参数试验（精选十篇）
参数试验 篇1
1 比热试验研究
比热的测定试验采用了目前较精确的差示扫描量热仪 (型号:Diamond DSC;生产厂商:美国Perkin Elmer公司) , 温度标定采用正癸烷和铟 (熔点分别为-29.66℃和156.60℃) 。样品质量精确到0.1 mg。测量温度范围:-20~60℃, 扫描速率为10℃/min。
1.1 单一材料的比热测量
四种单一材料的比热测量结果见表1。
1.2 比热随温度的变化曲线
从图1可以看出, 在-20~60℃范围内, 四种单一材料 (基质沥青、改性沥青、石灰岩、玄武岩) 的比热均随着温度升高而呈增大趋势。其中石灰岩和玄武岩的比热随温度升高呈线性增长, 而基质沥青和改性沥青的比热与温度呈现出非线性关系。此外, 随着温度上升, 沥青出现相态的变化, 在DSC曲线[5]上表现为峰的产生, 表明发生了结晶组分的熔融或是非晶组分的相变化。其中基质沥青的DSC曲线在40℃左右出现一个吸热峰, 改性沥青在15℃和45℃分别出现两个吸热峰。由于沥青是由很多组分组成的混合物, 不同组分的相态转化温度并不相同, 所以沥青DSC曲线上出现的峰是众多组分的吸热峰的叠加。稳定的沥青体系其DSC曲线比较平坦, 很少有吸热峰出现;产生吸热峰表明沥青的热稳定性差。
1.3 混合料在不同温度下的比热
按照孔隙率、级配等混合料体积参数, 分别计算出不同类型混合料中各种材料及空气所占比例。通过实验测得材料单质比热从而计算出混合料比热计算值。
从图2中可以看出, 在-20~60℃范围内, 三种混合料 (SMA13、AC20、AC25) 的比热值均随着温度升高而呈增大趋势。由于混合料中所含的石料成分较多, 因此三种混合料的比热值均与各自所含的石料的比热值比较接近。AC20与AC25的成分相同, 但由于AC20中基质沥青的含量略高, 所以其比热值比AC25略微大一些。
2 沥青混合物导热系数研究
沥青混合料的导热系数测定课题组采用的是目前主流热线法, 直接制作符合要求的试件进行测定。该方法较直观, 能够比较真实地反映材料的导热性能。见图3。
瞬态热线法的理想模型为:在无限大的均匀介质中置入长度无限长的线热源, 如图3所示, 当二者处于热平衡时, 用阶跃恒热流对线热源进行加热, 线热源及其周围的被测介质就会产生温升, 根据线热源的温升就可以得到被测介质的导热系数, 其基本的工作方程为[8]:
2.1 导热系数试验测定
试验采用的设备为TC 3000系列导热系数仪, 设备关键参数如表3所示。
有四组试件分别是从路面向下取出不同厚度状态下的沥青混合物, 从上到下分别定义为试件1 (SMA13) 、试件2 (AC20) 、试件3 (AC25) 和试件4 (水稳碎石) 。
2.2 导热系数随温度变化的分布
试件导热系数随温度的变化见图4~图7。
3 结论
本次试验采用了目前较为先进的实验设备扫描了测量温度范围-20~60℃下沥青路面材料比热值, 并通过体积计算法计算出混合料的比热值。利用热线法实测了25~40℃下路面样品的导热系数。实验过程精确可靠, 得到如下结论:
(1) 在-20~60℃范围内, 路面各种材料 (基质沥青、改性沥青、石灰岩、玄武岩) 的比热均随着温度升高而呈增大趋势。其中石灰岩和玄武岩的比热随温度升高呈线性增长, 而基质沥青和改性沥青的比热与温度呈现出非线性关系。
(2) 利用热线法进行了不同温度下导热系数的测定, 获得路面各层材料不同温度下的导热系数的精确值及与温度相关的发展规律。得到路面温度越高升温所需的热量越小, 可知路面的升温过程并非是简单的直线过程。
(3) 通过热物性参数的实测, 获得了较准确的路面温度模拟预测的计算参数, 为路面温度场预估奠定了实验基础。
(4) 通过实验初步掌握了路面材料在不同温度下自身热物性能的变化, 这些因素直接影响着沥青路面温度场的变化, 为研究沥青路面温度场取得了一定的理论认识。
参考文献
[1]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京:人民交通出版社, 2001.
[2]Barber, E.S.Calculation of Maximum Pavement Temperature from weather Reports.Highway Research Board Bulletin, 1957, 168:1-8.
[3]Straub, A.L., H.N.Schenck Jr., F.E.Przybycien.Bituminous Pavement Temperature Related to Climate.Highway Research Record, 1968, 256:53-77.
[4]Dempsey, 13.J., H.Hill, Characterizing Temperature Effects of Pavement Analysis and Design.Transportation Research Record, 1987, 549:39-46.
[5]Williamson, R.H.The Simulation of Pavement Temperature for Finite Difference Considerations.R&D Report, 1971.
[6]景天然, 严作人.水泥路面温度状况的研究[J].同济大学学报, 1980 (3) .
[7]严作人.层状路面体系的温度场分析[J].同济大学学报, 1984 (3) .
[8]吴赣昌.半刚性路面温度应力分析[M].北京:科学出版社, 1995.
[9]近藤佳宏.日本土木工程学会论文报告集[C].同济大学道路与交通研究所.
飞行试验冲击参数测试技术研究 篇2
飞行试验的参数测试涉及到传感器、采集器以及记录器等许多环节,任何环节出现问题都会给最终的.测试结果带来误差,因此,需要对每一环节进行认真分析、试验.针对3种飞行试验冲击参数测试系统进行分析、试验和对比,最终设计出满足飞行试验需求的冲击参数测试系统.
作 者：姜宏伟 袁朝辉 赵向东 JIANG Hong-wei YUAN Zhao-hui ZHAO Xiang-dong 作者单位：姜宏伟,袁朝辉,JIANG Hong-wei,YUAN Zhao-hui(西北工业大学,自动化学院,陕西,西安,710072)
赵向东,ZHAO Xiang-dong(中国飞行试验研究院,陕西,西安,710089)
参数试验 篇3
摘 要：研究飞机颤振随机模型中实际输入-输出信号序列的最优滤波估计问题，利用矩阵论中的矩阵因式分解和统计信号处理中的条件期望公式，将由新息过程构成的块Toeplitz矩阵进行三角分解，得到一种有效的递推滤波算法。对于滤波输入输出信号的估计值，推导该算法下的估计误差和方差表达式。最后用仿真算例验证采用滤波后得到的输入输出信号估计值作为飞机颤振模态参数辨识试验的观测信号可得到较为准确的传递函数，进而使得模态参数的辨识也更精确。
关键词：飞机颤振；模态参数；递推滤波；矩阵分解
中图分类号：TP273 文献标识码：A
Abstract：This paper，studied the optimal filtering estimation problem of the actural input and output sequences in the aircraft flutter modal parameter identification experiment. Based on the matrix factor decomposition from matrix theory and conditional expectation formula from statistical signal processing， an efficient recursive filtering algorithm was proposed. It is an innovation based approach that relies on the triangular decomposition of block Toeplitz matrices. We derived the estimation error and covariance expression about the estimation of the filtered input and output sequences. Finally in the simulation， we applied the filered input and output sequences to be the observed signals，which were used in the aircraft flutter modal parameter identification experiment. Then we can obtain the more accurate transfer function and the modal parameters.
