Đề tài Thiết kế hệ thống tự động hoá quá trình kiểm tra tham số động cơ chính AL-31F của máy bay SU27

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ------o-------- LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH KIỂM TRA THAM SỐ ĐỘNG CƠ CHÍNH AL-31F CỦA MÁY BAY SU27 VŨ ANH TUẤN Thái Nguyên năm 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ------o-------- LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH KIỂM TRA THAM SỐ ĐỘNG CƠ CHÍNH AL-31F CỦA MÁY BAY SU27 NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ MÃ SỐ : HỌC VIÊN: VŨ ANH TUẤN NGƯỜI HD KHOA HOC: PGS-TS. ĐỖ XUÂN TIẾN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PSG.TS ĐỖ XUÂN TIẾN KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Thái Nguyên năm 2009 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Vũ Anh Tuấn học viên lớp cao học K10 - Chuyên ngành Tự động hoá. Tôi xin cam đoan những kết quả trong luận văn này hoàn toàn do tôi nghiên cứu, thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Phó giáo sư, Tiến sĩ Đỗ Xuân Tiến và tham khảo những nguồn tài liệu đã trích dẫn. Học viên Vũ Anh Tuấn MỤC LỤC Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Tran g Lời cam đoan................................................................................................................... Mục lục.............................................................................................................................. Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt.................................................................. Danh mục các bảng biểu............................................................................................. Danh mục các đồ thị, hình vẽ.................................................................................... Mở đầu.............................................................................................................................. Chương I. Kiểm tra tham số làm việc của động cơ al-31f khi mở máy động cơ ở mặt đất I.1. Giới thiệu chung về động cơ al-31f...................................................................... 1 I.2. Các Tham số cần kiểm tra, phương pháp lấy các tham số cần kiểm tra khi động cơ al-31f làm việc ở mặt đất. ...................................................................... 3 I.2.1. Các tham số cần kiểm tra. ........................................................................ 3 I.2.2. Phương pháp lấy các tham số cần kiểm tra. ........................................ 4 Chương II. Xây dựng mô hình ghép nối máy tính với đầu cắm luq-cpa trên máy bay II.1. Đại cương về kỹ thuật ghép nối máy tính.......................................................... 17 II.1.1. Yêu cầu trao đổi thông tin của máy tính với môi trường bên ngoài ......................................................................................................................... 18 II.1.2. Các dạng thông tin và loại thông tin trao đổi giữa máy tính và thiết bị ngoại vi. ..................................................................................................... 21 II.1.3. Vai trò, nhiệm vụ và chức năng của khối ghép nối........................... 22 II.1.4. Đặc trưng chung của khối ghép nối. ..................................................... 26 II.1.5. Cấu trúc chung của một khối ghép nối. ............................................... 32 II.1.6. Chương trình phục vụ trao đổi tin cho khối ghép nối...................... 34 II.1.7. Giao diện của máy tính trong đo lường và điều khiển.................... 36 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên II.2. Mô hình ghép nối máy tính với đầu cắm kiểm tra luq-cpa trên máy bay.... 40 II.2.1. Khái quát. .................................................................................................... 