飛行試驗顫振數(shù)據實時監(jiān)控系統(tǒng)

摘要：顫振試飛是“I類風險”試飛科目，試飛風險巨大。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，采用單獨的服務器與獨立的局域網，并在顫振服務器上加裝A／D轉換器，結果該顫振數(shù)據實時監(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)據的實時監(jiān)控要求，而且它解決了在UDP傳輸協(xié)議的網絡中高采樣數(shù)據條圖儀輸出的時間均勻性問題。
關鍵詞：飛行試驗；顫振數(shù)據；遙測信號；監(jiān)控系統(tǒng)

0 引言
顫振是飛機結構最危險的振動形式，它是由空氣動力、彈性恢復力和慣性力三者耦合作用下產生的一種振動形式，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，即在低于顫振速度條件下飛行，通過人為激勵飛機結構，從其結構響應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，會在幾秒鐘內解體。顫振試飛風險巨大，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，設計實現(xiàn)了獨立于其他飛行參數(shù)的顫振數(shù)據實時監(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)據專用監(jiān)控系統(tǒng)的設計思路和工作原理，詳細闡述系統(tǒng)的硬件組成與相關軟件。

1 顫振數(shù)據實時監(jiān)控系統(tǒng)
顫振數(shù)據實時監(jiān)控系統(tǒng)結構如圖1所示。在常用的實時系統(tǒng)中增加為顫振數(shù)據專用的服務器，使用獨立的局域網。這樣在顫振數(shù)據的高采樣率大數(shù)據量的情況下，可不占用其他系統(tǒng)帶寬。使雙方不因網絡擁塞丟包導致數(shù)據丟失，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)結構簡單但功能完備，具有多數(shù)據源：遙測數(shù)據、磁帶數(shù)據、磁盤文件；多種工作模式：實時、磁帶回放、磁盤文件數(shù)據回放；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)據實時監(jiān)控系統(tǒng)硬件組成
機載測試系統(tǒng)將數(shù)據類型為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總線數(shù)據是指按總線號、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)據合并形成一條主PCM數(shù)據流，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)據流通過遙測接收機接收后，經綜合傳輸網進入位同步器再到PCM反變換板。完成PCM數(shù)據流的反變換后二次同步(即幀同步)，前端服務器程序采集、存貯顫振數(shù)據，并對存貯的顫振參數(shù)數(shù)據進行取位、高低字合并、物理量轉換等校準計算。根據需要將監(jiān)控畫面中使用的參數(shù)通過百兆網絡發(fā)送到客戶端顯示，并將選定的顫振參數(shù)經D／A轉換發(fā)送到條圖儀輸出。