Key words：aircraft flutter； modal parameter； recursive filtering； matrix decomposition
1 引 言
目前对飞机颤振模态参数辨识的研究围绕辨识方法及精度展开，根据系统辨识理论体系可知，整个辨识试验应该具有四个研究步骤：试验设计、模型结构辨识、模型参数辨识和模型验证[1]。对于飞机颤振随机模型选择赫伯尔特在飞行动力学下所建立的二维机翼颤振数学模型，因数学模型中的未知参数可转化为模态参数值，对未知参数的辨识求解可采用各种辨识策略；而对飞机颤振试验的试验设计和模型验证研究较少。
试验设计中都是人为地选择人工施加的激励信号，并假设此激励信号足够丰富，能够持续激励颤振随机模型的所有模态被辨识出来[2]。但实际中激励信号的选择往往很难把握，其激励的振幅大小、激励点的位置、采集传感器的布置等都需要斟酌。为此展开对飞机颤振模态参数辨识试验的试验设计是有必要的，在试验设计中需要事先具备关于输入-输出信号的某些先验信息，以此先验信息作用于整个辨识试验的基础，为模态参数的辨识提供充分激励和足够丰富的先决条件[3]。对输入-输出信号先验知识的掌握即为本文所涉及的滤波问题，即采用滤波算法来得到关于输入-输出信号的估计值，以此估计值作为下次辨识试验的激励信号。整个飞机颤振模态参数辨识试验过程可叙述如下：对经典的赫伯尔特二维机翼颤振随机数学模型，首先选择人工施加的激励信号如脉冲信号、阶跃信号和正余弦信号等，利用常用的辨识方法得到颤振随机模型中的未知参数矢量；其次利用得到的参数估计值和已测量得到的输入-输出观测信号采用滤波算法去估计激励信号；再次将估计激励信号又作用于整个飞机颤振随机模型，不断地循环试验，直至未知参数矢量和激励信号的估计值不再发生较大的改变时，则停止循环过程[4]。此时最终得到的参数估计值和激励信号即为最为理想，保证整个辨识试验足够丰富。
2 问题描述
为了验证滤波后的输入-输出观测信号的确比未滤波的输入-输出观测信号更具有实用性。分别将最初的输入-输出观测信号和图2所示的输入-输出观测信号应用于原颤振系统，利用文献[7]提出的全局非线性可分离最小二乘法来辨识颤振系统中的未知参数矢量。将所得到的两组参数估计值代回（24）式的A（q-1）和B（q-1）中，进而构成原颤振系统的传递函数。对于此传递函数的检验，应用matlab中现有的bode plot程序进行仿真。仿真之后的bode plot见图3所示。图3中红色曲线表示原真实系统的频域响应曲线，黑色曲线表示利用滤波之后的输入-输出观测信号得到的系统的频域响应曲线，蓝色曲线表示直接利用最初的输入-输出观测信号得到的系统的频域响应曲线。由图3可见，三条频域响应曲线的相位是一致的，而在振幅上蓝色曲线与红色曲线存在较大的偏离，黑色曲线与红色曲线吻合的较好。此即表明利用滤波之后的输入-输出观测信号能得到较为准确的传递函数，从而同样能得到较为准确的模态参数。
5 结论
本文研究飞机颤振模态参数辨识试验的滤波设计问题，将由新息过程构成的块Toeplitz矩阵进行三角分解，采用条件期望公式建立颤振随机模型中出实际输入-输出信号序列的最优滤波估计，此最优滤波估计即可作为下步系统辨识理论框架系统中的最优输入信号设计。因本文作为飞机颤振模态参数辨识试验中关于试验设计问题的初步研究，对于颤振随机模型的可辨识性，传感器的布局和模型验证等还有待进一步的研究分析。
参考文献
[1] PINTELON R，SCHOUKENS J. System identification： a frequency domain approach [M]. New York： IEEE Press， 2001.
[2] Torston Soderstorn. A covariance matching approach for identifying errors in variables systems[J]. Automatica， 2009， 45（9）： 2018-2031.
[3] Torston Soderstorn. Relations betweeen bias-elimizating least squqres， the Frish scheme and extended conmensated least squares method[J]. Automatica， 2009， 45（1）： 277-282.
[4] JUAN C. Augero. A virtual closed loop method for closed loop identification[J]. Automatica， 2011， 47（8）： 1626-1637.
[5] JUAN C. Augero. Accuracy of linear multiple input multiple output models obtained by maximun likelihood estimation[J]. Automatica， 2012， 48（4）： 632-637.
[6] HJALMARSSION H.A geometric approach to variance analysis in system identification[J]. IEEE Transactions of Automatic Control， 2011， 56（5）： 983-997.
[7] 王建宏，王道波.基于全局非线性可分离最小二乘法的飞机颤振模态参数辨识[J].振动与冲击，2011，30（2）： 210-213.
[8] 王建宏，朱永红，肖绚.飞机颤振模态参数的辅助变量方差辨识及渐近性分析[J].应用科学学报，2012，30（4）： 433-440.
[9] Christian Feller. An improved algorithm for combinatorial multiparameteric quadratic programming[J]. Automatica， 2013， 49（5 ）： 1370-1376.
[10]PAUL M J Vanden Hof. Identification of dynamic models in complex networks with prediction error methods [J].Automatica， 2013， 49（10）： 2994-3006.
[11]Henrik Ohlsson. Identification of switched linear regression models using sum of norms regularization[J]. Automatica， 2013， 49（4 ）： 1045-1050.