40 II.2.2. Sơ đồ ghép nối máy tính với đầu cắm kiểm tra luq-cpa trên máy bay Su-27. ............................................................................................................... 41 Chương III. khối ghép nối, chương trình kiểm tra tham số động cơ al- 31f trên máy vi tính III.1. Thiết kế khối ghép nối. ........................................................................................ 43 III.1.1. Đặt vấn đề. ................................................................................................. 43 III.1.2. Tổ chức phần cứng cho khối ghép nối. ............................................... 43 III.1.3. Xây dựng phần mềm của khối ghép nối. ............................................ 62 III.2. Xây dựng chương trình kiểm tra tham số động cơ al-31f trên máy vi tính...... 67 III.2.1. Phần nhập dữ liệu vào RAM. ................................................................ 70 III.2.2. Phần xử lý dữ liệu. ................................................................................... 70 III.2.3. Phần xử lý đồng hồ. ................................................................................. 71 III.2.4. Phần xử lý đồ thị. ..................................................................................... 73 III.2.5. Phần xử lý dữ liệu. ................................................................................... 73 III.2.6. Phần xử lý đưa ra bảng thông báo về tình trạng sự cố của động cơ khi kiểm tra. ...................................................................................................... 74 Kết luận và kiến nghị..................................................................................... Phụ lục............................................................................................................. Tài liệu tham khảo......................................................................................... Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU vca - Hộp phụ tùng máy bay. vna - Các lá hướng dòng cửa vào động cơ. dqv - Truyền cảm tốc độ vòng quay dạng tần số. cnd - Máy nén thấp áp. cda - Hộp phụ tùng động cơ. cvd - Máy nén cao áp. cpa - Thiết bị kiểm tra. crd - Tổ hợp điều chỉnh động cơ crd-99b. np - Bơm cao áp np-96M. nr - Bơm điều chỉnh nr-31B. oxc - Buồng đốt chính. pnc - Bàn kiểm tra mặt đất npc-99. pnp - Bàn kiểm tra mặt đất pnp-132b-1. rx - Miệng phun phản lực. fc - Buồng đốt tăng lực. KNG - Khối ghép nối. MVT - Máy vi tính. TBN - Thiết bị ngoại vi. VXL - Vi xử lý Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Chương I. Kiểm tra tham số làm việc của động cơ al-31f khi mở máy động cơ ở mặt đất Bảng 1.1. Tham số động cơ trên giàn thử..................................................... 2 Bảng 1.2. Thành phần các thiết bị kiểm tra pnc-99 xepz 3....................... 4 Bảng 1.3. Các tham số kiểm tra tương ứng với các loại truyền cảm....... 6 Bảng 1.4. Các chân cắm mang thông tin của đầu cắm luq-cpa................ 15 Chương II. Xây dựng mô hình ghép nối máy tính với đầu cắm luq-cpa trên máy bay Bảng 2.1. Chức năng chân cắm ở cổng máy in............................................ 36 Bảng 2.2. Chức năng chân cắm của cổng nối tiếp RS-232 ở máy tính PC 38 Phụ lục Bảng 1.1. Các tham số liên tục của TECTER trên Su-27.......................... Bảng 1.2. Các lệnh ngắt quãng của TECTER trên Su- 27.......................... Bảng 1.3. Đồ thị chuẩn của các tham số....................................................... DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Chương I. Kiểm tra tham số làm việc của động cơ al-31f khi mở Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên máy động cơ ở mặt đất Hình 1.1. Sơ đồ khối của thiết bị kiểm tra khách quan.............................. 