一种机载导航产品工程试验车的设计

2020-03-27刘祥水赵桂芳尹进军

中国设备工程 2020年3期

刘祥水，赵桂芳，尹进军

（国营芜湖机械厂，安徽芜湖 241007）

惯性导航产品由于其特有的优点广泛应用于各种飞机，但由于其自身的结构特点，故障率一直很高，修理单位在维修时均会进行多项试验，验证其性能。然而，在修理单位的实验室能够进行的均是静态试验，惯性导航产品在空中运动的故障是很难复现的，为了解决对修理后的惯性导航产品进行动态性能测试的问题，需要设计一种动态的实验平台，能够拉载导航产品进行运动，验证产品的动态性能。在现有的条件下，将具有足够空间的车辆改装成试验车，搭载独立设计的试验测试系统，即可完成上述任务，本文就是设计了一种机载导航产品工程试验车的方案。

1 试验车的功能

工程试验车是为修理后的惯性导航产品进行动态试验的专用配套设备，其应具有如下功能：

（1）工程试验车能够具有独立的电源系统，能够独立地向测试系统提供电源，同时，根据产品的需要能够提供惯性导航产品所需的交流、直流电源。

（2）工程试验车搭载的测试系统能向惯导系统供电，对惯导供电电源进行控制、监视和保护。

（3）搭载的测试系统能通过419 总线对系统输出的试验数据进行自动采集、显示和存储。

（4）按照导航产品的试验要求，对采集的数据进行分离、计算。

（5）搭载的测试系统具有导航产品不同工作模式的切换功能，软件具有简单良好的人机交互接口。

2 试验车的组成

根据工程试验车的功能需求和导航产品的测试需求，工程车主要包含有下列硬件：

（1）足够空间的运载车辆。根据市场上现有车辆的情况和试验车的需求，选定依维柯NJK5047 型车，并将进行改装。

（2）惯性导航产品的专用测试系统。实验室的专用测试系统采用立式机柜，将测试设备所需的稳压电源、各类控制台、显示器、计算机等设备安装于一体。在试验车上没有足够的空间安装较大的机柜、工控机和各类控制设备，需要对各类设备进行小型化的设计。

（3）独立的电源系统，同时，在车辆行进中能够自动充电。实验室的专用测试系统采用的市电和中频稳压电源供电，是不间断的电源。工程试验车必须重新设计电源系统，能够利用汽车的发动机进行充电，保持持续的电量。

（4）其他系统。惯性导航产品在试验过程中需要冷却，需要设计冷却用的供风系统；需要设计具有一定减震性能的安装支架和连接供电系统、天线回路的试验电缆等组件。

3 试验车的布局设计

根据车辆的特点，将其驾驶室后的座位全部拆除，用于安装专用测试设备、实验员用座椅、电源控制箱、产品安装支架等，改装后的车辆布局图如图1 所示。

图1 工程车平面图

车内分为三段：驾驶室，测量控制室，惯导安装室。各功能分室的设计方案：

3.1 驾驶室

驾驶室乘员3 人，左右侧开门；驾驶室和测量控制舱之间有隔断；驾驶室和和测量控制舱之间隔断，上面有透明玻璃窗，并开有合适玻璃窗，便于驾驶员和试验员交流信息，没有门通道。

3.2 测量控制室

测量控制室内安装有惯性导航产品的控制系统、数据采集与处理系统、带旋转座椅等。测量控制室的两侧有市电220V、50Hz 插座，便于维修和常规仪器的使用。测量控制室右侧有侧门，是试验员上下通道。测量控制舱后部有通道门，便于人员行走，对仪器设备检查。测量控制室的顶端有顶置空调，当车辆停下来后，采用市电供电制热和制冷使用。当车辆运动时，有车载制冷空调，其冷却风道在测量控制室的两侧上方。车辆制热风机安装在测量控制室左侧下方，车辆运动时由热风机供热。空调装置在车辆顶端，顶部有顶置空调和GPS 天线及护罩，车辆顶部也有不锈钢护栏及上下爬梯。图2 是工程车侧视图。

图2 工程车侧视图

3.3 惯导安装室

图3 是工程车后视图，在后部有一个左右对开门，左右对开门打开后有一锁紧装置，对开门也是惯导安装时主要通道，如图3 所示。需要注意的是，左侧对开门未锁紧时，右侧对开门不准关上，否则，对开门在打开时有可能损坏。只有在左侧对开门关上并锁紧后，右侧对开门才能关上。

图3 工程车后视图

4 试验车测试系统设计

图4 惯导车载测试系统组成方框图

为尽量提高利用率，对工程试验车设计了2 套配置完全相同的测试系统，其构成有控制台、控制面板、计算机、蓄电池组、充电器、逆变器、固定在车体上的机柜，风扇、GPS 接收天线等。惯导车载测试系统组成方框图如图4。

试验车的惯性导航产品的专用测试系统采用研华APK-3500P 无风扇嵌入式工控机，加装419 数据采集卡用于采集惯性导航产品的输出数字量，由大铝板和减震支架组成的惯导安装平台用于安装惯性导航产品，由控制柜A、B 组成的惯性导航产品测量和电源控制组件，由操纵台上A、B 控制面板和计算机系统组成的惯导测量系统控制面板用于对惯性导航产品的状态控制，车顶安装有GPS 接收天线由于接受GPS 信号，车辆二发充电系统用于在车辆行进过程中对车载电池组进行充电。在安装支架上装有通风风扇，用于在惯性导航产品工作时进行通风冷却。

每套供电系统的蓄电池采用汤浅四块UXH200 型串联而成，额定输出电压为24VDC，容量是200AH，全部充满电后能为惯导产品提供2 小时以上电量。当蓄电池组输出电压降到21VDC 以下或电量指示器低于倒数第二格时，利用全自动充电器进行充电，同时，在车辆行进过程中采用蓄电池加二发组合供电方式，当负载所需要电能大于二发供电能力时，蓄电池组补充电量给系统负载。当负载所需要电能小于二发供电能力时，由二发输出电能给系统负载，这个过程是自动进行的，系统多余的电能给蓄电池组充电。