旱地驱动叶轮结构参数优化试验研究 篇4
为降低小型轮式拖拉机重负荷作业时的滑转率,提高其动力性而研制的旱地驱动叶轮,大多是参考水田叶轮和机耕船来设计的,叶轮的结构参数也都是利用水田叶轮的经验公式得到的,因而存在着一些结构参数不合理的问题。为此,以利用平行四杆机构原理设计的叶轮为研究对象,采用多元旋转组合试验设计方法进行试验,以期找到叶轮结构参数的最优组合。
1 试验方案选择
多元旋转组合试验设计方法是根据系统论、信息论和控制论发展起来的试验优化技术,通过对试验点的选择将试验设计、数据处理和回归分析统一起来,从而利用较少点上的试验数据获得描述该系统的大量信息,建立高精度的回归模型。这种方法特别适用于解决最佳优化的问题。因此,为了寻找旱地驱动叶轮在一定工况下最优的结构参数,并系统地分析结构参数对叶轮牵引附着性能的影响,本文采用二元二次正交旋转组合试验设计的方法进行了试验。
对叶轮动力分析可知,影响叶轮牵引附着性能的因素很多,而对于给定叶轮来说,其结构参数的影响因素主要是叶片入土角度、入土深度和叶片宽度。由于此叶轮的入土角度和深度比较方便调整,并且对于一定的土壤条件和使用条件,入土角度和入土深度应有一个最佳组合,只有在最佳组合下,叶轮才会有小的滑转率和滚动阻力,有好的牵引附着性能。因此,确定叶片入土角度和叶片入土深度作为两个试验因子。本试验采用单驱动轮的试验装置进行试验,用叶轮的滑转率作为单驱动叶轮牵引附着性能的评价指标。
考虑到结构上的可能性和使用上的方便性,入土角度θ的上下限为104°和76°(θ指叶片与叶轮水平前进方向的夹角)。叶片入土深度h的上下限为70mm和36mm。
各试验因子的上下限值及各水平值与相应编码值,如表1所示[4]。
2 试验装置、试验条件和方法
试验装置如图1所示。详细的试验装置、试验条件和方法的介绍见参考文献[5]。
试验装置总质量1349kg,东方红—150质量为1149kg,驱动叶轮与试验架质量200kg;本试验未加配重,未带负荷车,其牵引力实为东方红—150的滚动阻力。由于滚动阻力在整个试验过程中变化比较小,故可认为是定值,经测定滚动阻力为定值576.4N。
1.五轮仪传感器2.东方红-150拖拉机3.汽车拖拉机综合测试仪4.动力输出轴5.链传动6.铰链连接7.万向节传动8.减速器9.被试轮10.试验架
3 试验实施
试验于2004年7月14日在杨凌西北农林科技大学农作一站小麦茬地上进行,天气情况:晴,最高气温30℃。麦茬地的土壤参数,如表2所示。
4 试验结果及分析
4.1 试验结果
按二元二次正交旋转组合试验设计原则[4],试验方案设计如表3所示。
其中z1,z2分别代表因子入土深度和入土角度的编码值。在每一试验工况下测取了叶轮通过实验区的时间、叶轮转数等参数。据此求得叶轮速度、牵引功率、滑转率等参数。试验结果及计算结果如表3所示,其中滑转率δ为
式中n1—实验车空驶通过实验区时叶轮转数(本试验不能用简单方法直接测出空驶时叶轮转数,于是采用叶轮周长计算得出,并考虑到叶轮直径随入土深度变化的影响);
n2—实验车带负荷通过实验区时叶轮转数。
4.2 回归方程
根据二元二次正交旋转组合设计的分析方法和相应的计算方法的要求,得到本试验工况下各试验因子编码水平值与试验指标的回归方程为
4.3 回归方程的显著性检验
1)回归方程的显著性用统计量F来检验,即
滑转率回归方程的检验为
因此,滑转率回归方程在99%的置信度下显著。各回归系数的检验为
计算结果都已列在表3中,在滑转率回归方程中,除b12和b22不显著外,其余均不同程度显著。因此,可将不显著项从回归方程中去掉。
此外,为了检验回归方程拟合的好坏,还要利用重复试验的结果对回归方程进行拟合度检验。在二元二次正交旋转试验设计中,利用中心试验点上的重复实验对回归方程进行拟合度检验。
2)回归方程的拟合度检验用统计量FLf来检验,即
滑转率拟合度检验为
结果说明失拟平方和基本上是由试验误差等偶然因素引起的,回归方程拟合的好。
最后可得回归方程为
其中,。为了使用方便,再分别将代入式(5),就可得到自然变量表示的回归方程为
由表3及上述回归方程显著性检验的结果可以看出,方程在99%的置信度下显著。这说明回归方程基本上反映了各因素与滑转率之间的客观联系,描述了驱动叶轮—地面系统中的系统特性。由此看来,用多元旋转组合试验设计的方法来定量地分析驱动叶轮—地面系统的系统特性是一种行之有效的可靠的方法。
4.4 对模型进行分析讨论
4.4.1 主效应分析
由于设计中各因素均经无量纲线性编码处理,且各一次项bj回归系数之间,各一次项与交互项、平方项的回归系数间都是不相关的,因此可以由回归系数绝对值的大小来直接比较各因素一次项对滑转率的影响。这里1b稍大于2b,故1b和2b即叶片入土深度比入土角度对滑转率影响稍大些。
4.4.2 单因素效应
将建立的回归模型中2个因素的一个固定在某水平上,如固定在零水平上,或固定在其它水平上(如±,1±r水平上)可得到单因素的模型。下面得到的子模型都是把其它变量固定在零水平上。
入土深度为
入土角度为
求因素的极值点,得21.11-=*z(相当于入土深度为38.43mm),下面依次取jz为-1.414,-1,0,1,1.414和z*1水平,求得δ值,如表4和图2所示。
据图2及表4,可以对单因素的效应进行分析:
1)滑转率δ随着入土深度z1的变化为抛物线,是先增大后减小,出现了滑转率极值,极值为z1=-1.21,γ=21.46,即入土深度值为38.43mm时滑转率达到最大为21.46。因此,选深度值时应避开这个深度。
2)滑转率δ随入土角度z2的变化为直线,入土角度越小滑转率越小,在结构条件允许的情况下入土角度应选择的越小越好。
3)由变异度(CV=32.32%,CV=23.54%)的大小可知,入土深度和入土角度对滑转率的影响都较大,入土深度比入土角度对滑转率的影响较大。
4)由以上分析及图2可知,在此工况下,要使滑转率最小,入土深度和入土角度的最优组合是:z1=1.414,z2=-1.414,相当于叶片入土深度为70mm,入土角度为76°,由回归方程得此时的滑转率为4.2%。
5 结论
1)多元旋转组合试验设计是研究旱地驱动叶轮结构参数优化的一种简便、经济和科学的方法。它为拖拉机—地面系统的研究提供了有力的手段。
2)在一定牵引负荷下,入土角度和入土深度对驱动叶轮的牵引附着性能有明显的影响,且入土深度比入土角度对滑转率的影响要大一些。
3)在陕西杨凌的沙壤土上,驱动叶轮在驱动力为1435N时的入土深度和入土角度的最佳组合为:入土深度为70mm,入土角度为76°,此时的滑转率为4.2%。
摘要：利用多元旋转组合试验设计方法探讨旱地叶轮的结构参数优化问题,采用单驱动叶轮试验装置通过田间麦茬地试验,结合牵引负荷和作业速度,定性定量地分析叶片入土角度和入土深度对叶轮滑转率的影响。通过对滑转率回归模型的分析表明:在一定牵引负荷下,入土角度和入土深度对驱动叶轮的牵引附着性有明显的影响,而且叶片入土深度比入土角度对滑转率影响稍大些。通过对滑转率回归模型的优化分析得到叶轮在驱动力为1435N时入土角度和入土深度的最佳组合值:入土深度为70mm,入土角度为76°,此时的滑转率为4.2%。
关键词：农业工程,旱地驱动叶轮,试验,多元旋转组合试验设计,入土深度,入土角度,滑转率
参考文献
[1]史岩.小型四轮拖拉机旱田驱动叶轮的研究[J].农业工程学报,1999,15(1):100-104.
[2]张华龙.手扶拖拉机旱田驱动叶轮的设计[J].延边大学农学学报,2000,22(3):193-196.
[3]张娟利.旱地牵引附着性能的试验研究[D].杨凌:西北农林科技大学,2004.
[4]袁志发,周静芋.试验设计与分析[M].北京:高等教育出版社,2000.
