NI CompactDAQとLabVIEWを使用して戦闘機ターボジェットエンジン用のテストベンチをアップグレードする

投稿者:

Laurian Tiberiu MOCANU - AEROSTAR SA
Alexandru Tristian BALMUS - AEROSTAR SA

概要

1953年以来、Aerostar SAは、世界中の航空/地上軍および民間航空市場(工業/オペレータ)に対して、製品、サービス、およびサポートの主要プロバイダとして活躍しています。主なビジネス分野は、戦闘機用ターボジェットエンジンのオーバーホールで、これまでに6,000台以上が修理されています。

当初のターボジェットエンジンのテストベンチは40年前のものでしたが、建物と重機はまだ良好な状態でした。データ監視/記録のインストールは廃止され、パラメータの多くは手動で記録されていました。たとえば、極めて動的なパラメータはデータレコーダ(FDR)タイプのフィルムに記録され、燃料流量測定はエンジンの実行中に複数回(エンジンが一定量の燃料を消費する時間を測定するなど)重量法に基づいていました。

私たちは、ガス消費が主な問題ではなかったときに、この複雑な設置を積極的に使用しました。各エンジンの合計燃料消費量は数十トン単位でカウントされます。現在、燃料消費の割合を削減することは、燃料価格の上昇を考慮すると、大幅なコスト削減を意味します。燃料消費の削減にはCO2排出の削減も含まれるため、国にとって有益です。

1990年代末期には、FDRタイプのフィルムレコーダの故障や陳腐化により、以下の機能を備えた新しい集録システムに置き換える必要がありました。

• 圧力、温度、振動、RPM、推力に対応する新しいタイプのセンサ
• 新しいトランスデューサから高度なダイナミック信号を集録するための8つのモジュールを備えた商用オフザシェルフ(COTS)データ集録システム
• Visual Basicデータ集録/データベースソフトウェアおよびグラフィック用MATLAB® 4.2アプリケーションを搭載したPentium PCベース制御コンピュータ

ここ数年、航空市場は、グローバル経済の背景にある新たな課題に直面しています。ターボジェットエンジンのテストで満たす新しい要件には、エンジンテスト実行時の合計燃料消費量の削減、CO2排出量の削減、ノイズ汚染の削減、プロセス監視の確度の向上、レポートパラメータの自動計算、テストプロセスへのリモートアクセス、すべての体制でのエンジンのビデオ監視などがあります。

既存の設備と新しい要件に基づいて、私たちはいくつかの課題に直面しました。以前の実装では高確度を維持する必要がありました。そのため、新しいインストールは既存のシステムの動作を妨げないようにする必要がありました。また、現在の顧客向けのターボジェットエンジンの定期的なテストを中断しないように、移行段階においても作業を継続する必要がありました。最後に、既存の貴重なデータと専門技術を活用するために、既存のデータを新しいデータベースに組み込む必要がありました。

上記の要件と課題を考慮して、新しいデータ集録システムを開発しました。新しいコンポーネントを既存のコンポーネントに追加して、機能を補完し、要件を満たしました。

ハードウェア実装

新たに追加された機器の核となるのは、8つのモジュールのCompactDAQシャーシと、センサから信号を収集するための以下の適切なモジュールを備えたNI CompactDAQシステムです。

• NI 92038チャンネル、±20 mA、16ビット、アナログ入力モジュール×3
• NI 92218チャンネル、12ビットアナログ入力モジュール×1
• NI 94228チャンネル、24 Vシンク/ソース、チャンネル間絶縁デジタル入力モジュール×1
• 予備モジュール×3

重要なコンポーネントは、コリオリ質量フローメータです。この高確度トランスデューサを使用すると、即時フロー測定が可能になり、大きな問題になる重量法が不要になります。燃料レートの恒久的なインライン計測により、各エンジンテストランで数百キログラムの燃料を節約しました。コリオリフローメータの電気インタフェースはRS485で、通信プロトコルはMODBUS RTUです。

安全上の制約により、エンジンが高速で動作している間は、エンジン室に入って検査や調整を行うことはできません。そのため、稼働中のエンジンのさまざまな領域を視覚的に検査するため、エンジンチャンバにビデオ監視システムを取り付け設置しました。ビデオ監視システムは、PTZリモートコントロールに接続されたPTZカメラとビデオ集録ボードを備えたPCから構成されています。

各アクティビティは、2つのLCDワイドスクリーンモニタ、キーボード、マウス、カラープリンタ、LANアダプタ、テレビチューナーを備えたPentium 4デュアルコアPCによって制御されます。システムは、USB経由でNI CompactDAQシャーシからデータを集録します。これは、USBを介してコリオリスフローメータからRS485インテリジェントコンバータに燃料質量流量と合計燃料消費量を読み取ります。RS232ラインを使用して既存のCOTSデータ集録システムとインタフェースを構築します。これは、古いPentium PCがバックアップとして機能していると同時に、イーサネットを模倣する独創的なCSMA/CD配置で構成されています。最後に、ビデオ監視画像を表示および記録します(図1および図2参照)。

ソフトウエアの実装

このソフトウェアを作成するには、LabVIEWののネイティブの並列処理機能と新しいPCのマルチコアアーキテクチャを利用しました。アプリケーションは以下のタスクを実行します。

• NI CompactDAQシャーシおよびモジュール用のNI-DAQmxドライバでデータを集録
• NI MODBUSライブラリを使用してサポートされている古いCOTSデータ集録システムおよびコリオリフローメータと通信
• フロントパネルのインジケータおよびグラフ/チャートプロットの数値および仮想ダイアルに値を表示
• 間接パラメータを自動計算
• データベースにデータを自動的にアーカイブする
• プリンタを使用してデータを印刷(ハードコピー)
• LabVIEW Webサーバを使用してリモート操作および監視を容易に行う

図3は、メインの仮想計測器(VI)の制御パネルを示しています。

ソフトウェアの開発中およびハードウェアの統合時に、NIのルーマニアサポートチームはリアルタイムで電話やEメールで貴重なアドバイスを提供しました。システムを構成し、データ集録モジュールからのデータの連続ストリーミングを実行するためのベストプラクティスを共有しました。

まとめ

新機能の経済的影響解析により、ターボジェットエンジンテストのテストランのプロセスにおけるいくつかの良い点が明らかになります。これにより、燃料流量測定(重量ではなくコリオリ)にかかる時間が短縮されます。また、即時DAQ記録を使用することで、手動読み取りが不要になります。これにより、エンジンのランタイムが短縮され、リアルタイムグラフィックおよびビデオ監視/検査を使用したトラブルシューティングおよびエンジン実行の調整がサポートされ、エンジンの調整時間が短縮されます。このような優れた点は、燃料消費とCO2排出の削減につながります。

投稿者​情報:

Laurian Tiberiu Mocanu
AEROSTAR SA
Condorilor 9
BACAU 600302
Romania
tiberiu.mocanu@aerostar.ro