Рядом с красным Ан-2

Разработка устройства контроля выхлопных газов авиадвигателя АШ-82Т

Уважаемые друзья, назрела необходимость в Вашей помощи. Среди читающих наш блог восстановления самолёта наверняка есть опытные электронщики. Вот как раз к ним и хочется обратиться за помощью в создании системы контроля температур выхлопных газов.

Вмешательства в конструкцию планера самолета, а также двигателей Ил-14 не требует – они проверены десятилетиями эксплуатации этих машин в тяжелых условиях. Но чего не было во времена проектирования этого самолета – это возможности разработать средства объективного контроля за состоянием двигателя, таких как температура выхлопных газов (EGT), а также определить возникновение детонации. К слову сказать, не было подобных средств и на западных самолётах того же времени.
Все управление впрыском и формированием горючей смеси реализовано на механических связях. Из "мониторинга" двигателей у АШ-82Т -термопары замеряющие температуру головок двух цилиндров (2 и 5, где стоят главные шатуны). При превышении температуры на которых в кабине загораются контрольные лампы "Задир поршня".

http://img-fotki.yandex.ru/get/5004/40016362.13b/0_7f565_c55bcbb5_L.jpg

Иностранные датчики

Может возникнуть вопрос, зачем нужно знать температуру выхлопных газов на выходе из каждого цилиндра? Ответ простой – по ней можно судить о степени сгорания смеси и контролировать состояние двигателя. При обеднении смеси эти данные позволят предотвратить возможный перегрев и прогорание выпускных клапанов.

Также во время наземного опробывания двигателей можно проверить работу передних и задних свечей. В чеклисте присутствует проверка магнето, во время которого из положения "Сумма" оно переключается в "Переднее" и "Заднее". Соответственно, одна из свечей при этом выключается. Если возникает ситуация, что из двух свечей нерабочая, то это определится по падению температуры выхлопных газов.

Теперь возвращаемся снова к нашей задаче: готовых решений, которые можно приобрести и установить на Ил-14 – нет. Западные аналоги для двигателей Continental и Lycoming рассчитаны на 6 цилиндров – у нас же их 14 у каждого двигателя. Даже если использовать их, собирая из нескольких комплектов, получится толстый пучок проводов, который придется тащить из мотогондолы до кабины пилотов. А также стойка с приборами (как минимум 4 циферблата), параметры на которых будет практически невозможно контролировать.

В связи с этим возникла необходмость разработать свое устройство, отвечающее нашим потребностям. На него разработано следующее задание:

Блок-схема устройства:


http://img-fotki.yandex.ru/get/5004/40016362.13b/0_7f563_4c9aa5ba_orig.jpg

УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ АШ-82Т

Требования к рабочим параметрам:

  • Диапазон напряжений питания: +23…+32В (типовое значение: +27В)
  • Диапазон рабочих температур: -40…+60C
  • Диапазон измеряемых температур выхлопных газов: 0…1300С
  • Погрешность измерения 10C

Требования к схемотехнике:

  • Схема должна обеспечивать одновременное измерение и отображение температур выхлопных газов для 14 цилиндров
  • Схема должна обеспечивать возможность установки верхнего порогового значения температуры выхлопных газов
  • Схема должна обеспечивать сравнение и индикацию превышения конкретными цилиндрами значения температурного порога и идентификацию или указание номеров этих цилиндров
  • Схема должна обеспечивать возможность использования температурных датчиков разных типов (с различными ЭДС) и простую перенастройку устройства для работы с ними
  • Схема должна обеспечивать определение выхода из строя температурного датчика и вывода информации об этом

Требования к индикации информации:

  • Отображение температур 14 цилиндров должно быть наглядным и позволять одновременно максимально быстро оценивать общее состояние температур всех 14 цилиндров по критериям нахождения температуры в нормальном диапазоне или выхода ее за предельное значение
  • Максимальное и минимальное значение температуры должно индицироваться в виде точного значения с указанием номера цилиндра, в котором измерено это значение
  • Выход из строя датчика измерения температуры должен быть немедленно идентифицирован и отображен

Требования к элементной базе:

  • Все элементы конструкции должны быть легкодоступны для замены и дешевы

Требования к конструкции:

