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专业志 >> 上海航空工业志 >> 第七章航空测控设备 >>


第一节 飞机及辅机测试设备

       

一、LR-2型载波放大器

飞机结构强度试验单位过去进行飞机机体强度试验时,需将搭上架子的千分表安装在被测物体上,测多少点就要多少人看读数和记录。如果表架碰动一下,试验将重新做起。又因现场人工读数,得不到可靠的破坏试验数据。为改变这种落后的测试方法,1977年初,成都飞机研究所要求上海573厂研制类似国外70年代产品的载波放大器。

科技人员在样机调试过程中遇到三个难题:一是放大器输出电流小,线性指标达不到要求。经过多次试验,除选用性能较好的元件外,还将负载电阻减小,并在末级晶体管上安装散热器,从而解决了输出电流小、线性差的问题。二是放大器正反两个方向输出不对称,经查问题在相敏检波变压器上。经多次实验后,改双线并绕为单线绕法,解决了难题。三是电压输出线性精度不高。经过多次试验,当单独使用电压输出时,在电流输出端接入1个外负载电阻;当单独使用电流输出时,将电阻断开,从而在电压输出线性精度上超过了国外同类产品。

LR-2型载波放大器的研制成功,为非电量转为电量的测量提供了条件。该仪器配上各类传感器和指示、记录仪表,即可供航空、造船、汽车制造、建筑工程和科学研究等单位,用于材料、零件、产品等动、静态试验时各种参数的精密测量。该产品的投产,为国家节约了外汇。1978年获全国科学大会奖,三机部科技成果一等奖。

二、晶体时标发生器

573厂研制的晶体时标发生器,主要为飞机飞行试验提供精确的时间座标。过去一般采用国外的机械式时钟,精度仅1%,且存在机械触点火花的干扰问题。1977年,该厂利用飞行试验研究所提供的基本原理图进行原理试验、结构设计和试制。后因电路故障多和体积过大,未能投入使用。

1978年初,该厂课题组对电路和结构重新进行试验和设计。为保证两种时标信号的同步输出,设计新的复“0”线路,简化易出故障的控温线路,将分立元件电路改成集成电路。在结构设计上,采用适合机载装置的无局部外凸长方形外体,元件在座标上密集排位,充分利用内部空间,装拆维修方便。改进型时标发生器体积大为缩小,重量从1300克减为980克。1979年又进一步作了改进,简化集成电路块,减少阻容件,使时标发生器性能、结构更趋合理,抗干扰性增强,故障返修率降低。同年通过技术鉴定,并获三机部科技成果三等奖。

三、风洞天平

573厂从1964年起加工制造的风洞天平,主要用于测量各种飞行器模型在不同试验状态和试验条件下空气动力的大小、方向和作用点。按其测量原理的不同,风洞天平有机械式天平、液压式天平、应变式天平和电磁式天平等类型。

这些天平,大都由使用单位根据试验型号任务需要而设计,由573厂加工制造。1964年为北京大学风洞试验室制造第一台低速风洞用机械式天平;1968年承担北京七所来图加工第一台内式六分量天平元件;制造的第一架盒式天平是由哈尔滨空气动力研究所设计的。

天平的制造,需根据不同的测力要求,制成结构复杂、形状各异、大小不同的应变天平元件,难度较大。尤其是一些特殊天平,如直径3毫米微量天平体积只比火柴梗稍大些,加工更为困难;水冷式天平一般用于高速风洞,在气动力试验中温度较高,为防止天平受热变形,要在天平元件外加1套水循环冷却装置。由于受风洞天平尺寸限制,装置不能做得太大,而且还要防止渗漏,因此加工难度很大。天平在加工中,除了机电结合的方法外,大量精整加工还需要技术水平较高的工人用手工来进行。为此,该厂于1969年成立了一个专业加工小组,1979年发展成天平工段。