参数试验 篇5
在中国科学院大气物理研究所的三维全弹性对流风暴云催化数值模式(简称为IAP-CSM3D)的基础上, 对模式中催化部分的参数化方案进行了改进, 推导出人工冰晶与其它粒子之间相互作用的微物理过程的参数化方程.改进后的模式将催化产生的人工冰晶单独作为预报量进行处理, 把人工冰晶与自然冰晶区分开, 且考虑的人工冰晶谱型为双参数粒子谱, 使模式更符合实际.利用改进后的模式模拟了2005年7月8日发生在辽宁省朝阳市的一次冰雹云天气过程, 着重分析了催化云人工冰晶的微物理过程、空间分布和谱型, 以及对冰相降水粒子的贡献.数值试验表明, 自然雹云模拟结果与观测事实相吻合, 说明改进后的.模式对冰雹云具有较可靠的模拟能力.模拟分析表明, 冻滴是该例自然雹云冰雹胚胎的主要来源, 对该冰雹云进行AgI催化可明显地减少降雹量, 特别是在云中冰雹形成初期进行催化防雹效果最好, 既可产生最大的防雹作业效果又不至于过度减少降雨量.催化减雹的主要原因是催化显著地减少了云中冻滴向冰雹胚胎的转化总量.进一步研究发现, 人工冰晶在云的不同阶段对各种冰相降水粒子的贡献是不同的.人工冰晶对雪花总质量的贡献较小, 对霰总质量的贡献有所增大, 而对冻滴总质量的贡献较大.模拟的冰晶粒子谱可较好地反映出人工冰晶谱型较窄, 浓度较大, 尺度较小的特征.
作 者：崔雅琴 肖辉 王振会 周丽娜 CUI Ya-qin XIAO Hui WANG Zhen-hui ZHOU Lina 作者单位：崔雅琴,周丽娜,CUI Ya-qin,ZHOU Lina(中国科学院,大气物理研究所云降水物理与强风暴实验室,北京,100029;南京信息工程大学,遥感学院,江苏,南京,210044)
肖辉,XIAO Hui(中国科学院,大气物理研究所云降水物理与强风暴实验室,北京,100029)
王振会,WANG Zhen-hui(南京信息工程大学,遥感学院,江苏,南京,210044)
参数试验 篇6
关键词：XLPE（交联聚乙烯）；电流现场；试验时间；交流耐压
中图分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）14-0099-02
自20世纪80年代以来，我国对XLPE电缆直流耐压试验缺陷进行了研究，如果不能正确模拟世纪状况生成空间电荷，就会让水树枝直接变为电树枝，进而让交联聚乙烯电缆出现记忆效应，甚至存储在单极性电荷中。对于上述情况不仅不能正确检验出XPLE电缆缺陷，甚至还会出现XLPE电缆被击穿的现象。因此，从20世纪80年代后期开始，很多电力部门开始对交联聚乙烯电缆进行交流试验，20世纪90年代我国也开始这项研究工作。目前，我国很多电力部门已经禁止对交联聚乙烯电缆进行直流耐压试验。广义上的交流试验包括：振荡波、0.1 Hz的超低频VLF、交流耐压试验法等。由于设施限制，超低频VLF虽然在低压电缆中有应用，但是仍然不能完全应用到高压电缆中。振荡波法也由于等效作用影响，仍然处于研究过程，应用的比较少。
1 110 kV及以上交流耐压试验频率和电压选择
1.1 110 kV及以上交流耐压试验频率
在电力系统中，交流耐压频率作为相对独立的参数，和时间、电压的相关性比较小。在电流耐压试验频率中，虽然也有不同的观点，但是仍然集中在工频区域、较宽的频率范围和临近工频的区域。在理论上，工频区域的交流耐压试验最满足实际应用的电压分布，也最为合理，由于相关试验设备限制，科学合理的工频频率在电力系统试验现场仍然有很大困难。
针对上述情况，国内外学者也曾经大规模研究过用其他频率代替工频有效性，在不同的交流频率中，通过测量损坏程度一致，并且有绝缘缺陷的击穿电压样品，得出不同频率下找出绝缘缺陷的概率。经过大量科学数据以及实验结果表明，在很宽的频率区域内部，绝缘体内部介质的电压电流分布仍然相同，在典型的电缆缺陷击穿中，击穿电压也没有过多的差异。尤其是ISH 99伦敦会议中，相关论文得出了不同的波形和频率下的电压击穿试验结果。
根据上述试验结论，考虑到电力现场试验是工业试验的范畴，影响因素很多，所以不可能绝对的严格，因此在交流耐压试验中，一般选择频率较宽的范围。当整个工程实验频率大于300 Hz时，随着频率增大，串联试验变压器和谐振电抗器的损耗程度就会降低。由于被试验样品电容性质发热极化的问题突出，所以选用大于300 Gz的试验频率是不可取的。目前我国普遍使用的是：IEC60627、IEC60840與国际通用的GB50150-2006推荐的20～300 Hz的频率区域。
1.2 交流耐压电压试验选择
在110 kV及以上的交流耐压试验中，耐压时间和试验电压选择具有很大的关联性。通过正常绝缘电缆使用周期方法，利用二维韦伯进行试验时间、电压、概率三者击穿关系表示。在这过程中，F表示电缆击穿概率，E表示电场强度，t表示试验时间，a、b、c分别为绝缘材料、缺陷性质、电缆尺寸等相关常数，并且和r、E没有太大关联。具体的公式为：F（t，E）=1-exp（-ctaEb）。
从击穿公式中可以看出，如果击穿概率一定，E和t就以反比关系呈现，试验电压和E以正比关系呈现。相关研究表明：由于质量缺陷引入，通常会在1～2 a的运行电压中出现故障，因而在竣工后的现场交流电压中，为了能让试验时间满足击穿概率，让各个缺陷及时暴露，并且试验电压始终高于正在运行电压。在实际工作中，一般会习惯性选择KU0的额定电压，对于110 kV等级的K，一般选择1.7～2.0，对于220 kV或者以上的XLPE电缆，由于整个绝缘裕度逐渐降低，所以在质量控制中，和110 kV的XLPE电缆相比更加严格。所以就有了随着电压等级升高，K会随之减小的结论。
2 110 kV及以上的交流耐压试验时间探讨
缩短时间、提高电压作为考核电气设施绝缘能力的主要方法，一旦试验电压的绝缘能力确定后，施加电压的时间就会成为考核不同种类的电气设备绝缘水平最有效、最直接的参量。对于交联聚乙烯电缆，近年来国内外技术人员针对这种技术进行了研究，并且已经积累了很多工作经验，但是也存在很多问题，需要进一步考证研究。从20世纪80年代后期开始，CIGRE、IEC逐渐推出了XLPE电缆交流耐压试验标准。在早期试验中，试验时间被定为5 min，结果表明：5 min的试验时间得到的缺陷效果仍然不太明显，所以后来将标准延长到1 h。
我国电力部门在20世纪90年代后期也逐渐开始了XLPE电缆交流耐压试验检验，并且国内电力部门陆续制定了各自的试验标准。但是目前国内实行的标准在试验时间上仍然存在很多争论，绝大部分选择了1 h或者5 min，但是也有少数选择30 min。
根据原有的固体介质击穿理论，常见的固体介质击穿有：热、电、电化学击穿三种情况。由于三种击穿形式发展时间不同，所以电压作用、固体介质之间的关系和不同击穿生成的范围不尽相同。
根据电子击穿理论，传导电子通常由电场得到，通过晶格电离能量得到电子崩，当其发展到足够强大时，固体介质就会被击穿。在这过程中，电击穿的作用时间相对较短，并且电场均匀程度和击穿场强具有直接联系，热击穿一般由介质发热引起。当电场作用在固体介质时，介质就会出现损耗发热，进而介质温度升高，介质电阻具有温度系数的现象，由于温度升高，所以电阻值就会降小，在电流增大的同时，损耗增加。因此，同一时间的介质热量超过发热热量时，介质温度也会不断增加，进而出现介质碳化、分解，直到介质被击穿。电击穿比热击穿需要的时间段，电化学击穿在由树枝化、局部放电造成的局部缺陷，进而在介质劣化的过程中被击穿，所需的时间更长。
对于XLPE电缆安装、运输，引入的缺陷主要包括：接头制作工艺不好、接地不良、划伤绝缘、绝缘嵌入半导电以及绝缘吸潮等。在现场交流试验中，为了将缺陷在试验时间内展现，很多电力单位已经将经验技术集中在一个小时和5 min。在国内国际报道中，已经多次报道了XLPE电缆通过5 min交流耐压的试验，但是经常在搬运后就出现事故。
3 结 语
110 kV及以上电压等级XLPE电缆现场交流耐压试验作为一项长期统计和探索的问题，从目前的使用情况来看，60 min是比较合理的，不能再延长。
参考文献：
[1] 王超，张丽涛.110 kV电力电缆串联谐振交流耐压试验分析[J].电气制造，2012，（1）：58-59.