10 Hình 1.2. Cấu trúc một chu trình ghi trên băng từ...................................... 14 Hình 1.3. Sơ đồ tín hiệu lấy ra một chu kỳ................................................... 16 Chương II. Xây dựng mô hình ghép nối máy tính với đầu cắm luq-cpa trên máy bay Hình 2.1. Cấu trúc hệ trao đổi tin giữa MVT và TBN............................... 18 Hình 2.2. Vị trí và vai trò của KGN............................................................... 23 Hình 2.3. Các cấu trúc đường dây liên hệ của MVT và KGN................. 27 Hình 2.4. Các dạng truyền số liệu................................................................... 30 Hình 2.5. Sơ đồ khối của khối ghép nối........................................................ 33 Hình 2.6. Bố trí chân ở cổng máy in của máy tính PC.............................. 36 Hình 2.7. Bố trí chân của cổng nối tiếp ở máy tính PC loại 25 chân..... 37 Hình 2.8. Bố trí chân của cổng nối tiếp ở máy tính PC loại 9 chân....... 38 Hình 2.9. Sơ đồ khối ghép nối giữa đầu cắm luq-cpa máy bay với cổng COM của máy tính.................................................................................... 42 Chương III. khối ghép nối, chương trình kiểm tra tham số động cơ al-31f trên máy vi tính Hình 3.1. Sơ đồ chân tín hiệu của on-chíp 80C51...................................... 44 Hình 3.2. Sơ đồ chức năng của on-chip 80C51........................................... 47 Hình 3.3. Tổ chức của ( SFR ) trong R.......................................................... 49 Hình 3.4. Thanh ghi từ trạng thái chương trình PSW................................ 50 Hình 3.5. Tổ chức không gian của bộ nhớ chương trình EPROM.......... 51 Hình 3.6. Bảng vector ngắt của ON-CHIP 80C51...................................... 52 Hình 3.7. Không gian của bộ nhớ dữ liệu RAM......................................... 53 Hình 3.8. Phân đoạn bộ nhớ RAM trong on-chip....................................... 54 Hình 3.9. Sơ đồ tổ chức bộ nhớ dữ liệu ngoại trú....................................... 55 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 3.10. Tạo xung đồng hồ cho on-chip................................................... 55 Hình 3.11. Minh hoạ chu kỳ máy trên........................................................... 56 Hình 3.12. Sơ đồ nguyên lý IC chuẩn mức CMOS-TTL phối hợp đầu vào............................................................................................................... 56 Hình 3.13. Sơ đồ cấu tạo và chân cắm của MAX 232............................... 57 Hình 3. 14. Quy luật bổ sung, loại bỏ của queue........................................ 59 Hình 3.15. Cách tổ chức queue........................................................................ 59 Hình 3.16. Sơ đồ chức năng của khối ghép nối........................................... 60 Hình 3.17. Sơ đồ nguyên lý truyền cổng nối tiếp ở Mode 2.................... 61 Hình 3.18. Chương trình kiểm tra tham số động cơ................................... 72 Hình 3.19. Bảng hiển thị trên các đồng hồ đo tham số.............................. 73 Hình 3.20. Bảng đồ thị các tham số động cơ máy bay.............................. 74 Hình 3.21. Bảng nhập và chỉnh sửa số liệu. ................................................ 