某飛行臺機載數據記錄系統設計

段小維 丁旭

摘 要：文章根據某飛行臺被試發動機試驗要求，針對該階段試驗過程中所需測試參數多、類型復雜、信號采樣頻率差別大，數據流量大等特點，設計了數據記錄系統。文章介紹了該機載數據記錄系統的結構、實現方法及功能特點，實現了試驗過程中數據的長時間記錄，滿足某發動機飛行臺試飛過程中測試及后期數據處理分析要求，具有較高的效率。

關鍵詞：飛行臺；數據記錄系統；總線

中圖分類號：TP333 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）19-0111-02

Abstract： A data recording system is designed according to the test requirements of a flight engine and the characteristics of the test in this phase， such as many test parameters， complex types， large differences in signal sampling frequency and large data flow rate， and so on. This paper introduces the structure， implementation method and functional characteristics of the airborne data recording system， realizes the long time data recording during the test， and meets the requirements of the test and the later data processing and analysis during the flight test of an engine flight platform， thus having high efficiency.

Keywords： flight platform； data recording system； bus

1 概述

被試發動機的飛行臺試驗是將被試發動機安裝于成熟載機平臺，從而在真實高空飛行條件下完成對被試發動機功能及性能的暴露、考核、評估的試驗方法。一般用于新型發動機的研制試飛及取證試飛階段。在該階段的試驗過程中，需要對載機飛行狀態、被試發動機功能性能參數及各截面特征參數、被試發動機各子系統，附件系統及負載系統等大量的參數進行測量及監控分析處理。單架次試飛持續時間長、測試參數多、類型復雜、信號采樣頻率差別大，數據流量大成為該階段試驗的顯著特點。而數據記錄系統作為整個測試監控系統的重要一環，用于完成整個試驗數據的實時記錄，為試驗數據的后期分析處理提供數據基礎。本文根據某飛行試驗臺某被試發動機試驗內容及要求，設計完成了一套機載數據記錄系統，該系統可實現對于網絡數據，PCM數據，模擬數據及總線數據等多種數據模式及格式的接收及記錄，可滿足某發動機飛行臺試飛過程中測試及后期數據處理分析要求，具有較高的效率。

2 系統設計

2.1 某飛行臺測試系統及數據結構

某飛行臺的測試監控系統用于某發動機的它機試驗過程中，對試驗過程中對被試發動機的狀態及參數進行測試監控，為發動機工程技術人員提供試驗數據。整個測試系統結構如圖1所示，來自被試發動機及載機不同位置上的傳感器信號，電氣控制系統的開關量信號，從機上抽引的總線信號，被試發動機EEC、健康管理系統及各試驗子系統的總線等信號通過相應的信號調理器進行相應的信號放大，隔離，整形，信號匹配及濾波過程后進入1至3號UMA2000采集器的相應采集板卡，網絡采集器按照相應的采樣率對參數進行采樣及時間標記，編碼后以INEA包的形式轉發給核心交換機。核心網絡交換機將收到的數據轉發至數據記錄系統，及數據處理服務器端口。記錄器直接對所有數據進行記錄。數據處理服務器實現對數據的實時處理，配合客戶端實現實時監控。該系統可實現溫度壓力等566路模擬量信號，96路開關量信號，32路脈動壓力信號，48路動態壓力信號，39路總線信號，16路振動信號及兩路視頻信號的采集，數據處理，實時監控及機載記錄。其中數據記錄系統作為整個測試系統的一個重要節點，為了保證數據的真實完整性，采用了直接從交換機獲得原碼數據進行直接記錄的方式，因此其數據格式包括了網絡數據，PCM數據，模擬數據及總線數據等多種數據模式及格式，因此合理高效的數據記錄系統成為該測試系統的一個重要組成部分。