[2] 慕永明，涂丽波，石文才，等.应用变频谐振技术进行110 kV高压电缆耐压试验[J].炼油与化工，2008，（3）：29-30.
[3] 王学锦，黄友滔，戴瑞海，等.采用串联谐振对110 kV交联电缆进行交流高电压耐压试验[J].医药工程设计，2008，（3）：60-62.
径向流弥散试验及其参数的确定 篇7
自2011年6月环境保护部实施《环境影响评价技术导则—地下水环境》 (以下简称《导则》) 以来, 环境影响评价项目多数都要对地下水做了专项调查报告, 野外弥散试验又是地下水专项调查报告的核心。
对于野外弥散试验, 国内外学者主要将弥散试验分为三大类进行研究:一维渗流一维弥散、一维渗流二维弥散、径向水动力弥散[1]。无论是一维渗流一维弥散试验还是一维渗流二维弥散实验, 一般都是在天然流场下进行。尽管这类方法能够获得较准确的含水层弥散参数, 但在地下水水位平缓, 水力坡度较小的情况下, 试验将很难进行。相比较而言, 径向流弥散试验时在抽水或注水所形成的人工流场下进行的, 它适用于水力坡度较小, 地下水平缓的情况。
本文以周口隆达发电有限公司扩建工程地下水专项调查项目的径向流弥散试验为依据, 确定了地下水含水层的弥散参数, 为准确可靠的地下水污染预测模型提供依据, 对地下水环境影响评价具有实际意义。
2 水文地质条件
本次研究的对象为50m以浅的松散岩类孔隙水。本区地表被第四系冲积层所覆盖, 地层结构简单。根据钻探资料 (见图1) , 0~34m为粉土与粉质黏土互层;34~39m为细砂 (试验目的层) , 层厚1.3~8.1m;以下为粉质黏土。地下水水位埋深2~3m, 地下水流向从南向北。单位涌水量小于1 000m3/d, 富水性中等。水化学类型主要为HCO3-Ca型水;矿化度小于1000mg/L, p H值7.38~7.82。本区主要补给来源为大气降水的入渗补给, 排泄方式主要为人工开采及蒸发。
3 径向流弥散实验
3.1 试验井孔布置
现场弥散试验井孔布设如图2。Z井为抽水主井, G2为示踪剂注入井, G1为观测井。Z井距观测井 (G1) 5.6m, G1井距主井 (G2) 5.96m。3口井均为井径40cm, 井深40m的完整井;成井后先进行洗井, 使井壁孔隙畅通。
3.2 示踪剂的选择、配制及投放要求
示踪剂必须满足如下要求:示踪剂无毒或毒性很小, 其试验浓度不会危害人体健康;示踪剂和地下水混合后, 在要求的时空范围内, 应保持化学稳定性, 并且不改变地下水的物理性质、渗透速度及流向;示踪剂的投放与检测仪器应简单、操作方便[2]。本次采用一定浓度的氯化钠[3]作为示踪剂。
本次示踪剂溶液是用质量为8kg配制而成, 浓度为40g/L的Na Cl溶液。试验时将示踪剂通过塑料管快速瞬时注入G2孔所在的含水层中, 并尽可能使溶液上下均匀混合。
3.3 试验数据监测要求
示踪剂溶液投放后, 每各一定时间在G1观测孔中用电导率仪测定地下水中Cl-浓度, 绘制Cl-浓度随时间的变化曲线。现场试验的延续时间根据Cl-浓度随时间的变化关系曲线具体确定, 要求地下水的Cl-浓度从背景值达到峰值并且再次逐渐降低到起始背景值。
3.4 试验过程
现场弥散试验要满足径向收敛流场数学模型的假设条件, 在注入示踪剂前, 必须保证径向流场已达到稳定状态。因此在做弥散试验前, 先对抽水井Z以12.5m3/h进行定流量抽水, 当Z井、G1井、G2井的水位达到稳定后, 再进行弥散试验。Z井、G1井、G2井的稳定水位埋深分别为3.67, 2.69, 2.68m。G1井和G2井的水力坡度约0.168%。
在投放示踪剂前, 先测出试验场地Cl-本底值为19mg/L。本次弥散试验历时1 368min, Cl-浓度随时间的变化过程见图3。从图3中可以看出, 试验开始后滴18min, 观测孔中Cl-浓度检测出并逐渐升高, 在88min后观察孔中Cl-浓度达到峰值, 之后逐渐降回到背景浓度。
4 数学模型的建立
对于径向流弥散实验, 法国学者J.P.Sauty[4]深入研究了连续注入和瞬时注入情况下的收敛流场和发散流场两种情况。其中, 拟稳定条件下注入示踪剂的径向弥散问题的解析解相对较为简单, 求参方法较容易, 使用也较多, 径向弥散较容易确定。因此, 本次现场弥散实验的溶质运移问题, 概化为平面瞬时注入二维径向收敛弥散。其数学模型如下:
式中, ;c为示踪剂浓度;rw为抽水井井径;r为极坐标系极轴;hw为抽水井处水位;θ为极坐标系极角;cI为注水井中溶质浓度;αL为纵向弥散度;rL为注水井所在的点的极径;αT为横向弥散度;rI为注水井井径;Q为抽水井抽水量;V为地下水流速;n为含水层孔隙度;M0为注入的溶质质量;M为含水层厚度;hI为注水井处水位;cw为抽水井中溶质浓度。
5 弥散系数的确定
为了探讨弥散系数的计算方法, 并同时能对计算结果进行对比验证, 本次分别采用了标准曲线配线法和阻尼最小二乘优选法。
5.1 标准曲线配线法
首先将所得的现场试验数据进行处理, 观测浓度换算成无因次浓度cr, 观测时间换算成无因次时间tr。对数据处理后, 再与标准曲线绘制在相同的模数的半对数坐标纸上, 并将该曲线与相应标准曲线相配合, 通过移动两曲线, 直至实测的Cr-lgtr关系曲线与某一P值的标准曲线配合得最好, 配线时注意两曲线横坐标要重合, 通过配线, 确定P值, 并由公式求得αL值。本次弥散试验配线结果见图4。由图4可知, P取值为4;r为示踪剂注入井距观测井的距离, 即为5.96m;经计算, 本次弥散实验纵向弥散度为1.49m。
5.2 阻尼最小二乘法优选法
本方法只需要一个观测井的示踪剂浓度变化资料, 根据最优化理论和最小二乘法原理, 得到一线性方程组。有时遇到该方程组点数很小的情况, 给解该方程组带来一定的困难, 这时加入一个阻尼因子, 使得该方程组的点数元素大小适中, 便可以求得所需的水动力弥散参数值。具体过程见文献[5]。
通过此方法计算, 本次弥散实验纵向弥散度为1.47m。
6 结语
本次径向流弥散实验取得了比较满意的结果, 其弥散参数计算所采用的标准曲线配合法和阻尼最小二乘法优选法都比较适用, 且计算结果接近。径向流弥散实验具有流速稳定且能人为控制、示踪剂溶质信息检测成功率高、试验周期短等优点;但其中关键是要选择好示踪剂溶液浓度、井间距及抽水井水量的大小。
摘要：环境影响评价项目多数都要对地下水做专项调查报告, 野外弥散试验又是地下水专项调查报告的核心。文章以周口隆达发电有限公司扩建工程地下水专项调查项目的野外弥散试验为依据, 确定了地下水含水层的弥散参数, 为准确可靠的地下水污染预测模型提供依据。对地下水环境影响评价具有实际意义。
关键词：径向流,弥散试验,弥散系数
参考文献
[1]田巍, 朱国荣, 张世杰, 等.承德市白庙子村第四系含水层弥散试验及氟污染研究[J].勘察科学技术, 2010, 3 (3) :54-58.
