免，将电气隔离环节加入各部分电路之间，对信号之间的相互干扰进行了有效的避免。系统由转速传感器对转速信号进行检测并向正弘交流电压信号转换，以转速指示器工作原理为基础，正弘波电压信号经过单相桥式整流、电压比较后向矩形波电压信号变换，矩形波电压信号向单片机89C51芯片系统进入，单片机经软件处理和分析前将脉冲信号采集下来，向步进电机发送相应的控制信号，控制步进电机，对步进电机进行驱动，将仪表指针指示带动起来[2]。

3 系统工作流程及程序结构

外部模拟的飞机发动机转速传感细胞在系统正常工作过程中向系统进入，依次经过整流滤波LM339电压比较器、向直流电压信号、矩形波电压信号变换。方波信号从光电隔离电路经过后从AT89C51单片机外部通过将INTO引脚输入单片机中断进行采集。单片机将内部子程序调用前将外部信号采集过来，将采集到的信号频率计算出来并分析处理。单片机向步进电机直接发送控制信号前将第一个信号频率采集过来后，对其启动进行控制，同时将一个采样周期完成，途径为向相应角度位置转动。在完成第二个采样周期后，单片机比较上一个采样周期采集到的信号频率和此时采集到的信号频率，如果后者大于前者，则对步进电机进行控制，将仪表指针带动，使其向一定的角度正向偏转；而如果后者小于前者，则对步进电机进行控制，将仪表指针带动，使其向一定的角度反向偏转；如果此时采集到的信号频率为0，则归零步进电机带动仪表指针；如果二者相等，则对步进电机进行控制，对仪表指针上一个采样周期指示的角度进行保持，如此一直循环下去。由于仪表表盘具有一定的刻度，因此为了对仪表指针在外部信号频率变化的影响下超过最大刻度或过零进行有效的预防，本研究将报警装置加装了其中，一旦有指针超过最大刻度或过零的现象发生，那么装置就会第一时间自动报警[3]。

软件设计过程中主程序主要将初始化、设置初值、开启INTO中断、判断标志位、将各个子程序调用等功能完成，子程序主要将对信号子程序进行采样、将报警子程序显示出来等功能完成，将模块化设计思想充分利用了起来。仪表指针在输入信号频率初值的过程中启动并向相应的角度位置转动；指针在将输入频率信号停止的情况下自动回零，仪表指针在重新输入外部信号后又向相应的角度位置转动；仪表指针在信号频率不断变化的过程中向相应的角度转动。从总体上来说，仪表指针在将频率改变的情况下就会向相应的位置转动，仪表指针在中途将复位按钮按下的情况下便会在相应的位置停留，仪表指针在将复位按钮停止按下的情况下会向相应角度继续转动[4]。

应该在一定范围内输入信号频率，单向正弦波交流信号频率f为100r/min～5000r/min，平均为n/60，计算的频率为1.83Hz～83.3Hz，仪表指针在频率改变△f为1/6Hz（转速改变△n为10r/min）的情况下转动0.45°（在系统的技术要求指导下）。由于仪表表盘具有一定的刻度，因此为了对仪表指针在外部信号频率变化的情况下超过最大刻度或过零的现象进行有效的预防，软件设计为一旦频率在两路信号频率变化不在规定的范围内的情况下突变，那么仪表指针则固定在原位置，而在频率变化又在规定的范围内恢复的情况下向相应角度重新转动。本研究结果表明，精度在较大程度上改变频率的情况下达到控制要求，而在频率改变△f在1Hz以下（频率具有极小的改变）的情况下，仪表指针可能在0.3°～1°范围内波动转动。波动在具有极小的频率信号变化的情况下产生极易引发误差，同时，有间隙存在于减速机构装置中也极易引发误差[5]。

本研究将一种飞机发动机转速实时检测与仪表显示系统设计了出来，其基础为单片机技术，将模块化设计实现充分利用了起来，对局部故障引发整体故障的现象进行了有效的避免。结果表明，系统具有较为稳定的工作性能、较高的检测和指示精度、较低的成本、较为轻巧的体积等，能够使飞机发动机转速检测的需求得到有效的满足，从而使飞机飞行的安全性及完好率得到切实有效的保证，为地勤人员使用与维护提供良好的前提条件。

参考文献：

[1] 张奇.空气循环系统中动力涡轮性能分析[D].南京航空航天大学，2016.

[2] 侯宇.直升机动力/旋翼/传动系统建模研究[D].南京航空航天大学，2016.

[3] 陶庆栋.便携式一体化飞机发动机动静态测试系统开发——下位机[D].合肥工业大学，2016.

[4] 高为民，任智博，王勤等.飞机进气道/发动机台架联合试验及匹配特性研究[J].航空发动机，2017（4）：74～78.

[5] 高维，舒晴，屈进红等.航空物探飞机典型飞行状态下振动特性研究[J].物探与化探，2016（1）：93～99.