天平元件的材料选择与加工,一直是制造中的关键问题。根据国外资料介绍,制造天平的材料应具备理想的弹性体、高强度、可加工性等要求。从70年代起,国外用于制造天平元件最好材料是英国的MARAGING钢和美国的17-4PH钢。而中国过去一直沿用苏联的30CrMnSiA钢,其淬透性差、强度偏低、应力集中敏感、热处理变形大、加工工艺复杂。1981年,经573厂主管技术员和沈阳空气动力研究所跟产技术人员及上钢五厂等单位研究后,决定选用17-4PH钢。经机械性能和加工性能对比试验,肯定17-4PH优于30CrMnSiA钢,完全可供制造风洞天平之用。这一成果曾获三机部科技成果三等奖。此后,天平元件便一直采用17-4PH钢制造,并在部内外各空气动力研究所推广使用。

1964年起的20多年中,573厂承制的天平除内式天平外,还有大阻力天平、大攻角天平、马格努斯天平、外挂物天平、进气道阻力天平,以及半模型侧壁天平、动导天平等。曾一度成为国内风洞天平的加工中心,承接的任务由航空航天部所属单位扩大到兵器工业部、空军和船舶工业总公司所属单位。风洞应变天平成为573厂制造批量最多、连续生产时间最长的航空产品。

四、大型附件试验台

573厂在五合工厂阶段,曾为三机部所属各研究所承制大量航空试验设备,其中最大的一台是1965年承制的大型附件试验台。

大型附件试验台是为沈阳航空发动机研究所制造的试验设备,由传动、润滑、燃油、液压和操纵箱等12个部分组成。这台设备大如火车厢,重10余吨,单台加工零件达12178件,标准件13497件,关键件有60多种。如此大型设备,对当时一个厂房陈旧、设备简陋、场地狭小的五合工厂来说,试制加工困难极大。很多渐开线花键、联轴节的精度都是l~2级,各种齿轮和阀门阀芯的加工要求也很高,除自行加工外,不少工序是通过外协作解决的。该设备的试制成功,为该厂制造大型设备积累了经验。设备运到沈阳后,使用情况良好。

五、模拟信号源

1973年9月,航空电子所接受为运10飞机配套的108甚高频全向信标/仪表着陆接收机的研制任务。研制中需要一种专用测试仪器——模拟信号源,该所曾向上级申请进口1台,未获批准,于是决定自行研制。

1973年底,该所组成研制组,经分析国内外仪器资料后,认为用国内当时生产的元器件很难达到技术指标,必须在电路上予以改动。经过多次试验,于1974年底研制出第一台原理样机,随即去首都机场与进口仪器作对比,测试结果表明原理样机性能基本符合要求。在民航部门的支持下,1975年4月,样机与进口仪器同时对三叉戟、伊尔18、波音707等飞机上的全向信标/仪表着陆接收机进行测试,样机性能较好,但有漏讯等问题。为此,研制组对原理样机的结构和部分电路作了改进,使2台正式样机的全向信标测试精度从±1度提高到±0.2度,体积比原理样机缩小三分之一,可靠性也有提高,且便于维修。1978年,样机供上飞厂和民航101厂使用。

1981年9月,QX/YZ-1型模拟信号源通过三机部航空研究院组织的技术鉴定,同年获三机部科技成果三等奖。1985年,该所对仪器在使用中暴露出的问题,作了进一步研讨。1987年完成改进型模拟信号源,交沈阳等地民航机场,使用情况良好。

六、QX-2型飞行方位动态模拟器

飞行方位动态模拟器是航空电子所为上海市708设计院研制的,主要用于飞机导航系统的地面联试。1976年底,科技人员开始作试验和设计。为保证仪器的精度,在电路设计上有所创新:采取先将方波转换成三角波,再经二极管电阻网络转换成正弦波,克服了一般用LC和RC滤波器带来的附加相移;在移相电路中,用数字逻辑电路代替旋转变压器移相器;采用高精度的模数转换电路双积分器以保证仪器的动态跟踪精度。样机于1978年6月交付使用,情况良好。1979年9月,该仪器通过三机部航空研究院的技术鉴定,同年获三机部科技成果三等奖,1980年获国防工办技术改进三等奖。