[2]曹剑锋, 迟宝明, 王文科, 等.专门水文地质学[M].北京:科学出版社, 2006.
[3]汪海.在潜水中进行野外弥散求取水平弥散系数探讨[J].广西地质, 1995 (9) :71-74.
[4]J.P.SAUTY.IDENTIFICAT ION DES PARAMETERES DU TRANSPORT HYDROD ISPERSIFDANS LES AQUIFERES PFAR INTERPRERATION DE TRACAGESEN ECOULEMENT CYLINDRIQUE CONVERGENT OU DIBER GENT[J].Journal of Hydrology, 1978 (3) :69-103.
异形弹簧加工工艺参数的正交试验 篇8
在本产品中, 加工时最终需保证的是关键尺寸4.8±0.04mm。由于影响该尺寸的因素很多, 如热处理温度、研磨数量即卧式研磨机每次作业每桶装的弹簧的数量等因素均会使关键尺寸4.8±0.04mm在整个生产过程中非常的不稳定, 即过程能力指数C PK远远小于1.3 3, 完全达不到量产的要求。
而生产过程工艺参数的稳定性直接影响了产品的合格率, 本文即通过正交试验的方法对异形弹簧这些加工工艺参数进行研究, 用较低的试验经费和较少的试验次数, 确定出了最佳工艺参数组合, 达到改进合格率、提高生产过程稳定性的试验目的, 从而进一步提高其经济效益[1]。
1 弹簧加工工艺分析
该异形弹簧的加工工艺流程为:弹簧机卷制成型—热处理—研磨。
在弹簧卷制过程中, 除了机器本身加工精度的影响外, 由于尺寸的相关联性, 两个角度97°和99°均会对尺寸4.8mm产生影响, 因此为了提高4.8mm尺寸的稳定性, 则这两个尺寸必须控制在合理的范围内。
在热处理环节, 此弹簧进行的是去应力退火, 其退火温度范围可在260～280℃之间选择, 因此选取不同的温度和时间将对热处理后的产品尺寸4.8mm产生不同的影响[2]。
在研磨环节, 此弹簧采取的是卧式离心研磨机。影响最终产品尺寸的因素有研磨剂的种类, 研磨时间的长短和每桶的研磨数量, 选取不同的研磨数量将会对成品的尺寸4.8mm产生不一致的影响。
2 确定最佳工艺参数组合的正交试验
2.1 试验指标, 因素和水平
本试验的试验指标是:让4.80mm这个尺寸在生产过程中的稳定性达到最好, 即过程能力指数CPK数值最大。
本试验的因素水平表如表1所示。
2.2 选用正交表及试验数据分析
根据所选用的正交表将试验的数据填入下表, 并应用直观分析法对数据进行分析, 结果如表2所示。
2.3 试验结果分析
根据表2中极差R的大小顺序排出因素的主次顺序。
C>D>B>A×B>A
而所选取因素的水平是与试验指标有关系的, 本试验的指标即过程能力指数CPK, 要求是越大越好, 就应该取使指标增大的水平, 即取各因素A, B, C, D中最大的那个水平, 即A1, B2, C2, D1。因此较好的组合方案, 或称较优的生产条件为A1B2C2D1。
3 最佳加工工艺参数的确定
根据正交试验及其分析结果, 针对关键尺寸4.8mm的要求, 可以确定出最佳的工艺参数组合为:角度97°趋下限, 角度99°趋上限, 热处理温度为260°, 研磨数量为2000个。
4 结语
(1) 通过正交试验对其最佳工艺参数的确定, 使该产品过程能力指数CPK由0.40提高到了1.0, 使生产过程的稳定性显著提高, 生产效率也增加了90%, 基本上达到了实验研究的目的。
(2) 通过本论文的研究可以看出, 热处理的温度对过程能力指数CPK影响最大;其次是每次研磨的数量, 而两个角度的影响最小。因此保证热处理温度的一致性和每次研磨数量的稳定性, 对关键尺寸4.8±0.04mm的生产过程稳定性尤其重要。
参考文献
[1]中国科学院.正交试验法[J].北京:中国科学院, 1975:1-3.
[2]郑洋.弹簧热处理工艺学[M].北京:机械工业出版社, 1959.
