[發明專利]基于無人機搭載平臺的渦噴發動機容錯試驗系統及方法

在審

• 申請號: 202110209051.5
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN112947378A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 李明;耿佳;劉金鑫;劉一龍;張興武;楊志勃;宋志平;陳雪峰
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

1.一種基于無人機搭載平臺的渦噴發動機容錯試驗系統，其特征在于，其包括，

無人機搭載平臺，其基于飛行指令執行預定飛行狀態；

渦噴發動機，其支承于所述無人機搭載平臺，所述渦噴發動機具有多個傳感器；

電子控制器，其連接所述渦噴發動機以執行發動機控制指令以控制所述渦噴發動機，所述傳感器輸出傳感器信號；

故障注入裝置，其連接所述電子控制器，所述故障注入裝置基于所述傳感器信號執行故障注入；

數據采集裝置，其連接所述渦噴發動機和故障注入裝置，以采集所述傳感器信號和故障注入的故障信號；

地面站，其無線連接所述無人機搭載平臺、電子控制器和數據采集裝置，所述地面站包括，

遙控接收機，其發送所述飛行指令和發動機控制指令，以及接收所述數據采集裝置采集的傳感器信號和故障信號，

上位機，其連接所述遙控接收機，所述上位機設定容錯驗證試驗參數，接收測試數據。

2.如權利要求1所述的一種基于無人機搭載平臺的渦噴發動機容錯試驗系統，其中，優選的，所述無人機搭載平臺包括無人機、接收飛行指令的通信單元、控制器模塊和測量外界環境參數的測量模塊，所述控制器模塊基于飛行指令控制所述無人機執行預定飛行狀態，所述預定飛行狀態包括在預定飛行高度和預定飛行速度飛行執行預定飛行姿態。

3.如權利要求2所述的一種基于無人機搭載平臺的渦噴發動機容錯試驗系統，其中，所述無人機搭載平臺還包括用于提供輔助推力輸出的驅動模塊和提供電能的電源模塊，所述無人機為固定翼無人機，所述測量模塊包括IMU傳感器、空速管、磁羅盤和GPS模塊，所述驅動模塊包括第一輔助動力電機和第二輔助動力電機，所述控制器模塊連接前起落架轉向舵機、左副翼舵機、右副翼舵機、平尾升降舵舵機、第一垂尾方向舵舵機和第二垂尾方向舵舵機。

4.如權利要求1所述的一種基于無人機搭載平臺的渦噴發動機容錯試驗系統，其中，所述渦噴發動機包括發動機本體、起動電機、電子調速器、油泵電機、油泵和電源，所述傳感器包括用于測量渦噴發動機進氣總溫和渦輪后排氣溫度的溫度傳感器、測量渦噴發動機進氣總壓和壓氣機后總壓的壓力傳感器、測量渦噴發動機渦輪轉速的轉速傳感器。

5.如權利要求1所述的一種基于無人機搭載平臺的渦噴發動機容錯試驗系統，其中，電子控制器包括嵌入式處理器、IO接口、RS422串口、PWM接口、油門桿接收模塊、監測信號發送模塊和通信單元，通信單元接收無人機地面站傳來的油門桿控制指令傳輸給油門桿接收模塊，嵌入式處理器生成并輸出供油信號，經PWM接口傳給所述渦噴發動機，嵌入式處理器IO接口和RS422串口接收所述故障注入裝置注入故障的傳感器信號，所述監測信號發送模塊無線連接所述地面站。

6.如權利要求1所述的一種基于無人機搭載平臺的渦噴發動機容錯試驗系統，其中，電子控制器基于油門桿控制信號輸出燃油流量信號并控制所述渦噴發動機，所述傳感器輸出傳感器信號。

7.如權利要求1所述的一種基于無人機搭載平臺的渦噴發動機容錯試驗系統，其中，所述的故障注入裝置包括斷點類故障注入裝置和漂移類故障注入裝置。

8.一種利用權利要求1-7中任一項所述的一種基于無人機搭載平臺的渦噴發動機容錯試驗系統的試驗方法，其包括以下步驟，

第一步驟，渦噴發動機搭載于無人機搭載平臺，地面站發送所述飛行指令到無人機和發送發動機控制指令到電子控制器，在地面起動渦噴發動機，調節油門桿使其處于慢車狀態；

第二步驟，無人機搭載平臺基于飛行指令執行預定飛行狀態，到達目標高度和目標馬赫數，電子控制器執行發動機控制指令以控制所述渦噴發動機，所述傳感器輸出傳感器信號；

第三步驟，故障注入裝置基于所述傳感器信號執行故障注入，數據采集裝置以采集所述傳感器信號和故障注入的故障信號，地面站上位機接收基于所述傳感器信號和故障信號以及電子控制器發出的監測控制信號對控制品質和容錯指標參數進行監測。

9.如權利要求8所述的試驗方法，其中，

第一步驟中，將通過在回路仿真容錯測試和地面試車容錯測試的控制器代碼下載到所述電子控制器，通過地面站上位機發出點火指令，在起動機的配合下完成渦噴發動機起動，調節油門桿角度使處于慢車狀態；

第二步驟中，通過地面站上位機設定目標高度和目標馬赫數，控制無人機搭載平臺飛行到設定的目標高度和目標馬赫數；

第三步驟中，按照地面站上位機設定的飛行場景，同步設定目標高度和馬赫數，控制無人機飛行以及設定故障注入模式，其包括單一電子/電氣故障和兩兩組合電子/電氣故障，數據采集裝置采集發動機轉速、壓力、溫度傳感器信號和故障注入后的轉速、壓力、溫度傳感器信號傳回地面站；控制器將容錯指標參數傳回地面站，所述容錯指標包括喘振裕度、超溫、超轉指標和推力降級指標。