[0001] 本发明涉及变距螺旋桨调速器测试技术领域，尤其涉及一种变距螺旋桨调速器台架试验平台。

[0002] 调速器实质上是涡轮螺旋桨飞机变距螺旋桨的控制装置，接收来自发动机的动力，保证推进系统的恒速稳定、高效运行。为了保证调速器的功能和性能，需要进行一系列分阶段的测试试验。首先，针对调速器零部件，需要进行耐久性试验台测试；其次，针对调速器总成，需要进行台架测试；最后，针对机载产品之一，需要进行实际挂机飞行测试。其中，调速器总成的台架测试试验，需要整个推进系统参与，试验平台搭建难度较高。

[0003] 现有结合地面试车平台进行的全实物台架试验，试验结果真实性强。但直接采用全尺寸原型进行试验存在很大的局限性，包括构造和使用的成本昂贵，试验效率较低，可控性较差，难以进行数据收集和故障重现等。一旦出现故障，很有可能会损害所有外部设备，造成巨大的财产损失。

[0004] 因此，有必要提供一种成本低且可信度高的调速器台架试验方案。

[0055] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

[0056] 需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的诸如“第一”、“第二”之类的术语等是用于仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在特定的关系或顺序。应理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定,并且“第一”“第二”等字样也并不限定一定不同。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括清楚地列出的那些要素，而且还可以包括没有清楚的列出的其他要素，或者是还可以包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0057] 此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

[0058] 考虑到采用全实物台架试验，成本高。而由于航空发动机这类大型高速转子系统的动力学相似设计问题，仍然缺乏实用有效的进行模型试验解决方法。再加上螺旋桨、航空发动机，与调速器的几何尺寸、功率等差距甚大，整个系统做相似模型试验的可操作性不强。再者，若采用螺旋桨电子控制器替代调速器，仅能简单模拟变桨距动作，不能反映真实调速器工作运行时的参数波动，功能和性能测试结果可信度不足。

[0059] 故本申请针对调速器总成搭建台架试验平台，用仿真器模拟外部环境，结合半实物仿真的台架试验，可以提供激励信息和接收反馈信息，可接近全实物台架试验；具有较好地收集数据、更容易地进行故障重现、可控性强；成本较低、风险小的优点。

[0060] 下面将参考图1描述根据本申请的具体实施方式。

[0061] 本申请实施例的一种变距螺旋桨调速器台架试验平台，如图1所示，包括仿真计算机、电子控制器即下位机4、变距动力装置和变距执行装置，可低成本、高置信度地实现对被测对象调速器3的功能测试和性能测试。

[0062] 其中，仿真计算机用于运行仿真模型，包括发动机仿真模型1和螺旋桨仿真模型2；仿真计算机为高性能实时计算机。

[0063] 本申请实施例基于仿真模型，包括发动机仿真模型和螺旋桨仿真模型，提供功率、转速等控制参数的实时数据，以参与被测对象调速器控制逻辑回路；基于物理模型，包括被测对象调速器和电子控制器，通过输入输出实际物理量和电子信号，控制台架试验平台完成相应动作，以此反映被测对象的功能和性能；基于支持装置，包括变距动力装置和变距执行装置，提供动力或执行动作，支持物理模型实现相应的实际动作，提升半实物仿真的台架实验平台测试结果真实度。

[0064] 在一些实施例中，该平台还包括上位机5。

[0065] 在一些实施例中，所述发动机仿真模型1，可实时地响应下位机的控制信号并做出及时反馈。发动机仿真模型1采用模块化建模，包括核心机模型10和减速器模型11，如图2所示。核心机模型10接收来自下位机4的燃油量wf和螺旋桨实际桨距角βr，经实时运算得出发动机功率P1和发动机转速Nh。发动机功率P1输出到下位机作为控制算法程序内部参数之一。发动机转速Nh输出到减速器模型11，经实时运算最终输出调速器转速Ng。调速器转速Ng输出到下位机，并通过下位机传输给电动机6，用以控制调速器3的转速。下位机、嵌入发动机仿真模型的计算机、电动机之间通信连接。

[0066] 在一些实施例中，变距动力装置包括电动机6和油箱7。

[0067] 所述电动机6，作为动力源，与调速器3机械联接，接收发动机仿真模型的转速控制信号(即调速器转速Ng)，实时控制调速器3的转速。

[0068] 所述油箱7，包括过滤装置、冷却装置等，与调速器3通过管路联接，为调速器3提供液压油或液压油经调速器3控制由变距缸8流回油箱7。

[0069] 所述调速器为半实物仿真台架试验平台中的实物控制器之一，是被测对象。台架试验平台的功能测试，即调速器是否能根据电子控制器的控制信号执行正常变距功能、自动顺桨功能、最小桨距止动功能、反桨功能、主从控制切换功能、启停功能等；性能测试，即调速器执行正常变距功能时，其对螺旋桨实际转速的恒定调节精度和响应速度等控制性能的测试。

[0070] 调速器可为机械式或电液伺服式或其他类型的变距控制装置，根据不同类型的调速器适配电子控制器的控制信号。此半实物仿真台架试验平台可实现多种类型的调速器的功能测试和性能测试，并以此对比不同类型调速器的性能表现。

[0071] 在一些实施例中，所述调速器3，是机电液一体化控制器，由电动机6提供动力，油箱7提供液压油。调速器3接收下位机的第二控制信号W，内部元件根据第二控制信号W执行相应动作，控制液压油经管道输入或输出变距缸8。所述第二控制信号W，包括各个阀块的启闭信号Wi(i＝1,2,…,n。n为可控阀块数量)，由下位机4根据接收到的发动机仿真模型1、螺旋桨仿真模型2的数据信号与上位机5程序指令计算得出。调速器3为半实物仿真台架试验平台中的实物控制器之一，是被测对象。台架试验平台的功能测试，即调速器3是否能根据下位机4与上位机5控制信号执行正常变距功能、自动顺桨功能、最小桨距止动功能、反桨功能、主从控制切换功能、启停功能；性能测试，即调速器3执行正常变距功能时，其对螺旋桨实际转速Npr的恒定调节精度和响应速度等控制性能的测试。

