某飞行台机载数据记录系统设计

段小维 丁旭

摘 要：文章根据某飞行台被试发动机试验要求，针对该阶段试验过程中所需测试参数多、类型复杂、信号采样频率差别大，数据流量大等特点，设计了数据记录系统。文章介绍了该机载数据记录系统的结构、实现方法及功能特点，实现了试验过程中数据的长时间记录，满足某发动机飞行台试飞过程中测试及后期数据处理分析要求，具有较高的效率。

关键词：飞行台；数据记录系统；总线

中图分类号：TP333 文献标志码：A 文章编号：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

被试发动机的飞行台试验是将被试发动机安装于成熟载机平台，从而在真实高空飞行条件下完成对被试发动机功能及性能的暴露、考核、评估的试验方法。一般用于新型发动机的研制试飞及取证试飞阶段。在该阶段的试验过程中，需要对载机飞行状态、被试发动机功能性能參数及各截面特征参数、被试发动机各子系统，附件系统及负载系统等大量的参数进行测量及监控分析处理。单架次试飞持续时间长、测试参数多、类型复杂、信号采样频率差别大，数据流量大成为该阶段试验的显著特点。而数据记录系统作为整个测试监控系统的重要一环，用于完成整个试验数据的实时记录，为试验数据的后期分析处理提供数据基础。本文根据某飞行试验台某被试发动机试验内容及要求，设计完成了一套机载数据记录系统，该系统可实现对于网络数据，PCM数据，模拟数据及总线数据等多种数据模式及格式的接收及记录，可满足某发动机飞行台试飞过程中测试及后期数据处理分析要求，具有较高的效率。

2 系统设计

2.1 某飞行台测试系统及数据结构

某飞行台的测试监控系统用于某发动机的它机试验过程中，对试验过程中对被试发动机的状态及参数进行测试监控，为发动机工程技术人员提供试验数据。整个测试系统结构如图1所示，来自被试发动机及载机不同位置上的传感器信号，电气控制系统的开关量信号，从机上抽引的总线信号，被试发动机EEC、健康管理系统及各试验子系统的总线等信号通过相应的信号调理器进行相应的信号放大，隔离，整形，信号匹配及滤波过程后进入1至3号UMA2000采集器的相应采集板卡，网络采集器按照相应的采样率对参数进行采样及时间标记，编码后以INEA包的形式转发给核心交换机。核心网络交换机将收到的数据转发至数据记录系统，及数据处理服务器端口。记录器直接对所有数据进行记录。数据处理服务器实现对数据的实时处理，配合客户端实现实时监控。该系统可实现温度压力等566路模拟量信号，96路开关量信号，32路脉动压力信号，48路动态压力信号，39路总线信号，16路振动信号及两路视频信号的采集，数据处理，实时监控及机载记录。其中数据记录系统作为整个测试系统的一个重要节点，为了保证数据的真实完整性，采用了直接从交换机获得原码数据进行直接记录的方式，因此其数据格式包括了网络数据，PCM数据，模拟数据及总线数据等多种数据模式及格式，因此合理高效的数据记录系统成为该测试系统的一个重要组成部分。

2.2 机载数据记录系统结构及配置

该机载数据记录系统主要用于某飞行台被试发动机试验过程中试验数据的全部实时记录。根据其试验测试系统的结构、数据特点及试验需求，采用了如图1所示的两台NANO型数据记录器从核心网络交换机接收包括网络数据，PCM数据，模拟数据及总线数据以及视频数据等多种数据模式及格式的数据，并完成记录。数据记录器由机载网络记录器、CPU、固态盘、电源模块、功能模块和软件组成，所存储的原始数据符合DTMUX或者IRIG106格式数据标准。根据系统测试参数及记录容量要求，两台记录器模块分配如表1所示。由记录器YF-A实现对于1、2号UMA2000网络采集器所采集的温度压力等通用参数以太网数据及两路视频数据的接收及存储。而YF-B记录器则用来实现对于振动模拟量信号及各种总线信号的接收及记录。

2.3 YF-A记录器

YF-A记录器用于实现对于1、2号UMA2000网络采集器所采集的温度压力等通用参数以太网数据及两路视频数据的接收及存储。该数据记录器结构如图2所示。

系统采用2通道网络数据模块，可实现1000M/100M/10Mbps的以太网/UDP数据记录，配置固态盘两块，网络数据记录容量2×2×256GB=1024GB，网络数据记录时间>7小时。采用2路视频输入采集记录模块，可记录两路视频信号。其中一路复合视频PAL 720×576 或者 NTSC 720×480，另外一路可选视频HDTV 1920×1080，50/60Hz或VGA 1024×768， 60Hz。

2.4 YF-B记录器

YF-B记录器用于实现对于振动模拟量信号及各种总线信号的接收及记录。该数据记录器结构如图3所示。

系统采用16通道模拟量信号记录模块实现对于振动数据的记录，通道采样率为：50K/25K/12.5K/6.25K/3K/1K可选，带宽0-22K Hz/0-11K Hz/ 0-5.5K Hz，数据24bit转换，16bit存储，模拟量数据记录容量2×256GB=512GB，记录时间>8小时。PCM记录模块采用4通道，每通道都有独立的外部时钟，含时钟的记录信号类型为NRZL ，Bi-phaseL，，最大流率为10Mbps/通道。RS232及RS422总线数据则采用4路异步通道，速率可达312500波特，带停止位、奇或偶校验位，支持每通道外部独立时钟。1553B数据记录模块则采用2路双冗余数据输入记录通道，数据速率为1Mbps/通道。

2.5 数据记录系统软件设计

整个数据记录系统软件包括记录器系统软件、数据转换软件及数据卸载回放软件三个部分。系统软件主要完成記录器系统的配置加载，实现按照任务需要对记录器所要记录的数据流类型与数量的配置编程。数据转换软件实现记录数据的转换及数据文件的生成，从被选通道中选出包含在磁盘上以二进制，浮点数，EXCEL，声音，视频等保存的适合DTMUX格式或者IRIG106格式的数据，转换为与MATLAB、SCILAB、LABVIEW、FDA等软件格式兼容的数据文件。数据卸载回访软件则用于所记录数据的地面卸载及回放，可根据需求挑选参数，完成所需试验数据的卸载及回放。

3 试验与结论

本文针对某飞行台某型被试发动机试验要求，根据其测试系统特点、结构、需求，设计了一套机载数据记录系统，实现了试验过程中数据的长时间机载记录。经实验室调试试验及20多架次的飞行试验证明，该系统性能可靠，所记录数据完整准确，数据文件具有较高的可读性及兼容性，满足某发动机飞行台试飞过程中测试及后期数据处理分析要求，具有较高的效率。

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