印度空间研究组织的大规模航空航天结构测试

2022-07-15浏览次数:104

印度空间研究组织的大规模航空航天结构测试


Indian Space Research Organization (ISRO) 
By Shaji G., Director, Innovative Solution, Chennai, India

印度航空航天工业中最大的数据采集测试系统,是一个2264通道的Dewesoft数采系统。
数据采集系统是为结构测试设备设计的,这是印度空间研究组织在 Tamil Nadu 马亨德拉山的推进研究中心下的第一个此类设备。提出创新的Dewesoft 解决方案,主要计划用于运载火箭穹顶的静态和动态结构测试,并用于内部有效载荷稳定安装固定装置。


工程项目范围

印度空间研究组织推进综合设施(印度空间研究组织推进综合设施)的任务是配置数采集设备进行测试,确保运载火箭各个子系统的结构完整性。为了满足这一要求,建立了一个结构测试设施(STF)。

ISRO 推进综合设备(IPRC)

本文提出了集成信号调理和动态数据采集的最新设备,用于采集关键参数,如:
▶  应力应变
▶  温度,
▶  压力,
▶  位移,
▶  电压,
▶  等等

电缆终端室(CTR)装备了信调模块,位于近400米远的控制室,配备了服务器,显示节点等。


该系统的第一个主要工作是模拟和绘制影响飞行稳定参数的可靠性。第二个任务是在分离阶段或使用辅助推进器动态调整轨道期间,在不同的环境下保证总体结构完整性。
测试要求侧记的重要参数包括:


▶  相对于设计的有限元模型,
▶  燃烧室熔断器可靠性监测的热阻,
▶  推进剂管路的工作压力稳定性
▶  指定位置的关键轴向位移

作为 IDAS 的一部分,采集的参数通过同步数字输出实时同步到控制系统。采集的主要和冗余数据通过独立的 OFC 链路传输到远程控制室的服务器。
关键的系统特性,包括基于传感器类型的输入通道的动态采样率设置。因此,必须仔细计算数据吞吐量和传输速率的因素,以选择正确的接口方式和硬件处理通信。
由于进行的测试都是大规模的,而且资源昂贵,因此非常重要的是确保传输到服务器和控制室的数据不会出现数据差异或丢失。

图1: 测试台的数据连接方案

考虑到模拟信道数量庞大、采样率高以及存储数据的节点多,数据存储规划非常重要。根据机构规定的数据关键标准,采集的数据必须存储在几个地点:
▶  在每个 R8rt 数据采集和控制系统本地,
▶  CTR的本地配置系统,
▶  通过网络传输到主服务器和冗余服务器,
▶  以及在客户端显示节点中,存档的数据应该可以随时用于数据检索和后处理

数据库管理包括物理单位转换、适当通道描述、标记和转换的灵敏度/参数常量。

图2. 印度空间研究组织(ISRO)的推进系统测试

在线和离线数据处理

在线模式下的图形和数字数据显示方法必须是高度可定制的,如用户定义的数据更新、基于定时事件的触发操作、数据的自定义颜色、重载指示等。


在连接的节点系统中也对采集的数据进行后处理,主要的后处理分析包括:

▶  应力图的功率谱分析
▶  提取频率参考曲线的三维等高线图
▶  多个试验数据组合比较
▶  测试报告生成

除此之外,印度空间研究组织还有代码,可以根据环境条件处理选定参数。
这些测试计划运行一段较长的时间。系统健康参数,如内存使用,系统温度,多核 CPU 负载,存储,等必须不断监测和警告,以防需要降低人为干扰的同时监测重要条件参数。

图3。前视图测试钻机机架示意图与整体电缆布线。

Dewesoft 广泛的故障诊断和预警系统也被证明对采集过程中的适当数据管理非常有帮助。此外,显示节点被链接到共享的网络打印机,以便在完成采集和后处理之后自动生成报告。

项目规模

整个系统主要分为三个主要站点:
▶  电缆终端室,
▶  一号控制室
▶  控制室2

电缆终端机房(CTR)包含所有配置的数据采集系统。配置如下:
▶  15x R8rt机架,1888个频道
▶  4x IOLITEr 机架 376个频道 
Dewesoft R8rt 数据采集与实时前端系统
Dewesoft IOLITEr 19英寸机架兼容数据采集和控制系统