2.2 機載數據記錄系統結構及配置

該機載數據記錄系統主要用于某飛行臺被試發動機試驗過程中試驗數據的全部實時記錄。根據其試驗測試系統的結構、數據特點及試驗需求，采用了如圖1所示的兩臺NANO型數據記錄器從核心網絡交換機接收包括網絡數據，PCM數據，模擬數據及總線數據以及視頻數據等多種數據模式及格式的數據，并完成記錄。數據記錄器由機載網絡記錄器、CPU、固態盤、電源模塊、功能模塊和軟件組成，所存儲的原始數據符合DTMUX或者IRIG106格式數據標準。根據系統測試參數及記錄容量要求，兩臺記錄器模塊分配如表1所示。由記錄器YF-A實現對于1、2號UMA2000網絡采集器所采集的溫度壓力等通用參數以太網數據及兩路視頻數據的接收及存儲。而YF-B記錄器則用來實現對于振動模擬量信號及各種總線信號的接收及記錄。

2.3 YF-A記錄器

YF-A記錄器用于實現對于1、2號UMA2000網絡采集器所采集的溫度壓力等通用參數以太網數據及兩路視頻數據的接收及存儲。該數據記錄器結構如圖2所示。

系統采用2通道網絡數據模塊，可實現1000M/100M/10Mbps的以太網/UDP數據記錄，配置固態盤兩塊，網絡數據記錄容量2×2×256GB=1024GB，網絡數據記錄時間>7小時。采用2路視頻輸入采集記錄模塊，可記錄兩路視頻信號。其中一路復合視頻PAL 720×576 或者 NTSC 720×480，另外一路可選視頻HDTV 1920×1080，50/60Hz或VGA 1024×768， 60Hz。

2.4 YF-B記錄器

YF-B記錄器用于實現對于振動模擬量信號及各種總線信號的接收及記錄。該數據記錄器結構如圖3所示。

系統采用16通道模擬量信號記錄模塊實現對于振動數據的記錄，通道采樣率為：50K/25K/12.5K/6.25K/3K/1K可選，帶寬0-22K Hz/0-11K Hz/ 0-5.5K Hz，數據24bit轉換，16bit存儲，模擬量數據記錄容量2×256GB=512GB，記錄時間>8小時。PCM記錄模塊采用4通道，每通道都有獨立的外部時鐘，含時鐘的記錄信號類型為NRZL ，Bi-phaseL，，最大流率為10Mbps/通道。RS232及RS422總線數據則采用4路異步通道，速率可達312500波特，帶停止位、奇或偶校驗位，支持每通道外部獨立時鐘。1553B數據記錄模塊則采用2路雙冗余數據輸入記錄通道，數據速率為1Mbps/通道。

2.5 數據記錄系統軟件設計

整個數據記錄系統軟件包括記錄器系統軟件、數據轉換軟件及數據卸載回放軟件三個部分。系統軟件主要完成記錄器系統的配置加載，實現按照任務需要對記錄器所要記錄的數據流類型與數量的配置編程。數據轉換軟件實現記錄數據的轉換及數據文件的生成，從被選通道中選出包含在磁盤上以二進制，浮點數，EXCEL，聲音，視頻等保存的適合DTMUX格式或者IRIG106格式的數據，轉換為與MATLAB、SCILAB、LABVIEW、FDA等軟件格式兼容的數據文件。數據卸載回訪軟件則用于所記錄數據的地面卸載及回放，可根據需求挑選參數，完成所需試驗數據的卸載及回放。

3 試驗與結論

本文針對某飛行臺某型被試發動機試驗要求，根據其測試系統特點、結構、需求，設計了一套機載數據記錄系統，實現了試驗過程中數據的長時間機載記錄。經實驗室調試試驗及20多架次的飛行試驗證明，該系統性能可靠，所記錄數據完整準確，數據文件具有較高的可讀性及兼容性，滿足某發動機飛行臺試飛過程中測試及后期數據處理分析要求，具有較高的效率。

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