七、TD-3型通信导航测试仪

航空电子所原来研制的QX/YZ-1型模拟信号源用石英晶体来控制频率,因仪器的工作频率范围宽,频道间隔又密,需使用较多的石英晶体,生产不便,成本也高。如能采用频率合成技术;则仅需1块石英晶体即可达到要求。为此该所从1976年起研究甚高频频率合成技术,至1979年9月,研制出2台TD-3型通信导航测试仪样机。该仪器除应用频率合成技术外,还采用数字逻辑电路产生方位信号,方位信号精度达到±0.2度;用峰值采样和差动式相关比较法进行自检,抑制噪声干扰和温度漂移,航向、下滑信号精度达到±1微安。仪器的工作频率在74~336兆赫的3个频段范围内,频率间隔达到1千赫,频道总数约6万个。该仪器小型、精密、使用方便,不仅可取代模拟信号源,还可对甚高频通信接收机、信标接收机的性能进行测试,也可作为通用的高稳定甚高频信号源使用。

样机交民航101厂后,经过内、外场使用,与国外仪器进行校验比较和在飞机上试用,证明性能良好。1980年该所为民航系统小批量生产5台,分别交北京、上海、广州等地民航机场使用。1981年9月,三机部航空研究院在上海作了技术鉴定,认定该仪器能满足地面测试需要,为国内航空甚高频通信导航系统测试仪器填补了一项空白。同年获三机部科技成果三等奖。

八、航向/下滑场试验监测器

地面航向/下滑信标发射台的性能直接影响飞机的着陆安全,机场对发射台性能的监测,一般都使用进口的专用仪器。

根据民航要求,1980年10月,航空电子所与民航电信修配厂签订研制航向/下滑场试验监测器技术协议。因该仪器属于外场使用,所以设计时尽可能考虑结构轻巧、便于携带、调试方便,以可充电的干电池作为电源,电路上采用一些新技术和新器件。1981年底完成2台样机,经过温度、振动、冲击等环境试验后,到虹桥机场作现场试验。接着又到首都机场,与民航电信修配厂一起用进口的同类仪器进行性能对比试验。经过4个多月的使用,仪器基本达到要求,部分指标如调制度与调制度和,其稳定性还优于国外同类仪器。另1台样机于1981年8月交给电子工业部所属工厂,作为生产航向/下滑信标地面发射台的配套专用测试仪器。

1982年通过部级鉴定。鉴定会认为,该仪器填补了国内一项空白,可不再进口。1982年获航空部科技成果三等奖,1983年获国家经委优秀新产品奖。

九、机载用电设备耐瞬态测试仪

根据航空部标准HB5854和国家军用标准GJB181《飞机供电特性及对用电设备的要求》,三机部于1981年向飞机研究所下达研制机载用电设备耐瞬态测试仪的任务。该设备包括JF-1尖峰电压发生器、JJ-1交流阶跃电压发生器、ZJ-1直流阶跃电压发生器,主要用于飞机用电设备的耐瞬态电压试验。

飞机研究所接到任务后,立即组织力量进行设计研制,于1982年6月试制出样机。经对部属沈阳飞机研究所、雷华电子技术研究所和175厂的产品进行试验,证明该仪器符合部标准要求。1983年9月通过航空部鉴定,1984年起投入小批量生产,先后生产60余台。

该仪器的研制成功,在国内首次解决了机载用电设备耐瞬态的测试。经航空部所属30个厂、所的使用,反映良好。有关单位曾用该仪器解决当时列为攻关项目的歼8对飞机电源系统的故障,以及歼7飞机危险信号报警盒的误动作故障,保证了飞机有关设备的正常工作和安全。1987年获上海市科学技术进步三等奖。

十、电磁兼容性测试设备

在运10飞机研制中,为使装机设备互相电磁兼容,飞机研究所参照有关资料,制订出《运10飞机干扰技术条件》,规定了各项干扰发射和敏感度测试要求。由于当时国内尚未充分开展此项工作,许多测试设备尚属空白。为此,飞机研究所于1975年自行研制成功10微秒和100微秒尖峰信号发生器、阻抗稳定网络和注入变压器等4种干扰测试设备,并利用这套自制设备以及国产干扰场强计和标准信号发生器,对运10飞机近40项装机设备进行电磁兼容性能测试,及时发现和解决了一些电磁干扰问题,满足了研制工作的要求。1979年12月,三机部有关部门在沪召开现场交流会予以介绍推广。

