飞机大气数据组件模拟系统

林生虎,何斌汉,熊 翔 ,黄 威,张大鹏（中国民航大学,天津 300300）

飞机大气数据组件模拟系统

林生虎,何斌汉,熊 翔 ,黄 威,张大鹏
（中国民航大学,天津 300300）

本文研究Boeing737系列飞机的大气数据系统，设计一套满足实验教学需求的仿真大气数据组件，供学校实验教学使用，提升学生对相关部分知识的理解能力。采用4525DO型号大气气压专用传感器作为数据来源；采用AT89C51作为处理数据以及发送数据的核心；采用串口通信方式将数据从下位机发送到上位机。上位机采用LABVIEW软件，对通过串口传输的数据进行处理，即解算出相应的大气参数，如高度、空速、马赫数、升降速度等，最终显示在仿真的EFIS仪表上。

4525DO;AT89C51;串口通信;LABVIEW;EFIS

1 引言

航空业蓬勃发展使得机务维修人员岗位不断增加，因此大量学校开设机务维修相关专业。对于在校学生的培训需要大量相关的器材，而用于培训的航空器又是少之又少，所以实现飞机大气数据组件模拟系统的仿真设计对于学生的学习、培训以及维修有很大的帮助。组件仿真的实现提供了和飞机实际情况相符合的模型基础，在减少成本的同时，可以感受和航空器近乎一样的功能体验。

飞机大气数据组件系统按功能可分为三部分：（1）大气数据采集部分；（2）大气数据处理与传输部分；（3）显示部分。

1.1 大气数据采集部分

利用全压探头传感器采集大气全压压力，利用静压探头传感器采集大气静压压力，然后将大气全压压力与静压压力传输给大气数据计算机。

1.2 大气数据处理与传输部分

在大气数据计算机中，将来自全压探头传感器的压力信号与静压探头传感器的压力信号进行一系列的处理与运算，解算出相应的一些重要的飞机飞行参数，如高度、空速、马赫数、升降速度等。然后再将解算出的数据传输给显示界面。

1.3 显示部分

将来自大气数据计算机解算处理后的数据，显示到相应的界面。如空速表、高度表、马赫数表等等。

2 整体方案设计

该系统模拟波音737飞机的大气数据系统，通过两个传感器实时采集大气静压和动压数据，然后通过下位机将传感器采集的数据处理后传输给上位机，上位机进行解算后，显示在仿真的EFIS仪表上，包括飞机高度、空速、马赫数、升降速度等。

3 下位机部分

3.1 导气管路部分

该系统的核心硬件结构就是全静压导气管路，导气管路均采用304不锈钢，主要参数指标为管路系统泄漏率，设计最基本的要求就是保证管路的泄漏率达到指定的指标。为了解决金属导气管路在拼接安装过程中遇到的气体泄漏问题，采用卡套接头保证气密性。运用三通卡套接头和二通卡套接头连接管路，在连接处拧紧螺母时，卡套前端外侧与接头题锥面贴合，内刃均匀的咬入金属管，形成有效密封。

3.2 数据采集部分

精度要求是至关重要的，因此对于传感器的精度选择要有一定的考究，4525DO传感器在低高度（4000米以下）误差控制在1%以内，4000至10000米时误差控制在3%以内，升降速度误差在1%以内而且自身存在温度补偿，因此适合。

3.3 数据处理与数据传输

通过传感器采集的数据是模拟数据，通过传感器转化为数字数据，然后在单片机内进行简单是数据处理过程，将处理后的数据通过串口发送的方式传输给上位机，上位机接收后再进行解算。

4 上位机部分

我们采用Labview搭建上位机界面，因为Labview界面设计更加美观，方便。程序编写更加清晰明了。对于计算公式的进入，可以直接使用C语言编写。可以及时改动，并且对于运算过程的检验断点设置更加便捷。上位机部分最重要的是要实现数据的实时读取与实时显示。因此我们首先搭建起上位机的EFIS仿真界面，然后再向每一个模块中添加对应的程序。图2为流程图。

模块包含以下部分（见图3）。

4.1 高度计算部分

已知标准大气压等于1013.25mbar，则可得气压（百帕）与高度（米）的关系

4.2 空速的计算

由伯努力方程可知：

在飞机上，若1处空气未受扰动，其压力和密度即为该处静压和空气密度。设2处全阻滞，所有动能全部转化为压力能和内能，则2处气体流速为零，则有：

由此可得空速，

4.3 马赫数的计算

由于飞机马赫数等于真空速与当地温度的比值，所以先要求得当地空速，

k-绝热指数

空气k=1.4 R-气体常数，空气R=287J/（kg·K） T-热力学温度

由此可得马赫数，

4.4 升降速度的计算

上位机在显示高度数据的同时，也在存储显示过的高度数据，然后将存储后的数据与时间相匹配，通过计算在一段时间内的高度变化与时间差值的比值来得出升降速度。

5 总结

本章主要从系统功能要求出发，首先对系统做了总体方案设计，然后针对其中下位机和上位机部分分别进行详细设计。具体做法是下位机部分先利用Visio画出硬件连接图，方便硬件连接后的线路与故障查找；然后通过Keil进行程序编写和调试。上位机部分先是搭建人机界面，然后填充界面内每一个模块的功能。经过多次实地测试，该研究过程可以准确的实现大气数据组件模拟系统的功能。

[1]康华光.电子技术基础（模拟部分）2006.

[2]温宗周.单片机原理及接口技术 2006.

[3]B737 Aircraft Maintenance Manual.AIR CHINA.

[4]陈树学.Labview实用工具详解 2014.

[5]陈永冰.惯性导航原理 2007.

林生虎（1993-），男，辽宁营口人，研究方向：电子信息与自动控制。

大学生创新创业训练计划（项目编号：201410059049）。