此外,CTR 包含一个配置系统和网络交换机路由,传递主要和冗余数据到控制室。
CTR 和控制室之间通过 OFC 400米延申电缆连接。控制室是安装主要和冗余服务器单元的地方,并进一步分布到称为显示节点的多个其他系统。
超过12公里(7.46英里)的电缆从传感器路由通过多个96芯耐高温聚四氟乙烯编织电缆到电缆终端室的机架,数据采集系统就安装在那里。
接地连接采用 ISRO 标准108针魏德米勒头 独立连接。然后,电缆布置在机架内,并根据需要扩展连接到 R8rt & IOLITE 数据采集系统中的各个通道。

系统接口
图4. 总体数据采集系统示意图

通过 GigE 主要网络

所有单独的系统元件都有一个专用控制器。所有 R8rt 和 IOLITE 数据采集系统的数据通过位于 CTR 的多层管理网络 switchM, 传输到一个单一的配置系统(Node 1 Master) ,以便对所有数据进行统一的可视化/存储。
主要数据流通过另一个多层管理的网络切换机,扩展到光纤电缆(OFC)的控制室1和2,以实现可靠的通信。然后在ServerM,2号控制室的5个客户端节点以及1号控制室的3个客户端节点上,数据进行通讯,存储和观察分析。

通过 GigE 实现冗余网络

所有单独的系统元件都有一个专用控制器。所有 R8rt 和 IOLITE 数据采集系统的数据通过位于 CTR 的多层受管理网络切换器传输到一个单一的配置系统(Node 1 Master) ,对所有数据进行统一的可视化/存储。
这种冗余数据流通过另一个多层管理的网络切换器,扩展到光纤电缆(OFC)的控制室1和2,以实现可靠的通信。然后在ServerM,2号控制室的5个客户端节点以及1号控制室的3个客户端节点上,数据进行通讯,存储和观察分析。

同步

参考 ISRO 标准的 IRNSS 时间源,通过同步电缆建立数采系统之间的硬件同步。布线以菊花链方式连接每个数据采集节点,确保存储/显示数据的同步时间戳。

EtherCAT® Out

除了主数据流和冗余数据流之外,所有的数据采集节点都被设计为提供一个直接的 EtherCAT 输出流。该数据流可以用作第三方可编程逻辑控制系统(plc)的反馈监控或定时响应的提要。

代表与主数据流

代表冗余数据流


Dewesoft 在项目中的作用

Dewesoft 的创新解决方案已经在这个特殊的项目上,提供技术和商业服务超过三年,现在已经成功。遵守 ISRO 的安全/标准规范,完成从概念到调试的整体解决方案,是相当大的挑战。
我们工程师参与了从规划到现场实施和测试的技术支持。工作量包括数据采集硬件的选择、通信/数据电缆的选择、总平面图的设计、高效的路由和终端规划电缆修整模型。整个系统在外地实施,具有无障碍的灵活性,易于识别和维护。
考虑到工艺关键数据、传感器类型、接线配置等因素,被测结构上的传感器电缆通过不同的电缆路由到终端室。应变计数据信号与采集单元连接,采用四分之一桥三线结构和三倍单芯镀锡铜线,大小为24AWG,聚四氟乙烯电缆符合 ISRO 的技术规格,并遵守其规范。
不同电压信号或不同功能的接线分别终止在专用的终端带/滚道上,并用颜色编码。电源(风扇、温度监视器)和工艺电源(控制器、输入模块)分别采用不同的颜色编码。电缆正确从每个 DAS 的顶部和底部的电缆管理器连接到路由,以便更容易地识别配置的通道 ID。
我们的设计团队通过将关键部件和电力分配装置置于系统柜内,并使用独立通道,来应对 EMI/EMC 挑战。
该项目是在多个服务提供商的帮助下建成的,这些服务提供商来自与设施的安装和运营相关的各个部门。我们自豪地成为印度政府领导下的这一战略使命的一部分。
Dewesoft 当地办事处—— Dewesoft 奥地利办事处和 Dewesoft 印度办事处迅速和持续提供的支持,使得规模如此之大的项目成功得到认可。

项目未来

Dewesoft 也是一个更大在建系统的先行者,计划运营超过15000个数据采集通道。