基于虛擬儀器的飛行試驗顫振數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

基于虛擬儀器的飛行試驗顫振數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據處理通用軟件的設計與開發。該軟件以Labwindows/CVI為開發平臺，可視化程度高，處理時可隨時顯示、查看采集參數和計算參數的曲線，并且軟件第一次采用了自動識別FES激勵信號的加入狀態，自動生成時間段文件，以供后續二次處理使用，大大提高了精確度，節省了時間。

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。飛機一旦在空中發生顫振并發散，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節，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”狀態下進行的，試飛員在空中通過既定的激勵方法和程序，誘發飛機產生“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型飛機的顫振數據處理任務，經過數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。即飛行狀態參數處理、去除跳點、自動選取動作時間段，振動參數處理、ASE參數處理以及FCS參數處理。

本軟件的應用功能為：

1.1 飛行參數

將飛行參數轉換為物理量，并進行部分參數計算，按要求格式輸出結果：

1.2 振動參數

將振動參數轉換為物理量，并進行部分參數計算，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

將ASE參數轉換為物理量，并與多路（如平尾偏度、副翼偏度及方向舵偏度等）模擬量參數進行時間協調、合并及FES參數計算，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

將FCS參數轉換為物理量，并按要求進行部分參數計算，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 飛行試驗顫振數據處理通用軟件設計

2.1 顫振數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開發環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相應的測試，波形、數據顯示和數據保存等功能。

界面上部顯示曲線，界面中間選取數據源、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，狀態生成，顫振—振動，顫振—ASE*，顫振—FCS*，退出。飛行試驗顫振數據通用軟件的前面板如圖2所示。

圖2 飛行試驗顫振數據通用軟件

2.2 編程與實現

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

2.2.1 數學公式

a. 計算馬赫數(M)

計算馬赫數的數學公式如下：

(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

計算馬赫數函數使用牛頓迭代法，計算馬赫數MB。

函數名稱如下：

2.2.2 修正大氣壓力QDPH:

2.3 軟件的數據流程

本軟件的數據流程如下：

處理飛行參數的數據流程如圖3所示，處理振動參數的數據流程如圖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據流向。

數據處理步驟：

2.3.1 飛行狀態參數處理步驟：

2.3.1.1 從PCM數據中飛行狀態參數；

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

2.3.2 振動參數處理步驟：

2.3.2.1 從PCM數據中提取振動數據序列（ZD）；

2.3.2.2 從PCM數據中提取FES數據序列；

2.3.2.3 以FES數據為數據源，選取動作時間段，并輸出“top.tim”文件，以備后續使用；

2.3.2.4 以第一步產生的振動數據序列（ZD）文件和第三步產生的“top.tim”時間段文件為數據源，計算和轉換數據，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“振動參數處理步驟”。

2.3.4 FCS處理步驟，同“振動參數處理步驟”。

圖3 飛參處理數據流程圖

圖4 振動參數處理數據流程圖

3 結語

筆者介紹了使用Labwindows/CVI設計飛行試驗顫振數據處理通用軟件的方法，并經過實際飛行中顫振數據處理，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生成的靜態（OBJ）和動態庫（DLL）函數庫可提供其他科目和實時監控畫面調用，可以確保其正確性和精確度，避免重復性開發和調試，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，可視化程度高，處理時，可隨時顯示、查看采集參數和計算參數的曲線；

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，自動生成時間段文件，以供后續二次處理使用，大大提高了精確度，節省了時間。

[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據處理工作。

周愛賢，女，高級工程師，主要從事飛行試驗數據處理工作。