基于正交试验的车削参数优化研究 篇9
表面粗糙度对于工件已加工表面的质量而言无疑是最重要的,它是反映零件显微环境下的几何形状误差的一个指标。随着工业4.0的推进,对零件表面加工质量的要求逐渐提高,通过一些参数的变化规律来推断出待加工零件加工完成后的表面粗糙度数值,是一个既现实又重要的研究方向[1]。
1 45钢车削加工正交试验实施及粗糙度Ra值测量
按照正交试验设计挑因素、选水平,选定影响表面粗糙度的3个因素:切削速度vc、进给量f、切削深度ap。每个因素取3个水平,如表1所示。
按顺序加工,获得加工工件。打开统计学软件SPSS→切换到变量视图,对各变量进行命名。鼠标点击数据菜单→选择正交设计项目→点击生成按钮,将变量设置表(表1)中各因素对应的正交试验水平值逐项输入,生成正交表。由于表面粗糙度测量的不确定性,采用圆周方向四次测量取算术平均数的方法来提高测量值的可靠性[2]。将按正交试验设计所测得的表面粗糙度结果输入正交数据表,如表1所示。
在SPSS软件菜单栏中选择分析菜单→一般线性模型→单变量,将Ra选入因变量,ap、f、vc选入固定因子。点击选项,将ap、f、vc选入显示均值,勾选比较主效应、输出描述统计、方差齐性检验,点继续,再点确定。系统便自动生成45钢正交试验数控车加工的单变量方差分析结果,如表2所示。
表中方差均值为各因素同一水平试验指标的平均数,即ap取0.1时方差均值=(2.306+3.593+1.294)/3≈2.398。其他数据以同样方式计算得出。由表2可知,当测量数据分布比较分散(即数据在方差均值附近波动较大)时,各个数据与均值的差的平方和较大,即方差较大;当测量数据分布比较集中(即数据在方差均值附近波动较小)时,各个数据与方差均值的差的平方和较小,即方差较小。
2 45钢车削加工表面粗糙度影响因素分析
2.1确定正交试验相应因素的优水平和最优水平组合及主次顺序
由表3经过相应计算得出关于表面粗糙度的极差分析表,如表3所示。
在表3中,K1、K2、K3分别表示vc、ap、f这三个影响因素在三个不同水平值下所获得的表面粗糙度的方差均值,即表2中的数值。而R值则反映了K1、K2、K3各值之间的最大极差,即R取各影响因素的方差均值的最大值与最小值的差。R值越大,表明其所对应的因素对表面粗糙度的影响越显著。由表3数据可以看出,R(f)=2.347,R(ap)=0.339,R(vc)=0.074,即R(f)>R(ap)>R(vc),所以对表面粗糙度影响最显著的因素是进给量f,其次是切削深度ap,切削速度vc对表面粗糙度的影响最小。所以在45钢精车外圆时,取较小的进给量、较小的进给深度、较高的切削速度可以获得较低的表面粗糙度值。本次正交试验中,切削参数的最优组合为vc取K2即200 m/min,ap取K1即0.1 mm,f取K1即0.08 mm/r。
2.2因子显著性的检验
从表4主体间效应的检验数据发现,F值分别是64.271、3 027.802、3.565,对应的数据源分别是ap、f及vc,由此可知f对Ra的影响最为显著。这一点通过理论分析也能得到验证。因为减小进给量f可以降低零件微观表面上波峰之间的跨度,即残留面积的高度,同时也可以降低积屑瘤的高度并加快积屑瘤的剥落速度,从而使得表面粗糙度数值减少,表面变得更加光滑。因此,一般在刀具寿命够高和机床功率够大、主轴转速允许的前提下,均选用较高的切削速度、较低的进给速度以及适中的进给深度,从而获得高表面加工质量。
3结语
本文利用正交试验法研究了45钢在数控车加工中以保证表面粗糙度为优化目标的进给量、进给速度、进给深度的优水平和最优水平组合及主次顺序,同时对因子的显著性进行了检验。试验结果证明,合理选择切削用量对提高被加工零件的表面质量有很大帮助。研究结果为在数控车削过程中通过合理选择切削参数获得优秀的表面质量提供了一种科学有效的方法。
摘要：金属车削加工切削参数主要是指进给速度、进给量和进给深度。现基于材料的切削加工性能引入了先进的试验方法,来获取优化加工参数,对降低零件表面粗糙度、提高数控加工经济效益有着重要的指导意义。
关键词：数控车床,45钢,正交试验,参数优化
参考文献
[1]李变弟,杨英.对表面粗糙度形成原因的分析与研究[J].中国高新技术企业,2008(6):41,44.
参数试验 篇10
飞行试验的目的是满足设计需求、提供可靠数据,因此试验机数据处理是不可缺少的重要环节。为了满足定型飞机海量数据的数据处理要求,提出了关键参数快速处理系统的设计思路,并且研制成功、开始应用。
传统的数据处理模式及数据处理流程能够满足当时的试验数据处理要求,但是在ARJ21定型试飞过程中,测试参数激增到了6 000个左右,甚至更多,地面卸载及处理时间大致增长到飞行时间的1.5~2倍[1]。在参数过多的情况下,传统的数据处理模式已经严重制约了试验机试飞效率,并已经无法满足试飞工程师快速获得结果数据的要求。为了能够实现飞行任务结束后的短时间内获得数据处理结果,设计研制了飞行试验机载关键参数快速处理系统,将传统模式下的事后处理改为飞行中即时处理,待飞行结束后即可得到处理结果。关键参数快速处理系统结合了现有成熟的数据处理方法,包含了实时操作系统下具有接收、解包、处理、记录IENA网络数据流功能的实时处理软件,还包括了符合机载环境要求的基于嵌入式多核处理器硬件架构及硬件平台。该系统在成功研制之后,通过了各类例行试验及实验室验证,并在某型运输机的飞行试验中进行了应用验证,其性能指标均达到了实际应用的要求。
1 国内外现状
纵观国外飞机试飞情况,无论是空客的A380、A330、A400M还是波音787,在试飞过程中都非常重视机载实时处理系统的作用。在国外大型运输类飞机的试飞以及基于运输类飞机的特种飞机试飞都无一例外地采用机载实时数据处理系统对整个试飞过程进行实时监控和数据实时处理[2]。如波音公司进行B747、777等飞机的试飞时使用了在当时可谓功能强大的“机载实时数据分析与监视系统”(ADAMS)[3],在长达10多个小时的试飞过程中不仅对一些关键参数进行实时监视,同时在飞机上试飞工程师还可以对部分试验科目进行分析处理,数据处理可达总量的50%~60%。在飞行结束后,还可再借助于地面系统的支持和工程化、系统化地进一步完成试飞数据的处理工作,使得数据处理周期大大缩短。
我国从20世纪80年代末开始,就已经在Y7飞机的定型试飞任务中采用机载实时系统执行实时监控任务[4],但因受到技术的限制,无法实现试验数据的机上实时同步处理,因而在每次飞行试验过程中,仅能使用机载数据记录系统记录所有试验参数的原始二进制码值,并只能待飞行结束后,才能进一步提取出各个课题所需的飞行试验参数数据,延缓了下一次飞行试验计划的制定,也影响了整个飞行试验的周期。
2 飞行试验机载关键参数快速处理系统
据统计,现阶段试验机的测试参数已经达到20 000个左右,加之飞行时间长,机载数据记录文件占用空间大,事后数据处理步骤繁多,导致了数据处理用时长。为了解决这些问题,飞行试验机载关键参数快速处理系统采用了实时操作系统,基于多核处理器的数据处理应用软件架构,实现了机上网络数据的接收、解包,以及实时数据的工程量转换、结果数据的分组记录等功能,完成了关键参数的快速处理。
2.1 系统硬件设计
快速处理系统硬件包含了基于双核1.8 GHz处理器芯片、1 000 Mb/s以太网口的嵌入式计算机,以实现对机载网络IENA数据流的实时采集、解包、校准、计算、分组和存储等功能。机载网络IENA数据流从以太网口输入,由嵌入式系统处理器内核1完成IENA网络数据流的解包,然后将解包后的数据通过DMA方式直接传输至处理器内核2,接着由处理器内核2完成实时数据分析与处理工作,包括参数取位、拼接、工程量转换等,最后传送至嵌入式计算机的RAM中,并由嵌入式计算机将数据结果存盘至固态硬盘SSD中。快速处理系统硬件组成如图1所示,其模块逻辑结构及数据流逻辑关系如图2所示。
