張芹芹 周愛賢 關愛銳 中國飛行試驗研究院，陜西 西安 710089

基于虛擬儀器的飛行試驗顫振數(shù)據處理通用軟件設計

張芹芹 周愛賢 關愛銳 中國飛行試驗研究院，陜西 西安 710089

本文主要介紹基于虛擬儀器的飛行試驗顫振數(shù)據處理通用軟件的設計與開發(fā)。該軟件以Labwindows/CVI為開發(fā)平臺，可視化程度高，處理時可隨時顯示、查看采集參數(shù)和計算參數(shù)的曲線，并且軟件第一次采用了自動識別FES激勵信號的加入狀態(tài)，自動生成時間段文件，以供后續(xù)二次處理使用，大大提高了精確度，節(jié)省了時間。

虛擬儀器；顫振；Labwindows/CVI；FES

引言

顫振其實是一種危險的振動形式，這種振動是飛機在空氣動力、彈性恢復力和慣性力三者耦合作用下產生的。飛機一旦在空中發(fā)生顫振并發(fā)散，會在幾秒甚至更短的時間內解體，飛行員幾乎沒有處置的時間，飛機逃脫的概率基本為零。

顫振飛行試驗是顫振研究的最終環(huán)節(jié)，它使用真實的飛機在真實的條件下進行試驗，效果是最直觀和真實的。進行顫振試飛時，試驗機其實是在“亞臨界”狀態(tài)下進行的，試飛員在空中通過既定的激勵方法和程序，誘發(fā)飛機產生“顫振”，從而達到試驗的目的。顫振試飛既是對飛機結構和強度的考驗，更是對顫振的認知程度、試飛方法的科學性以及試飛員心理素質的綜合考驗，其中的過程充滿了未知和風險。

筆者有幸承擔了XX型飛機的顫振數(shù)據處理任務，經過數(shù)據處理工作者的不斷探討與不懈努力，攻克了一道道技術難關，及時、準確的提供了數(shù)據結果，得到各個方面的認可，與此同時形成了一套完整的“顫振FES數(shù)據處理軟件”（以下簡稱軟件）。 本文簡要描述該軟件的功能與結構，設計思想和解決的技術問題，旨在與各位同仁共同探討。

1 軟件的功能

本軟件采用結構化方法進行設計，其軟件結構圖如圖1所示。主要由六個模塊組成。即飛行狀態(tài)參數(shù)處理、去除跳點、自動選取動作時間段，振動參數(shù)處理、ASE參數(shù)處理以及FCS參數(shù)處理。

本軟件的應用功能為：

1.1 飛行參數(shù)

將飛行參數(shù)轉換為物理量，并進行部分參數(shù)計算，按要求格式輸出結果：

1.2 振動參數(shù)

將振動參數(shù)轉換為物理量，并進行部分參數(shù)計算，按要求建立一、二級子目錄，并形成多動作段文件結果；

1.3 ASE參數(shù)

將ASE參數(shù)轉換為物理量，并與多路（如平尾偏度、副翼偏度及方向舵偏度等）模擬量參數(shù)進行時間協(xié)調、合并及FES參數(shù)計算，按要求建立一、二級子目錄，最終形成多動作段文件結果；

1.4 FCS參數(shù)

將FCS參數(shù)轉換為物理量，并按要求進行部分參數(shù)計算，建立一、二級子目錄，最終形成多動作段文件結果。

圖1 軟件結構圖

2 飛行試驗顫振數(shù)據處理通用軟件設計

2.1 顫振數(shù)據處理通用軟件前面板設計

LabWindows/CVI有很豐富的控件庫，用戶可以在LabWindows/CVI開發(fā)環(huán)境中構建具有個性化的前面板，前面板提供一個虛擬的儀器圖視面板，用戶只需按測試前面板的引導，就可以自動完成測試，并顯示測試的結果。設計前面板只需從控件庫中選取所需的類似傳統(tǒng)儀器的開關和按鈕，可簡便地為它們設置合適的屬性(如尺寸、顏色、量程等)和位置。通過前面板上的一些控件即可實現(xiàn)相應的測試，波形、數(shù)據顯示和數(shù)據保存等功能。

