飛行試驗顫振數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)

摘要：顫振試飛是“I類風(fēng)險”試飛科目，試飛風(fēng)險巨大。而原型機和涉及到結(jié)構(gòu)及外型重大更改的改型機都必須進行顫振科目試飛。因此要制定嚴格的保障措施，高效、準確的監(jiān)控保證。由于顫振數(shù)據(jù)的高采樣率，為保障整個監(jiān)控系統(tǒng)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(zhuǎn)換器，結(jié)果該顫振數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)可按512點／s的采樣率無丟點采樣存盤，條圖儀均勻輸出。通過前期原理論證及后期使用證明該系統(tǒng)能滿足高采樣率下顫振數(shù)據(jù)的實時監(jiān)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(shù)據(jù)條圖儀輸出的時間均勻性問題。
關(guān)鍵詞：飛行試驗；顫振數(shù)據(jù)；遙測信號；監(jiān)控系統(tǒng)

0 引言
顫振是飛機結(jié)構(gòu)最危險的振動形式，它是由空氣動力、彈性恢復(fù)力和慣性力三者耦合作用下產(chǎn)生的一種振動形式，是飛行器飛行中發(fā)生事故較多并且常常造成災(zāi)難性后果的一種氣動彈性現(xiàn)象。顫振研究包括顫振理論計算、縮比模型的高低速風(fēng)洞實驗、全機地面共振實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(jié)。
飛行顫振試驗是檢驗飛機在整個飛行包線范圍內(nèi)不發(fā)生顫振的重要手段。它是通過飛行試驗來驗證飛機在使用包線內(nèi)不發(fā)生氣動彈性不穩(wěn)定現(xiàn)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，通過人為激勵飛機結(jié)構(gòu)，從其結(jié)構(gòu)響應(yīng)來判斷顫振臨界條件。試飛過程中飛機一旦在空中發(fā)生顫振，會在幾秒鐘內(nèi)解體。顫振試飛風(fēng)險巨大，所以必須實施實時監(jiān)控保障飛行安全。在地面監(jiān)控大廳接收遙測信號，對飛機的狀態(tài)進行實時跟蹤。
目前飛行試驗中常用的實時監(jiān)控系統(tǒng)配有雙通道位同步器，支持接收兩路遙測PCM數(shù)據(jù)流，可同時保障兩架飛機的實時監(jiān)控。
由于顫振飛行試驗對實時監(jiān)控系統(tǒng)的實時性、準確性以及可靠性要求較高，而且顫振參數(shù)具有很高的采樣率。為保障監(jiān)控系統(tǒng)的性能，設(shè)計實現(xiàn)了獨立于其他飛行參數(shù)的顫振數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)。其中怎樣保證條圖儀均勻輸出是主要解決的問題。以下將介紹顫振數(shù)據(jù)專用監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計思路和工作原理，詳細闡述系統(tǒng)的硬件組成與相關(guān)軟件。

1 顫振數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)
顫振數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。在常用的實時系統(tǒng)中增加為顫振數(shù)據(jù)專用的服務(wù)器，使用獨立的局域網(wǎng)。這樣在顫振數(shù)據(jù)的高采樣率大數(shù)據(jù)量的情況下，可不占用其他系統(tǒng)帶寬。使雙方不因網(wǎng)絡(luò)擁塞丟包導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，以此保證整個實時系統(tǒng)的性能。如果系統(tǒng)中只有一臺顫振服務(wù)器，監(jiān)控的兩架飛機中只能一架試飛顫振科目。

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單但功能完備，具有多數(shù)據(jù)源：遙測數(shù)據(jù)、磁帶數(shù)據(jù)、磁盤文件；多種工作模式：實時、磁帶回放、磁盤文件數(shù)據(jù)回放；可每次采集處理多達50個顫振傳感器參數(shù)，顫振采樣率小于等于512點／s等特點。
1．1 顫振數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)硬件組成
機載測試系統(tǒng)將數(shù)據(jù)類型為ARINC 422，ARINC 429，F(xiàn)CS，GPS，部分1553B及加裝傳感器參數(shù)等數(shù)據(jù)采集，以PCM(脈沖編碼調(diào)制)格式記錄及遙測發(fā)射。其中選擇采集的部分1553B總線數(shù)據(jù)是指按總線號、遠程終端RT號、子地址SA、邏輯塊等總線字的定義，從總線上挑選需要的命令字、狀態(tài)字、數(shù)據(jù)字。對挑選的總線字，格式化為2個連續(xù)的PCM字。這些PCM字與其他測試數(shù)據(jù)合并形成一條主PCM數(shù)據(jù)流，供遙測發(fā)射到地面進行實時監(jiān)控及機載記錄。
而顫振實時監(jiān)控系統(tǒng)是完成遙測數(shù)據(jù)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)射下來的PCM數(shù)據(jù)流通過遙測接收機接收后，經(jīng)綜合傳輸網(wǎng)進入位同步器再到PCM反變換板。完成PCM數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，并對存貯的顫振參數(shù)數(shù)據(jù)進行取位、高低字合并、物理量轉(zhuǎn)換等校準計算。根據(jù)需要將監(jiān)控畫面中使用的參數(shù)通過百兆網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到客戶端顯示，并將選定的顫振參數(shù)經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換發(fā)送到條圖儀輸出。