75 Hình 3.22. Bảng kết luận về tình trạng động cơ.......................................... 75 MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của Khoa học - Kỹ thuật ngày nay kỹ thuật điện tử và kỹ thuật chế tạo vi điện tử cũng đã liên tục có những tiến bộ vượt bậc. Đây là những bước tiến tiền đề cho sự phát triển của kỹ thuật vi xử lý là bước Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ngoặt quan trọng trong sự phát triển của khoa học máy tính và xử lý thông tin và là công cụ để thúc đẩy sự phát triển của nhiều ngành khoa học khác. Kỹ thuật điện tử và kỹ thuật vi xử lý từ lâu đã được ứng dụng phổ biến trong các trang thiết bị kỹ thuật của ngành hàng không. Việc trang bị các máy tính số và hệ vi xử lý cho các hệ thống trên máy bay đã giúp giải quyết dễ dàng và tối ưu hơn các bài toán do yêu cầu của nhiệm vụ đặt ra, nâng cao hiệu suất sử dụng và giảm nhỏ các thiệt hại về kinh tế trong quá trình làm việc và chiến đấu đối với máy bay dân sự và máy bay quân sự. Trong hầu hết các loại máy bay thế hệ mới đang sử dụng trong Quân chủng Phòng không-Không quân Việt Nam SU-27 được sử dụng như một máy bay chiến đấu và đánh chặn tầm xa. Nó thường xuyên thực hiện các chuyến bay trong các nhiệm vụ chiếm ưu thế trên không và có thể thực hiện gần như mọi nhiệm vụ chiến đấu. Để có thể thực hiện tốt nhiệm vụ trước khi cất cánh SU-27 cần phải được kiểm tra tham số làm việc của các hệ thống truyền động và động cơ, cũng như đánh giá tình trạng chất lượng của các thiết bị. Theo phương pháp kiểm tra truyền thống thì các thiết bị đo được sử dụng chủ yếu là các dụng cụ hiển thị kiểu kim và tổ hợp báo đèn tín hiệu vì vậy các thông tin đặc trưng cho các tham số chưa được xử lý nên tính tổng hợp và đánh giá hỏng hóc có độ tập trung không cao. Công việc kiểm tra vẫn mang tính chất thủ công chưa tự động hoá nên hiệu qủa các tiến trình kiểm tra còn thấp. Việc áp dụng kỹ thuật mới tự động hoá hoàn toàn quá trình kiểm tra các tham số làm việc của máy bay bằng máy tính sẽ rút ngắn thời gian, nâng cao chất lượng của quá trình kiểm tra đồng thời giúp cho việc khai thác và sử dụng có hiệu quả các trang thiết bị trên máy bay. Với tính cấp thiết như đã trình bày ở trên tôi chọn đề tài " Thiết kế hệ thống tự động hoá quá trình Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên kiểm tra tham số động cơ chính al-31f của máy bay SU27 " với mục tiêu của luận văn là: - Nghiên cứu hoạt động của hệ thống kiểm tra tham số động cơ chính al-31f của máy bay SU-27 từ đó tìm hiểu phương pháp tổ chức thu thập và xử lý số liệu cũng như đặc điểm của các tham số cần kiểm tra và rút ra kết luận về ưu điểm, nhược điểm của hệ thống kiểm tra đang sử dụng. - Dựa trên cơ sở những nhược điểm của hệ thống kiểm tra cũ, áp dụng những tiến bộ của tin học, khoa học máy tính và vi xử lý trong đo lường giám sát, thiết kế hệ thống kiểm tra mới cho phép tự động hoá hoàn toàn quá trình kiểm tra, rút ngắn thời gian và nâng cao chất lượng của quá trình kiểm tra. Bố cục của luận văn bao gồm ba chương Chương 1. Kiểm tra tham số làm việc của động cơ al-31f khi mở máy động cơ ở mặt đất. Chương 2. Xây dựng mô hình ghép nối máy tính với đầu cắm luq-cpa trên máy bay Chương 3. Khối ghép nối, xây dựng chương trình kiểm tra tham số động cơ al-31f bằng máy vi tính. Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Đỗ Xuân Tiến, sự giúp của các thầy cô trong bộ môn Tự động hoá Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Bộ môn Vi xử lý Học viện Kỹ thuật quân sự, Khoa sau Đại học Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Do hạn chế về thời gian và tài liệu tham khảo nên luận văn chắc chắn không tránh khỏi sự thiếu sót kính mong được sự quan tâm, góp ý của các thầy cô và bạn bè đồng nghiệp. Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2009 Học viên Vũ Anh Tuấn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - 1 - CHƯƠNG I KIỂM TRA THAM SỐ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ al-31f KHI MỞ MÁY ĐỘNG CƠ Ở MẶT ĐẤT I.