基于虚拟仪器的飞行试验颤振数据处理通用软件设计

张芹芹 周爱贤 关爱锐 中国飞行试验研究院，陕西 西安 710089

基于虚拟仪器的飞行试验颤振数据处理通用软件设计

张芹芹 周爱贤 关爱锐 中国飞行试验研究院，陕西 西安 710089

本文主要介绍基于虚拟仪器的飞行试验颤振数据处理通用软件的设计与开发。该软件以Labwindows/CVI为开发平台，可视化程度高，处理时可随时显示、查看采集参数和计算参数的曲线，并且软件第一次采用了自动识别FES激励信号的加入状态，自动生成时间段文件，以供后续二次处理使用，大大提高了精确度，节省了时间。

虚拟仪器；颤振；Labwindows/CVI；FES

引言

颤振其实是一种危险的振动形式，这种振动是飞机在空气动力、弹性恢复力和惯性力三者耦合作用下产生的。飞机一旦在空中发生颤振并发散，会在几秒甚至更短的时间内解体，飞行员几乎没有处置的时间，飞机逃脱的概率基本为零。

颤振飞行试验是颤振研究的最终环节，它使用真实的飞机在真实的条件下进行试验，效果是最直观和真实的。进行颤振试飞时，试验机其实是在“亚临界”状态下进行的，试飞员在空中通过既定的激励方法和程序，诱发飞机产生“颤振”，从而达到试验的目的。颤振试飞既是对飞机结构和强度的考验，更是对颤振的认知程度、试飞方法的科学性以及试飞员心理素质的综合考验，其中的过程充满了未知和风险。

笔者有幸承担了XX型飞机的颤振数据处理任务，经过数据处理工作者的不断探讨与不懈努力，攻克了一道道技术难关，及时、准确的提供了数据结果，得到各个方面的认可，与此同时形成了一套完整的“颤振FES数据处理软件”（以下简称软件）。 本文简要描述该软件的功能与结构，设计思想和解决的技术问题，旨在与各位同仁共同探讨。

1 软件的功能

本软件采用结构化方法进行设计，其软件结构图如图1所示。主要由六个模块组成。即飞行状态参数处理、去除跳点、自动选取动作时间段，振动参数处理、ASE参数处理以及FCS参数处理。

本软件的应用功能为：

1.1 飞行参数

将飞行参数转换为物理量，并进行部分参数计算，按要求格式输出结果：

1.2 振动参数

将振动参数转换为物理量，并进行部分参数计算，按要求建立一、二级子目录，并形成多动作段文件结果；

1.3 ASE参数

将ASE参数转换为物理量，并与多路（如平尾偏度、副翼偏度及方向舵偏度等）模拟量参数进行时间协调、合并及FES参数计算，按要求建立一、二级子目录，最终形成多动作段文件结果；

1.4 FCS参数

将FCS参数转换为物理量，并按要求进行部分参数计算，建立一、二级子目录，最终形成多动作段文件结果。

图1 软件结构图

2 飞行试验颤振数据处理通用软件设计

2.1 颤振数据处理通用软件前面板设计

LabWindows/CVI有很丰富的控件库，用户可以在LabWindows/CVI开发环境中构建具有个性化的前面板，前面板提供一个虚拟的仪器图视面板，用户只需按测试前面板的引导，就可以自动完成测试，并显示测试的结果。设计前面板只需从控件库中选取所需的类似传统仪器的开关和按钮，可简便地为它们设置合适的属性(如尺寸、颜色、量程等)和位置。通过前面板上的一些控件即可实现相应的测试，波形、数据显示和数据保存等功能。

界面上部显示曲线，界面中间选取数据源、时间段及结果文件，并设置提取速率。界面下方有6个按钮：颤振—飞参，状态生成，颤振—振动，颤振—ASE*，颤振—FCS*，退出。飞行试验颤振数据通用软件的前面板如图2所示。

图2 飞行试验颤振数据通用软件

2.2 编程与实现

课题需在事后飞行状态参数中计算M数、气压高度QDHP、计算表速QDVX、真速QDV和油耗等。

2.2.1 数学公式

a. 计算马赫数(M)

计算马赫数的数学公式如下：

(1)式中，DELTP、PSB分别为加装机头位置的总压和静压， 式中DM为激波气动修正量，由表1通过插值得出。

表 1 激波气动修正量

计算马赫数函数使用牛顿迭代法，计算马赫数MB。

函数名称如下：

2.2.2 修正大气压力QDPH:

2.3 软件的数据流程

本软件的数据流程如下：

处理飞行参数的数据流程如图3所示，处理振动参数的数据流程如图4所示。

图3和图4中：椭圆形代表处理；矩形代表存储；有方向的线段表示数据流向。

数据处理步骤：

2.3.1 飞行状态参数处理步骤：

2.3.1.1 从PCM数据中飞行状态参数；

2.3.1.2 相关参数计算。连同计算结果一并输出结果文件，提供试飞工程师。

2.3.2 振动参数处理步骤：

2.3.2.1 从PCM数据中提取振动数据序列（ZD）；

2.3.2.2 从PCM数据中提取FES数据序列；

2.3.2.3 以FES数据为数据源，选取动作时间段，并输出“top.tim”文件，以备后续使用；

2.3.2.4 以第一步产生的振动数据序列（ZD）文件和第三步产生的“top.tim”时间段文件为数据源，计算和转换数据，并将结果按时间段序号写入相关文件，提供试飞工程师，以供分析。

2.3.3 ASE处理步骤 同“振动参数处理步骤”。

2.3.4 FCS处理步骤，同“振动参数处理步骤”。

图3 飞参处理数据流程图

图4 振动参数处理数据流程图

3 结语

笔者介绍了使用Labwindows/CVI设计飞行试验颤振数据处理通用软件的方法，并经过实际飞行中颤振数据处理，验证了其可行性和有效性。

经过实际使用，实践证明该软件具有如下特点：

3.1 实用性：本软件所有代码均由自己编写。为以后扩充、修改、完善奠定了坚实的技术基础。

3.2 通用性：软件具有较好的通用性，完全适用于其他型号飞机颤振科目的数据处理使用；

3.3 重用性：本软件具有重用性，是因为它所使用的一些功能函数生成的静态（OBJ）和动态库（DLL）函数库可提供其他科目和实时监控画面调用，可以确保其正确性和精确度，避免重复性开发和调试，缩短试飞周期；

3.4 可视化：该软件采用先进的Labwindows/CVI工具开发，可视化程度高，处理时，可随时显示、查看采集参数和计算参数的曲线；

3.5 智能化：该软件第一次采用了自动识别FES激励信号的加入状态，自动生成时间段文件，以供后续二次处理使用，大大提高了精确度，节省了时间。

[1]孙晓云，孙会琴，郭立炜，梁永春.基于LabWindows/CVI的虚拟仪器设计与应用(第二版)[M].北京:电子工业出版社,2010

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.02.031

张芹芹（1984年2月），硕士，助理工程师，主要从事飞行试验数据处理工作。

周爱贤，女，高级工程师，主要从事飞行试验数据处理工作。