1980~1982年期间,三机部制订并颁发部标准《飞机设备电磁兼容性测试要求和方法(HB5662-81)》,要求在航空工业系统贯彻落实。为适应这一要求并兼顾船舶工业部门制订的《舰船电磁兼容建议书》,飞机研究所又对原设备作了改进和性能扩展,先后研制成JXF-1尖峰信号发生器、JXF-2尖峰信号发生器、GLQ-25A注入变压器和ZWL-50阻抗稳定网络,初步形成干扰测试设备产品系列。这些设备符合美国军用标准(MIL)、英国标准(BS)、国际标准(ISO)和国内航空部标准,并达到国外同类产品指标。从1983年起,又陆续完成3种低频功率放大器的研制,以符合美国军用标准低频传导和磁场辐射敏感度的要求;完成KDL系列人工电源网络的开发研制,以满足符合航空部标准和国家标准;开发成功JXF-3和JXF-4尖峰信号发生器,分别适用于低压电器和海军的尖峰敏感度测试;开发成功JZW-10A尖峰注入网络和电压瞬变模拟器,适用于国内外各环境标准的电源浪涌试验等,从而进一步完善了产品系列。

电磁兼容性测试设备系列的研制成功,在国内填补了这方面的空白。由于这套设备适用性强,不仅可用于装机设备的测试,而且也可用于各种电子设备、自动控制系统、通信系统、电子计算机、家用电器等各个领域,已为各工业系统所采用,并取得良好成效。1982年宝山钢铁总厂在处理与国外关于某自动控制系统的纠纷中,利用这套设备证明外方设备的抗电磁干扰能力差、不符合标准而导致系统不能正常工作,从而迫使外方承担技术责任,避免了重大经济损失。1983年,用这套设备完成国内自行研制的运12飞机的电磁兼容性鉴定,这在国内尚属首次。至1990年止,该系列设备已供应近400台。

十一、SCX-1型数据采集系统

1985年12月,中国人民解放军某部委托航空测控所研制一种直接与计算机联机的数字化多通道动态数据采集系统,用于工程爆破、飞机起落架落震和物体冲击试验中的数据采集和分析处理,以替代费时费力、精度差、周期长的老式测试仪器。

该所科技人员在研究国内外同类瞬态波形记录仪的基础上,采用瞬态波形记录功能和多通道循环采集相结合的方案。用2个500千赫的高速ADC构成并行循环采集电路,每个ADC带1~32通道。它除了具备通用瞬态波形记录仪的全部功能外,还具有自己的独特功能:用Z80-CPU作为采集系统的管理,使系统智能化;系统的显示和自检功能能方便地进行整机工作状态的检查和增益校准;光标跟踪可直接读出被记录波形上的各特征值和时间;系统设计了高增益放大器,可直接配接桥式应变传感器和对小信号直接采集;数据断电保护装置能在供电出现故障时有效地保存数据。

1987年10月,第一台SCX-1型数据采集系统交部队试用,各项指标均达到设计要求。与振子式光点示波器相比,大大提高测试信号频率范围(5~100千赫)和精度;测试人员减少四分之三,数据处理时间从原七八人两年缩短到一二人几天内完成。

1988年7月,航空航天部在洛阳召开技术鉴定会,与会代表一致认为:SCX-1型数据采集系统不但可供工程爆炸、冲击、振动试验和飞机起落架落震试验等测试用,而且也是其它各种动态测试领域内一种较理想的多通道高速动态信号数据采集系统,具有广泛的使用价值;研制中具有较大的技术难度,是多通道动态测试一种先进的数字化、智能化仪器设备,已达国内领先水平,并具有较高的性能价格比和较高的经济效益、社会效益,建议批量生产,推广使用。该系统1989年获航空航天部科技成果二等奖。



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