  • Конструкция должна обеспечивать унификацию и допускать использование различных датчиков без существенных изменений
  • Конструкция должна обеспечивать быструю установку верхнего порогового значения температуры из кабины пилотов
  • Конструкция должна обеспечивать малую (до 3 метров) длину компенсационных проводов термопар (при их наличии)
  • Блоки конструкции, располагаемые в мотогондоле, должны быть пыле- влаго- защищенными, ударопрочными (выдерживать падение с высоты 1м) и вибростойкими (выдерживать виброускорения до 160 м/с2)
  • Оболочка и крепление соединительных и компенсационных проводов между датчиками и измерителями должны обеспечивать термоизоляцию от выпускных коллекторов и других нагретых частей двигателя и стойкость к вибрациям и многократным изломам проводов
  • Сборка блоков конструкции, монтаж и отладка устройства в целом должны быть простыми, доступными персоналу без специальной квалификации и не требовать специфического оборудования и материалов
  • Конструкция должна обеспечивать легкую (в течении одного часа одним человеком) замену датчика температуры при выходе его из строя

Варианты установки датчиков EGT на Lycoming


http://img-fotki.yandex.ru/get/5005/40016362.13b/0_7f564_4b7616a3_orig.jpg



АШ-82Т


http://img-fotki.yandex.ru/get/3611/vulkan-avia.d/0_3a95d_a3853bbc_orig.jpg

Установку термопар предлагается производить в компенсационных трубах (между приёмной трубой и выхлопным коллектором, в связи с их лёгким демонтажом и доработкой. Крепление термопары обязательно вворачиванием в резьбовую втулку, без всяких хомутов. Сами термопары желательно взять с реактивных двигателей по причине их надёжного крепления и высокого качества изготовления.

Кто может помочь, советом ли, или ввязаться в разработку данного устройства – пишите мне или нашему ведущему специалисту по электрике на Ил-14 Павлову Денису.

Мои координаты:
e-mail: vulkan-avia@mail.ru
моб.тел: +79262102604
jabber: a9262102604@gmail.com
skype: vulkan-avia

Денис:
e-mail:pavlov@jet.msk.su



 
Tags:
Buy for 100 tokens
Buy promo for minimal price.
1. Почему бы не сделать 1 блок индикации на оба мотора? Или это принципиально?

2. Допустимый диапазон - это меньше порога, так? А порог нужно менять из кабины в любое время?

3. Получается, что численные значения температур не важны, важно нахождение в диапазоне/выход/отказ датчика?

4. Вот такой примерно вариант блока индикации:

- на каждый датчик ставим двухцветный светодиод. Датчик в порядке и температура в норме - горит зелёный. Отказ датчика - цвет меняется на красный. Превышение температуры - красный мигает.

- порог допуска указывается на цифровых индикаторах (4 цифры) в градусах. Рядом - две кнопки, "+" и "-". Как на часах - держишь "-" - значение начинает уменьшаться, "-" - увеличиваться. С помощью этого можно, кстати, и быстро определять значение температуры - меняя порог и наблюдая, при каком значении меняется цвет индикатора соотв.цилиндра.

Это примерно то, что нужно?

5. Можно определять величину разбаланса по температуре - среднюю температуру и отклонения каждого датчика. При сильном отклонении от среднего индикатор начинает мигать зелёным, к примеру. Это нужно?

6. Можно сделать доп. гнездо для подключения ноутбука - отображать полностью цифры, допуски, задавать какие-то уставки дополнительно. Это нужно?
1. Почему бы не сделать 1 блок индикации на оба мотора? Или это принципиально?
Нет, не очень принципиально. Наверное, можно обойтись и одним блоком индикации для обоих моторов, хотя изначально, я мыслил это как две независимые цепи, сидящие каждая на своем АЗС. На этом самолете логика такая - в основном цепи левого и правого моторов разделяются, так что, если, например, цепь левого измерителя какого-либо параметра коротит, и ее АЗС выбивает, то по крайней мере это не сказывается на работе правой цепи.

2. Допустимый диапазон - это меньше порога, так? А порог нужно менять из кабины в любое время?
Так точно. Желательно иметь возможность его устанавливать из кабины в любое время, а также смотреть выставленный порог.