界面上部顯示曲線，界面中間選取數(shù)據源、時間段及結果文件，并設置提取速率。界面下方有6個按鈕：顫振—飛參，狀態(tài)生成，顫振—振動，顫振—ASE*，顫振—FCS*，退出。飛行試驗顫振數(shù)據通用軟件的前面板如圖2所示。

圖2 飛行試驗顫振數(shù)據通用軟件

2.2 編程與實現(xiàn)

課題需在事后飛行狀態(tài)參數(shù)中計算M數(shù)、氣壓高度QDHP、計算表速QDVX、真速QDV和油耗等。

2.2.1 數(shù)學公式

a. 計算馬赫數(shù)(M)

計算馬赫數(shù)的數(shù)學公式如下：

(1)式中，DELTP、PSB分別為加裝機頭位置的總壓和靜壓， 式中DM為激波氣動修正量，由表1通過插值得出。

表 1 激波氣動修正量

計算馬赫數(shù)函數(shù)使用牛頓迭代法，計算馬赫數(shù)MB。

函數(shù)名稱如下：

2.2.2 修正大氣壓力QDPH:

2.3 軟件的數(shù)據流程

本軟件的數(shù)據流程如下：

處理飛行參數(shù)的數(shù)據流程如圖3所示，處理振動參數(shù)的數(shù)據流程如圖4所示。

圖3和圖4中：橢圓形代表處理；矩形代表存儲；有方向的線段表示數(shù)據流向。

數(shù)據處理步驟：

2.3.1 飛行狀態(tài)參數(shù)處理步驟：

2.3.1.1 從PCM數(shù)據中飛行狀態(tài)參數(shù)；

2.3.1.2 相關參數(shù)計算。連同計算結果一并輸出結果文件，提供試飛工程師。

2.3.2 振動參數(shù)處理步驟：

2.3.2.1 從PCM數(shù)據中提取振動數(shù)據序列（ZD）；

2.3.2.2 從PCM數(shù)據中提取FES數(shù)據序列；

2.3.2.3 以FES數(shù)據為數(shù)據源，選取動作時間段，并輸出“top.tim”文件，以備后續(xù)使用；

2.3.2.4 以第一步產生的振動數(shù)據序列（ZD）文件和第三步產生的“top.tim”時間段文件為數(shù)據源，計算和轉換數(shù)據，并將結果按時間段序號寫入相關文件，提供試飛工程師，以供分析。

2.3.3 ASE處理步驟 同“振動參數(shù)處理步驟”。

2.3.4 FCS處理步驟，同“振動參數(shù)處理步驟”。

圖3 飛參處理數(shù)據流程圖

圖4 振動參數(shù)處理數(shù)據流程圖

3 結語

筆者介紹了使用Labwindows/CVI設計飛行試驗顫振數(shù)據處理通用軟件的方法，并經過實際飛行中顫振數(shù)據處理，驗證了其可行性和有效性。

經過實際使用，實踐證明該軟件具有如下特點：

3.1 實用性：本軟件所有代碼均由自己編寫。為以后擴充、修改、完善奠定了堅實的技術基礎。

3.2 通用性：軟件具有較好的通用性，完全適用于其他型號飛機顫振科目的數(shù)據處理使用；

3.3 重用性：本軟件具有重用性，是因為它所使用的一些功能函數(shù)生成的靜態(tài)（OBJ）和動態(tài)庫（DLL）函數(shù)庫可提供其他科目和實時監(jiān)控畫面調用，可以確保其正確性和精確度，避免重復性開發(fā)和調試，縮短試飛周期；

3.4 可視化：該軟件采用先進的Labwindows/CVI工具開發(fā)，可視化程度高，處理時，可隨時顯示、查看采集參數(shù)和計算參數(shù)的曲線；

3.5 智能化：該軟件第一次采用了自動識別FES激勵信號的加入狀態(tài)，自動生成時間段文件，以供后續(xù)二次處理使用，大大提高了精確度，節(jié)省了時間。

[1]孫曉云，孫會琴，郭立煒，梁永春.基于LabWindows/CVI的虛擬儀器設計與應用(第二版)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.02.031

張芹芹（1984年2月），碩士，助理工程師，主要從事飛行試驗數(shù)據處理工作。

周愛賢，女，高級工程師，主要從事飛行試驗數(shù)據處理工作。