0 引言

某型民机电源系统主要通过产生或存储机载用电设备所需电能,确保机上各用电设备工作时的电能供应,包括左整体驱动发电机(LIDG)、右整体驱动发电机(RIDG)、辅助动力装置发电机(APUG)、发电机控制器(GCU)等,其中GCU作为民机电源系统核心部件,通过对发电机调压、发电机通道控制及保护等,实现发电和供电系统控制,伴随多电飞机、全电飞机快速发展,民机电源系统各类控制部件,尤其是GCU所承担的作用愈发重要。目前国内民机主制造商在GCU装机前,因缺少相应部件级测试能力(缺设备、缺方法、缺测试保障体系),仅做外观检查,难以在第一时间暴露功能/性能故障,导致由GCU功能故障引起的发电机短暂掉电、APU发电机断电等问题频发,且GCU发生故障后,无论问题大小,均需返回国外原厂供应商处排查,极大影响民机装配和试飞进度,造成不必要的成本损耗。而国外主制造商很早就开展相关技术布局,并已形成各系统核心部件测试能力,如空客公司在法国图卢兹总装厂附近配置了25套自动测试系统,波音公司则在西雅图总装厂旁进行配置,其波音777机型上所有机载计算机由Safran、Honeywell、Hamilton、HS四家系统供应商用ATEC自动测试系统完成测试等,一方面测试好的部件可直接送到总装厂房进行总装,另一方面主制造商可随时到系统供应商处完成抽检。基于上述背景,有必要研制一套一体化测试系统,以满足入场检测、装机前检测、外场检测、系统装配等场景对GCU功能、性能测试需求^[1-2]。并助力以下目标达成:在底层架构上,实现关键技术自主可控;在应用层面,建立面向符合中国民航特色的测试系统架构;在核心部件可测试性方面,完善对供应商设备的合格鉴定流程,形成中国民用航空机载设备测试保障体系。

1 测试需求分析

合理的需求分析能够最大限度实现测试系统软、硬件资源优化配置,既满足GCU所需测试资源,减少不必要冗余,又能为后续能力建设和功能扩展提供理论和应用基础,提高测试资源的利用效率。

1.1 GCU结构功能分析

1.1.1 结构分析

本文选取某型民机GCU,其结构可划分为A、B、C三部分,其结构框图如图1所示。

A部分为电源输入模块,PMG发电机产生的交流电能一部分直接供给励磁需要,另一部分经变压整流器(TRU)向IDG伺服驱动和GCU供能,同时搭载有三路直流备用电源,以确保GCU供电可靠。此外,在供给励磁的输电线路上搭载了发电机控制器继电器(GCR),必要时可切断发电机励磁使其停止工作;

B部分为信号处理模块,配置有调节点接口、电流互感器接口、离散输入、总线通信、离散输出驱动等,可完成多类信号的滤波与隔离,此外应符合ARINC429、1553、RS-485等通讯协议要求;

C部分为微处理器模块,可对采集到的模拟信号和离散信号(包括调压点三相电压、发电机电流互感器三相电流、线路互感器三相电流等模拟信号,以及三路引脚编程信号,GCR状态信号,各接触器的辅助触点信号等离散信号)进行分析处理,并最终形成相应控制信号。

1.1.2 主要功能

根据GCU在机上分布位置及功能不同,可分为左发电机控制器(LGCU)、右发电机控制器(RGCU),辅助发电机控制器(AGCU),其中LGCU主要用以控制LIDG,RGCU主要用以控制RIDG,AGCU主要用以控制APUG。主要功能如下^[3-4]:

1.1.2.1LGCU/RGCU主要功能

1)LIDG/RIDG电压调节与频率控制;

2)LIDG/RIDG及其馈线保护;

3)对左右交流汇流条的控制和保护;

4)交流电源的不中断转换供电;

5)外部ARINC429及内部1553总线通信;

6)机内BIT功能。

1.1.2.2AGCU主要功能

1)APU发电机电压调节;

2)APUG及其馈电线保护;

3)交流电源的不中断转换供电;

4)机内BIT功能。

1.2 GCU技术指标需求分析

GCU技术指标如表1所示。

续表1

2 测试系统设计方案

为完成供应商设备合格鉴定流程,满足民机总装地面功能试验、快速响应排故、外场运营维护等多场景对测试系统的实际需要,所设计的电源系统发电机控制器一体化测试系统除了覆盖GCU的电气性能及控制功能测试项外,还应具备故障诊断及定位,系统维护、程序开发、数据和信息记录,产品升级及扩展等ATE辅助功能。

2.1 测试系统总体设计

基于模块化、开放式、可裁剪^[5]系统设计理念,提出了一种一体化测试系统总体方案,其功能框图如图2所示。包括测控计算核心模块、人机交互模块、系统计量模块、负载模拟控制执行模块、外部激励源模块、开关阵列及接口面板、接口适配综合模块,实现从系统测试资源至接口适配再至被测UUT间的互联互通^[6-7]。

主要模块功能描述如下:测控计算核心模块,作为整个系统的核心部分,集成了中央处理器、总线控制模块、数据采集模块、模拟激励模块、电源转换模块以及内部存储设备等,并根据用户需求,综合调控整个系统的工作;负载模拟控制执行模块及外部激励源模块,由测控计算机中心通过相应通信总线进行控制,辅助测试系统工作,其中外部激励源模块主要通过380V动力供电;人机交互模块,通过现在广泛使用的通用接口与测控计算机连接,便于测试人员对测试的控制与观察;系统计量模块,协同校准适配器,对有定量要求的技术指标进行计量校准,及时掌握测试资源的功能状态,并针对不合格项进行必要的调整和修理^[8-9];开关阵列及接口面板,用于对输入/输出信号进行分配和调理,集成了隔离保护、采样滤波、信号放大、激励信号分配等功能,是各个模块之间的中介,需满足ARINC608A^[10]的相关设计要求;接口适配综合模块,包括校准适配器、测试适配器、自检适配器3类,可实现信号数据的传输交互、自动检测、测试溯源等功能。

2.2 测试系统资源要求

通过梳理GCU技术指标、测试项并结合相关技术文档,归纳出一体化测试系统部分测试资源需求,如表2所示^[11]。

3 结论

我国在民机部件级测试领域尚处于起步阶段,通过发电机控制器测试技术探索和攻关,可在测试资源可裁剪、测试软件可移植、测试信息的纵向共享和横向综合等方面积累丰富经验。本文首先介绍了民机电源系统发电机控制器测试现状及测试装备应用前景;然后从测试需求角度切入,详细阐述了发电机控制器的功能、结构、技术指标等;最后结合需求分析,提出一种标准化、模块化、扩展性强的一体化测试系统总体设计方案,并给出测试资源技术要求。一体化测试系统建成后可最大限度实现多资源互联共通,满足多复杂场景测试需要,助力我国民机测试保障体系建立和完善。

参考文献