3. Получается, что численные значения температур не важны, важно нахождение в диапазоне/выход/отказ датчика?
Верно, но до некоторой степени. По всем цилиндрам нужно иметь информацию класса "нормально-плохо-отказ датчика". По наиболее горячему нужно иметь точную температуру.и выводить его номер. Также нужно иметь хотя бы возможность смотреть точную температуру каждого из цилиндров.


4. Вот такой примерно вариант блока индикации:

- на каждый датчик ставим двухцветный светодиод. Датчик в порядке и температура в норме - горит зелёный. Отказ датчика - цвет меняется на красный. Превышение температуры - красный мигает.

- порог допуска указывается на цифровых индикаторах (4 цифры) в градусах. Рядом - две кнопки, "+" и "-". Как на часах - держишь "-" - значение начинает уменьшаться, "-" - увеличиваться. С помощью этого можно, кстати, и быстро определять значение температуры - меняя порог и наблюдая, при каком значении меняется цвет индикатора соотв.цилиндра.

Это примерно то, что нужно?



Примерно то. Сами думали тоже что-то подобное: пару планок с трехцветными индикаторами. Только еще плюс индикатор для отображения пиковой температуры и номера цилиндра, а также для вывода температуры произвольного цилиндра по запросу. Возможно планки с сенсорными кнопками со светодиодами, на которые жмешь и видишь температуру соответствующего цилиндра на индикаторе. Светодиоды все-таки четыре состояния должны отображать: выход из строя датчика (может мигать красным), холодно (может быть желтый), нормально (зеленый), горячо (красный). Порог можно выставлять по тому же самому индикатору, что и для отображения пиковой температуры.

5. Можно определять величину разбаланса по температуре - среднюю температуру и отклонения каждого датчика. При сильном отклонении от среднего индикатор начинает мигать зелёным, к примеру. Это нужно?

Возможно, будет полезно.

6. Можно сделать доп. гнездо для подключения ноутбука - отображать полностью цифры, допуски, задавать какие-то уставки дополнительно. Это нужно?

Насчет гнезда для подключения во время полета - это вряд ли будет нужно. А вот вообще сделать это устройство с записью параметров и с памятью, и с возможностью считывать записанную информацию после полета для ее дальнейшего анализа (даже примитивного экспорта в эксель и построения графиков) - это было бы весьма интересно и ценно. Может даже лучше на съемный носитель - флэшку.
1. Понятно, тогда действительно лучше делать 2 независимых устройства на оба мотора, включая индикаторы.

2. Вот здесь непонятно, учитывая ваш ответ по п.4. Давайте уточним:

- если критерий нормальности температуры (случай отказа - отдельно) - выше порога или нет, то это одно, порог один.

- если вы говорите, что нужны состояния "холодно"-"нормально"-"горячо", то это совсем другое - это значит, что порогов должно быть два:

если ниже ПОРОГ1, то "холодно" (жёлтый)
если между ПОРОГ1 и ПОРОГ2, то "нормально" (зелёный)
если выше ПОРОГ2, то "горячо" (красный)

Уточните, пожалуйста, всё-таки количество порогов и состояний индикатора датчика.

Про пиковое значение понятно, можно сделать так: датчик с наибольшей температурой медленно мигает, скажем, 1 Гц, при этом его температура отображается на цифровом индикаторе. Тогда не нужен отдельный цифровой индикатор номера цилиндра.

Для задания порога используется тумблер "Установка/индикация". В положении "Установка" на индикаторе отображается порог (если он всё-таки один) с возможностью менять его кнопками "плюс" и "минус".

Про сенсорные кнопки - идея хорошая, в положении тумблера "Индикация" нажатие на соотв.кнопку приводит к высокочастотному миганию соотв.индикатора, подтверждая номер датчика и на индикаторе отображается его точная температура. Много места это не займёт.

С записью на флешку, возможно, лучше пока не разгоняться? Мне кажется, что начни вы делать такие штуки, наверняка найдётся потом ещё куча параметров, которые нужно будет записывать, т.е. фактически иметь "чёрный ящик". Такое устройство на много каналов целесообразнее будет сделать потом на базе какого-нибудь центрального вычислителя с большой памятью и функциями.

Иметь выход, скажем, RS-232 на любой ноутбук с возможностью регистрации параметров на нём в ходе испытательных полётов при необходимости, а так - ограничиться текущей индикацией, возможно, будет достаточно?