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ al-31f Động cơ al-31f là loại động cơ có hai guồng nén (thấp áp cnd và cao áp cvd), hai luồng khí (luồng trong và luồng ngoài). Dòng khí của cả hai luồng sẽ đƣợc trộn chung sau tuốc bin để vào buồng đốt tăng lực rồi qua miệng phun ra ngoài. Động cơ al-31f có các thành phần chính sau đây: - Máy nén. - Buồng đốt chính OKC. - Tuốc bin. - Luồng ngoài. - Buồng đốt tăng lực fc và bộ phận trộn 2 luồng khí. - Miệng phun phản lực PC. - Hộp phụ tùng động cơ cda và phần truyền động các trục động cơ tới bộ biến tốc độ của các truyền cảm tốc độ vòng quay thấp áp. - Các hệ thống: dầu nhờn, dầu đốt, hệ thống chống đóng băng và hệ thống mở máy... Trên mỗi máy bay Su-27 có lắp 2 động cơ al-31f. Mỗi động cơ đƣợc cố định bằng 3 điểm, hai điểm chính nằm trên ống chuyển tiếp nối giữa máy nén thấp áp cnd và máy nén cao áp cvd lắp trên khoang 38 của máy bay, một điểm bổ trợ phía sau lắp giữa khung 45 và 45a của máy bay. Trục dọc của động cơ đƣợc lắp song song với trục đối xứng máy bay, phần đầu của động cơ đƣợc lắp chúc 30, phần miệng phun lắp chúc 50 so với phƣơng ngang. Một số tính năng cơ bản của động cơ: - Lực đẩy khi tăng lực toàn phần chế độ (b): 12500kg lực. - Lực đẩy khi động cơ ở MAKC chế độ (b): 7500 kg lực. Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - 2 - - Lƣợng khí lớn nhất qua động cơ: 112 kg/giây. - Tỷ số nén (của cả cnd và cvd): 23,7. - Tỷ số giãn nở của tuốc bin: + Ở chế độ pf: 2,96. + Ở chế độ MAKC: 3,1. - Hệ số phân khí giữa 2 luồng m = G1/G2 : 0,56. - Trọng lƣợng động cơ: + Trọng lƣợng rỗng: (1520 + 2%) kg. + Trọng lƣợng khi đóng thùng (1819 + 2%) kg kể cả crd và hộp kíp. Bảng 1.1. Tham số động cơ trên giàn thử Chế độ làm việc của đ.c n1 n2 Lực đẩy kg lực Suất tiêu hao nhiên liệu kg/kg lực.giờ % Vòng/ phút % Vòng/ phút pf b 98 +1 -2 9996 1001 13300 12500-2%  1,92+0,04 ub 94+1-2 9590 971,5 12900 114002% 1% mf b 98 +1 -2 9996 1001 0,5 13300  8450  0,93+0,02 ub 94,5+1-2 9640 97,51,5 12970 8000 MAKC b 98 +1 -2 9996 1001 13300 76702%  0,75+0,02 ub 94,5+1-2 9640 97,51,5 12970 7100 2% mg 70  2 9300  250 Hệ thống điều khiển chế độ làm việc của động cơ al-31f là hệ thống điều khiển điện thủy lực gồm có: - Tổ hợp điều chỉnh động cơ crd-99b. - Bơm điều chỉnh HP-31B. - Khối điều khiển miệng phun và tăng lực rxf-31v. - Khối mồi dầu tăng lực 4033. I.2. CÁC THAM SỐ CẦN KIỂM TRA, PHƢƠNG PHÁP LẤY CÁC THAM SỐ CẦN KIỂM TRA KHI ĐỘNG CƠ al-31f LÀM VIỆC Ở MẶT ĐẤT. Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - 3 - I.2.1. Các tham số cần kiểm tra. Căn cứ vào sự hoạt động của động cơ al-31f, vào quá trình theo dõi và xử lý các thông tin về chất lƣợng làm việc của động cơ ở mặt đất ta cần kiểm tra và thu thập các tham số của động cơ nhƣ sau: 1. Tốc độ vòng quay rô to thấp áp n1 của động cơ dƣới dạng điện áp xoay chiều tần số thay đổi từ (7  100)Hz hoặc (0,3  3)KHz với sai số không quá 4%. Thang đo của đồng hồ chỉ thị từ (0 115)% tốc độ thực của n1. 2. Tốc độ vòng quay rô to thấp áp n2 của động cơ dƣới dạng điện áp xoay chiều tần số thay đổi từ (7  100)Hz hoặc (0,3  3)KHz với sai số không quá 4%. Thang đo của đồng hồ chỉ thị từ (0 115)% tốc độ thực của n2. 3. Vị trí góc lá hƣớng dòng máy nén thấp áp của động cơ pcnd dƣới dạng điện áp một chiều thay đổi từ (0 6,3)V với sai số không vƣợt quá 2,5%, thang đo của đồng hồ chỉ thị từ 00 đến 1200. 4. Vị trí góc lá hƣớng dòng máy nén cao áp của động cơ pcbd dƣới dạng điện áp một chiều thay đổi từ (0 6,3)V với sai số không vƣợt quá 2,5%, thang đo của đồng hồ chỉ thị từ 00 đến 1200. 5. Đƣờng kính miệng phun drx dƣới dạng điện áp một chiều từ (0 6,3)V, thang đo của đồng hồ (0 120)cm. 6. Độ rung của thân động cơ dƣới dạng điện áp một chiều, thay đổi từ (0 6,3)V với sai số không vƣợt quá 11,5% thang đo của đồng hồ. 7. Các loại áp suất dầu nhờn, áp suất nhiên liệu dƣới dạng điện áp một chiều thay đổi từ (0 6,3)V, với sai số không quá 2,5% thang đo của đồng hồ. 8. Các loại áp suất không khí dƣới dạng điện áp một chiều thay đổi từ (0 6,3)V với sai số không quá 2,5% thang đo của đồng hồ. I.2.2. Phương pháp lấy các tham số cần kiểm tra. I.2.2.1. Phương