[0072] 在一些实施例中，变距执行装置包括变距缸8、位移传感器9和位于变距缸两腔的可调压力溢流阀10。

[0073] 所述变距缸8，是调速器3的实体被控对象，可在液压油的流量或压力控制下执行收缩或伸出动作，模拟涡轮螺旋桨飞机螺旋桨整流罩内的变距缸。变距缸8可根据调速器3的结构，采用双腔进油或单无弹簧腔进油形式。所述可调压力溢流阀10，根据螺旋桨仿真模型2输出的转矩M信号，自动调节开启压力，以调节变距缸8两腔压力，模拟飞行负载。变距缸8上装有位移传感器9，实时检测变距缸内活塞的位移。获得的位移信号x，一方面输出到下位机，并通过下位机传输给螺旋桨仿真模型2；另一方面，可反馈到下位机4，形成闭环反馈控制逻辑，以减小变距缸等带来的干扰误差，提高台架试验平台的测试效果。

[0074] 在一些实施例中，所述螺旋桨仿真模型2，可实时地响应下位机的控制信号并做出及时反馈。螺旋桨仿真模型2采用模块化建模，包括桨毂模型12和桨叶模型13，如图3所示。桨毂模型12接收来自变距缸8的位移信号x，经实时运算得出螺旋桨实际桨距角βr。进一步地，螺旋桨实际桨距角βr与来自下位机4的海拔高度H、空速V0、螺旋桨预设转速Npy输出到桨叶模型13，经实时运算最终输出螺旋桨拉力F、螺旋桨转矩M、螺旋桨功率P2、螺旋桨效率η。
如上变量进一步输出到下位机4，经内部程序计算得出台架试验平台的测试量，即螺旋桨实际转速Npr，作为功能测试和性能测试评价依据，用于评估调速器是否可以恒速控制及恒速控制精度。下位机、嵌入螺旋桨仿真模型的计算机、位移传感器9之间通信连接。

[0075] 在一些实施例中，所述下位机4，可由PLC或单片机等组成。下位机4包括信号接口模拟控制器21、通信接口22、数据处理器23、数据存储器24，如图4所示。所述信号接口模拟控制器21，用于解决下位机4与仿真计算机之间的接口问题，可接收仿真计算机信号、将其模拟为传感器电信号输入下位机4，也可采集下位机4控制信号输出到仿真计算机。所述通信接口22，用于下位机4与上位机5、调速器3的实时交互。所述数据处理器23，用于执行控制算法，具体为将上位机控制信号Y中的螺旋桨预设转速Npy与仿真模型的输出量，即发动机功率P1、螺旋桨转矩M、螺旋桨功率P2和推进效率η，计算得预设桨距角βy，即βy＝f1(M,P1,P2,η,Npy)；进一步地，可由预设桨距角βy与上位机控制信号Y，计算得出第二控制信号W，即W＝T(w1,w2,…,wn) ＝f2(βy，Y)，其中，上位机控制信号Y包括发动机这边的燃油量wf，螺旋桨这边的海拔高度H、空速V0、螺旋桨预设转速Npy(这些信号通过下位机输出控制仿真模型)，以及用户进行功能选择所产生的对应数据信号(这些信号输出到下位机，完成所选功能)；进一步地，根据螺旋桨仿真模型2的输出量可计算出螺旋桨实际转速Npr，作为台架试验平台的测试量输出到上位机5，即Npr＝f3(βr,F,M,P2,η)。所述数据存储器24，一方面存储上述控制算法的计算机可读指令，另一方面可存储计算变量等数据。所述各函数关系式，表征各自输入量与输出量之间的关系，以使下位机计算得出台架试验平台测试量，具体实现方式可由试验数据或仿真数据拟合得到。

[0076] 下位机可利用输入数据通过内部控制算法程序运算处理，输出控制信号给到试验平台其余模块。下位机内部控制程序可采用分布式、模块化设计，包括飞行条件设定程序、变距控制程序、控制参数运算程序和状态可视化输出程序，配合仿真模型模拟接口等硬件，以满足台架试验平台的测试需求；

[0077] 在一些实施例中，所述上位机5，可由工控机或PC等组成，包括恒转速控制程序15、β模式控制程序16、顺桨控制程序17、主从切换控制程序18、选速控制程序19、状态监测程序20，如图5所示。各程序执行相应的算法，对应调速器3需测试的功能，恒转速控制程序15实现正常变距功能、β模式控制程序16实现最小桨距止动功能和反桨功能、顺桨控制程序17实现自动顺桨功能、主从切换控制程序18实现主从控制切换功能、选速控制程序19实现启停功能和恒转速平衡点设定功能。各程序可配合机器人操作系统(英文Robot Operating System，简称ROS)平台，根据功能测试需求选定执行程序，以输出上位机控制信号Y，至下位机4。同时，螺旋桨预设转速Npy和预设桨距角βy等可通过上位机5外部设定，作为部分上位机控制信号Y，直接输入下位机4参与控制算法。状态监测程序20可实现螺旋桨实际转速Npr等下位机4输出量或中间关键变量的数据可视化。上位机5与下位机4通信地连接。

[0078] 显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请的各单元或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请不限制于任何特定的硬件和软件结合。

[0079] 以上对于本申请实施例的说明，仅为本申请的部分实施例，用于使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请内容，并不用于限制本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。