Насчет п.2: да, фактически, наверное получится два порога. Только нижний будет фиксирован - будет настроен один раз при отладке устройства градусов наверное на 600 и далее про него можно будет забыть. По нему можно будет судить, работает ли цилиндр или нет, и находить нерабочие свечи-провода. Состояние меньше либо равно ему можно отобразить желтым цветом, далее - нормальное состояние (зеленый) и "горячее" (красный).
С миганием я бы не увлекался - при 14 светодиодах, наверное, даже три, мигающих с разной частотой уже съедят весь мозг... Уж лучше сделать цифру с номером цилиндра, на мой взгляд.
Идея тов. rk23 использовать раздельные светодиоды мне кажется здравой с точки зрения эргономики, т.к. визуально будет проще оценивать общую картину - состояние цилиндра будет кодироваться не только цветом, но и геометрическим положением горящего индикатора.

Итак, получается, по полю индикации: 14 столбцов по 3 светодиода:

- жёлтый (холодно)
- зелёный (в норме)
- красный (перегрев)
- кнопка (вызов цифрового значения данного датчика на индикатор)

Плюс цифровой индикатор на 4 цифры, многофункциональный. Поскольку требуется точность порядка 10 градусов, то последний разряд можно не выводить, а всё время высвечивать там значение 0. Т.е. температуры будут всегда выводиться, округлёнными до десятка - +90, +130, +1220 и т.п. Это а) уменьшит мельтешение на индикаторе б) упростит устройство вывода данных на индикатор

Рядом с цифровым индикатором - тумблер на 2 положение: "Установка порога" и "Индикация". В положении "Установка" работают 2 доп. кнопки - "Уменьшение порога" и "Увеличение порога". При переводе тумблера в положение "Индикация" значение порога сохраняется в постоянной памяти как настройка. Нижний порог с пульта не устанавливаем.

Осталась функция индикации температуры наиболее горячего цилиндра. Что мне не нравится в предлагаемой вами схеме: вывод номера цилиндра и его температуры на индикатор -

- я не знаю специфики нагрева цилиндров. Если получится так, что все 14 датчиков будут иметь примерно одинаковую температуру, то "самым горячим" будет хаотично оказываться то один цилиндр, то другой, и тогда на индикации будет невнятное мельтешение цифр, которое мало чем сможет помочь. Тем более, что помех будет на измерительные каналы наверняка много, и значения температур будут "плясать".

Возможно, эту задачу следовало бы чуть-чуть переформулировать? Скажем, если в норме темп.цилиндров примерно равны, то лучше вычислять среднюю температуру и выводить именно её. И иметь некий "коридор допуска", скажем, "среднее плюс/минус 10%". Или 20%. Если показания датчика выбиваются из коридора, то его номер можно как-то отметить. Скажем, индикатор датчика с наибольшим отклонением "вверх" (?) может медленно мигать. Медленное мигание 1 индикатора (1 раз в секунду) возможно, съест меньше мозга, чем мельтешение цифр-номеров цилиндров.

Вообще, с миганием замечание тоже правильное, мне кажется, его следует ограничить либо явной аварией (перегрев цилиндра, тогда красный может часто моргать для привлечения внимания), либо использовать медленное мигание 1 датчика как индикацию его номера (наиболее горячего).

Ещё предложение - возможно, правильным было бы расположить эти приборы вне зоны основного внимания лётчика, а где-то сбоку. А с прибора вывести цепь зажигания штатной лампы "Задир поршня" - т.е. когда прибор фиксирует явную аварию (перегрев цилиндра), то штатная лампа загорается, а дальше - можно и на панель прибора поглядеть внимательнее.

Выход из строя датчика я бы не относил к аварийной ситуации, требующей немедленного привлечения внимания лётчика - всё равно если датчик оборван, ничего не сделаешь и не скажешь. А отображать его можно, скажем, одновременным зажиганием всех трёх индикаторов данного цилиндра - жёлтый/зелёный/красный.
Как вариант:


Можно еще добавить USB (для подключения ноута) и/или SD (для записи параметров).
Плюс еще один индикатор между двумя пороговыми и кнопка под каждым столбцом, для индикации текущей t соответствующего цилиндра.

Вот:


Edited at 2012-02-24 12:46 pm (UTC)
Да, записывать параметры в процессе полёта было бы очень полезным. и использовать CD наверное самое грамотное решение.