飛行試驗顫振數據實(shí)時(shí)監控系統

摘要：顫振試飛是“I類(lèi)風(fēng)險”試飛科目，試飛風(fēng)險巨大。而原型機和涉及到結構及外型重大更改的改型機都必須進(jìn)行顫振科目試飛。因此要制定嚴格的保障措施，高效、準確的監控保證。由于顫振數據的高采樣率，為保障整個(gè)監控系統的性能，采用單獨的服務(wù)器與獨立的局域網(wǎng)，并在顫振服務(wù)器上加裝A／D轉換器，結果該顫振數據實(shí)時(shí)監控系統可按512點(diǎn)／s的采樣率無(wú)丟點(diǎn)采樣存盤(pán)，條圖儀均勻輸出。通過(guò)前期原理論證及后期使用證明該系統能滿(mǎn)足高采樣率下顫振數據的實(shí)時(shí)監控要求，而且它解決了在UDP傳輸協(xié)議的網(wǎng)絡(luò )中高采樣數據條圖儀輸出的時(shí)間均勻性問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：飛行試驗；顫振數據；遙測信號；監控系統

0 引言
顫振是飛機結構最危險的振動(dòng)形式，它是由空氣動(dòng)力、彈性恢復力和慣性力三者耦合作用下產(chǎn)生的一種振動(dòng)形式，是飛行器飛行中發(fā)生事故較多并且常常造成災難性后果的一種氣動(dòng)彈性現象。顫振研究包括顫振理論計算、縮比模型的高低速風(fēng)洞實(shí)驗、全機地面共振實(shí)驗以及飛機顫振飛行試驗等。飛機顫振飛行試驗處于防顫振研究的最終環(huán)節。
飛行顫振試驗是檢驗飛機在整個(gè)飛行包線(xiàn)范圍內不發(fā)生顫振的重要手段。它是通過(guò)飛行試驗來(lái)驗證飛機在使用包線(xiàn)內不發(fā)生氣動(dòng)彈性不穩定現象，并且具有足夠的顫振余量。該試驗一般采用亞臨界試驗技術(shù)，即在低于顫振速度條件下飛行，通過(guò)人為激勵飛機結構，從其結構響應來(lái)判斷顫振臨界條件。試飛過(guò)程中飛機一旦在空中發(fā)生顫振，會(huì )在幾秒鐘內解體。顫振試飛風(fēng)險巨大，所以必須實(shí)施實(shí)時(shí)監控保障飛行安全。在地面監控大廳接收遙測信號，對飛機的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。
目前飛行試驗中常用的實(shí)時(shí)監控系統配有雙通道位同步器，支持接收兩路遙測PCM數據流，可同時(shí)保障兩架飛機的實(shí)時(shí)監控。
由于顫振飛行試驗對實(shí)時(shí)監控系統的實(shí)時(shí)性、準確性以及可靠性要求較高，而且顫振參數具有很高的采樣率。為保障監控系統的性能，設計實(shí)現了獨立于其他飛行參數的顫振數據實(shí)時(shí)監控系統。其中怎樣保證條圖儀均勻輸出是主要解決的問(wèn)題。以下將介紹顫振數據專(zhuān)用監控系統的設計思路和工作原理，詳細闡述系統的硬件組成與相關(guān)軟件。

1 顫振數據實(shí)時(shí)監控系統
顫振數據實(shí)時(shí)監控系統結構如圖1所示。在常用的實(shí)時(shí)系統中增加為顫振數據專(zhuān)用的服務(wù)器，使用獨立的局域網(wǎng)。這樣在顫振數據的高采樣率大數據量的情況下，可不占用其他系統帶寬。使雙方不因網(wǎng)絡(luò )擁塞丟包導致數據丟失，以此保證整個(gè)實(shí)時(shí)系統的性能。如果系統中只有一臺顫振服務(wù)器，監控的兩架飛機中只能一架試飛顫振科目。

該系統結構簡(jiǎn)單但功能完備，具有多數據源：遙測數據、磁帶數據、磁盤(pán)文件；多種工作模式：實(shí)時(shí)、磁帶回放、磁盤(pán)文件數據回放；可每次采集處理多達50個(gè)顫振傳感器參數，顫振采樣率小于等于512點(diǎn)／s等特點(diǎn)。
1．1 顫振數據實(shí)時(shí)監控系統硬件組成
機載測試系統將數據類(lèi)型為ARINC 422，ARINC 429，FCS，GPS，部分1553B及加裝傳感器參數等數據采集，以PCM(脈沖編碼調制)格式記錄及遙測發(fā)射。其中選擇采集的部分1553B總線(xiàn)數據是指按總線(xiàn)號、遠程終端RT號、子地址SA、邏輯塊等總線(xiàn)字的定義，從總線(xiàn)上挑選需要的命令字、狀態(tài)字、數據字。對挑選的總線(xiàn)字，格式化為2個(gè)連續的PCM字。這些PCM字與其他測試數據合并形成一條主PCM數據流，供遙測發(fā)射到地面進(jìn)行實(shí)時(shí)監控及機載記錄。
而顫振實(shí)時(shí)監控系統是完成遙測數據采集、存儲并顯示，由位同步器、PC機、PCM反變換板、D／A變換板、交換機和條圖儀等硬件組成，如圖2所示。

發(fā)射下來(lái)的PCM數據流通過(guò)遙測接收機接收后，經(jīng)綜合傳輸網(wǎng)進(jìn)入位同步器再到PCM反變換板。完成PCM數據流的反變換后二次同步(即幀同步)，前端服務(wù)器程序采集、存貯顫振數據，并對存貯的顫振參數數據進(jìn)行取位、高低字合并、物理量轉換等校準計算。根據需要將監控畫(huà)面中使用的參數通過(guò)百兆網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到客戶(hù)端顯示，并將選定的顫振參數經(jīng)D／A轉換發(fā)送到條圖儀輸出。