2.2 实时处理系统软件设计
系统的软件部分基于Visual C++及Lab VIEW平台开发,其核心的实时数据处理模块采用了目前较先进的嵌入式实时技术,以保证数据处理的实时性和高可靠性[5]。系统采用Pharlap ETS嵌入式实时操作系统。Pharlap ETS是与RT Linux、QNX以及Vx Works V同级别的嵌入式实时系统,广泛应用于航空航天测量控制及仿真领域。另外,关键参数快速处理单元配置软件的全部操作采用了图形化的人机界面,能方便、直接、快速完成机载系统的配置。通过配置操作,关键参数快速处理单元可在开机后自启动,首先完成系统自检,判断系统的工作状态,如果正常则进行下一步工作,同时将设备面板的“工作正常”指示灯闪烁,反之不闪烁。待系统正常启动后,配置计算机将通过网络接口,完成对飞行参数的备份记录及快速处理系统的配置工作,这些工作包括:分析下载带头文件、选择提取参数通道、设定所需参数配置以及系统的各项配置参数。随后软件进入循环连续的数据采集、分析处理与存储流程。关键参数快速处理单元软件流程如图3所示。
关键参数快速处理单元系统软件可分为事先准备软件、采集信息管理模块、实时网络数据采集模块、IENA数据解包模块、实时数据处理模块、实时数据存储模块和数据快速导出软件组成,其结构组成如图4所示。
软件采用模块化设计思想,以功能来划分各个不同的子模块,主要子模块完成的功能及实现方法如下描述。
2.2.1 事先准备软件
飞行试验事先准备软件,通过机载采集信息及监控信息的引入、定义、编辑等操作,生成用于机载实时处理系统、地面实时监控系统、数据预处理系统和数据二次处理系统的SETUP文件。飞行试验事先准备软件由多个独立的模块组成,包括测试参数导入模块、测试参数编辑模块、提取参数名组模块和带头文件生成模块,其功能结构如图5所示。
2.2.2 系统配置模块
系统配置模块运行于配置计算机上,通过网络接口,完成对飞行参数备份记录及快速处理器系统设置工作,例如下载带头文件、选择提取的参数通道、设定所需参数配置以及系统设置的各项配置参数等。系统配置模块的用户图形界面如图6所示。
2.2.3 实时网络数据采集模块
实时网络数据传输模块运行于关键参数快速处理单元中,主要用于完成基于实时系统的网络数据接收及发送工作。机载数据采集终端将采集的数据采用组播方式以基于UDP协议的IENA数据包格式发送至机载测试网络[6,7]。每个IENA数据包以太网帧都是由MAC头信息(14个字节)、IP头信息(20个字节)、UDP头信息(8个字节)、IENA数据包和MAC层帧序检查(4个字节)五部分组成。
2.2.4 网络数据流解包模块
模块运行于关键参数快速处理单元中,依据任务需求,系统可同时完成1 200个动态通道的数据接收和解包。
2.2.5 实时数据处理模块
完成自定义通道的挑选、工程量转换等数据处理工作。
2.2.6 实时数据存储模块
实时数据存储模块用于存储测试过程中记录的试验参数数据,其可使用的数据存储空间不小于250 GB。
3 系统性能及优点
关键参数快速处理系统可以直接建立与机载测试网络的链接,完成KAM4000机载网络IENA数据包的采集与解包[8],支持不低于64位的参数采样率及不少于1 200个通道参数的实时处理,并且能够完成8 h以上不间断采集数据持续记录,且以电子盘作为记录介质,可将结果数据快速导出。同时,系统可根据预先加载的SETUP文件和参数组文件完成对实时接收的机载网络数据包进行解包和参数挑选,进而完成计算任务。计算包含了线性、多项式、双曲线、抛物线、点对分段等多种工程量转换算法,还可完成直线、双曲线、抛物线、点对和多项式等校准工作。
该系统已经经过Y7飞机的科研试飞验证,验证表明:数据准确、稳定可靠。传统的数据事后处理模式需要以下四个步骤:解原始包、数据分路、位流分析和数据预处理,以ARJ21试验机飞行3 h为例,完成事后预处理的时间大致在5~6 h,而采用快速处理模式可以在0.5 h内让试飞工程师拿到预处理结果数据,大大提高了试飞效率。
基于以上良好的系统性能,快速处理系统突破了过去传统的型号数据处理模式,不需要经过地面卸载及位流分析,做到了飞机落地即可进行数据分析,大大提高了试飞数据处理效率。由于数据处理模式的改进,在系统的研发过程中,专门针对飞行试验网络数据制定了标准数据处理流程、接口定义文件等,形成了较完善的飞行试验网络化数据处理标准,用以配套网络化测试系统在行业内的推广。同时,关键参数快速处理单元采用预先分配内存技术,使用时间戳索引完成数据包时间的快速对齐,确保了关键参数数据处理结果在时间上的一致性。另外,系统在网络层上采用了访问控制列表(ACL)技术,通过匹配KEY字方式,将需要的数据包路由到指定端口输出,解决了高码率传输过程中的易丢包难题。
4 结语
飞行试验机载关键参数快速处理系统基于对机载测试设备的深入分析研究,以飞行试验信号产生源KAM4000机载测试系统为切入点进行设计研发,采用了嵌入式多核处理器为硬件架构平台、实时系统为软件支撑环境,解决了飞行试验IENA数据采集、关键参数数据分析处理及连续不间断存储的难题。由于系统结合了嵌入式多核处理器硬件技术低功耗、小尺寸和高性能的硬件特性,及实时系统软件良好的实时处理特性,从而保证了关键参数快速处理单元从数据采集、处理到数据存储的实时性。同时,快速处理系统可以实现多路信号的实时监控,以针对不同试飞科目生成对应的结果文件,并在配置选项上,能够实现算法选择、处理参数选择以及数据处理结果存储格式选择。另外,快速处理系统相较于机载记录系统,增加了数据预处理功能,可以直接获得物理量,增强了维护性。
飞行试验机载关键参数快速处理系统不仅适用于飞行试验数据的快速处理,同时还可以应用到航天、舰船以及航空工业其他领域中,以作为装机的机载测试设备。
摘要：飞行试验过程中,关键参数的快速处理已成为国内外试飞机构争相解决的重要技术。在试验机的机载实时系统中增加关键参数快速处理单元,不需经过地面原始数据下载及位流分析等操作,利用空中飞行时间,在机上完成部分数据预处理及结果分组存盘,确保试飞工程师在飞行结束后可以直接对数据处理结果进行二次分析。关键参数快速处理单元解决了海量试飞数据处理的技术难题,对提高单次试飞效率及缩短型号试飞周期具有重要意义。
关键词：试飞测试,数据处理,机载设备,IENA
参考文献
[1] 戴明祯.数字信号处理的硬件实现[M].北京：航空工业出版社，1998.
[2] 程佩青.数字信号处理教程[M].北京：清华大学出版社，2001.
[3] LYONS Richard G.Understanding digital signal processing [M]. Upper Saddle River： Prentice Hall， 2004.
[4] 袁炳南，张建琳.PCM与网络数据采集系统技术分析[J].测控技术，2009，28（4）：29-31.
[5] 侯俊杰.深入浅出MFC[M].武汉：华中科技大学出版社，2001.
[6] 任丽丽，张志杰.基于LabVIEW的串口数据采集系统[J].微计算机信息，2008，24（7）：56-57.
[7] 柴敬安，廖克俭，张红朋，等.LabVIEW环境下的虚拟数据采集与分析系统[J].自动化仪表，2007（zl）：180-181.
