飞机振动测试系统设计研究

张鹏

摘要：为了能够有效的保证飞机能够平稳运行，本文主要对飞机振动测试系统的设计进行分析研究。首先，阐述了国际上通用的测试飞机振动系统测试的方法，之后对飞机振动测试系统的结构与原理进行简要的概括与分析，最后对飞机振动测试系统的设计要点进行探讨，希望本文对相关飞机研究工作者一定的启发与帮助，加强对飞机信号的测试质量，促进我国航天事业的发展。

关键词：飞机振动;测试系统;设计研究

前言：飞机振动作为一种常见飞机运行问题，是所有航天行业所面临的一个共同的常见问题。首先飞机振动具有一定的不稳定现象，通过复杂的气动弹性对飞机的安全造成极大的威胁。另外，大幅度的振动还会引起飞机局部的振动过大，导致飞机承载能力较低，引起飞机的局部破坏。人们为了对应这种现象设计出了一种飞机振动测试系统，防止飞机在使用的过程中因为振动导致内部的构件造成损坏，以降低空中交通事故的发生率。

1. 国际常用测试飞机振动系统方法

不同国家对飞机的振动系统有着不一样的测试方法比如澳大利亚的测试方法为通过对FA-18战斗机的飞行器通过与其他国家进行联合开展国际战略技术论坛项目进行测试，主要是从飞机实际测量情况以及载入重量的測试入手，进行飞机振动疲劳损伤的理论分析进行研究，但是与其他国家不同的是，他们对飞机振动系统的测试主要是在地面风洞的试验中进行，而不是常规的飞机飞行试验过程中进行。

相比美国的飞机振动测试系统上，表现得较为全面，根据数据显示，美国飞机在进行飞机振动系统测试中，一般会在飞机管道的通道数量上进行增加，具体的增加量一般在5个左右，采集卡上使用DSP双向机卡，而不是单向机卡，在存储器的选择上一般采用FLADH型芯片，这种芯片最大的作用就是最大程度上的储存飞机在飞行过程中的信息，但是相对的缺点就是这种测试系统下抗干扰的情况下应对较低，容易出现错误的数据，美国在2001年的时候通过法律颁布了关于飞机振动处理项目研究，确定了飞机进行环境实测的专用设备以及飞机修复的设计方法，并且实际测量飞机的承载负荷数据为参照，通过对飞机振动的响应及时的分析出飞机上存有的问题，根据近些年实际的数据来看，效果确实比较的理想。

2. 飞机振动测试系统的设计要点

飞机振动测试系统主要包括数据采集模块和离线数据分析模块，当飞机进行振动测试时，由飞机上的采集模块中的主控单元控制整个飞机上的硬件电路进行数据的回收和收集，然后再进行分析研究，在进行数据采集之后，将飞机信号预处理单元中的应变传感器和测试温度的传感器分别把转变电压以及温度电压传递给信号处理电路，通过测量以及过滤后，将适合条件的测试信号进入到主控单元中，在主控单元的内部完成A/D的转变，并将储存的信息储存到SD卡中，当测试的飞机完成振动测试进行降落时，通过USB的接口将飞机在进行振动测试时所采集到的数据下载到PC机中，通过数据分析模块完成对振动测试数据的分析，另外上位机还可以经过USB接口进行参数的上传和更换，具体的操作流程为通过对飞机振动测试的数据下载、参数上传、数据处理程序和显示连接到PC机中，再由PC机通过USB的接口传入到主控单元上，最后连接到SD卡当中，还有一种结构原理为通过飞机振动测试中的预处理单元考和供电单元的数据上传到主控单元中，再由主控单元传入到SD卡中。具体来讲，该系统的设计要点如下：

2.1采集模块设计

在飞机的振动测试系统中，由于不能对飞机的结构和电表系统进行改造，这就需要振动测试数据需要在长时间的飞行环境中进行采集，并且这种采集方式需要有大容量的数据储存器，因此在采集模块的设计上必须包含两个方面，第一个是采集模块设计需要配有独立的电源系统，能够保证飞机在飞行的过程中实现数据的自动采集，提高了工作的效率，增强了数据采集的可靠性，另一个是能对采集模块中的大量采集数据进行现场储存。一般的采集模块电路的结构主要包括主控单元、预计处理单元、数据储存单元以及供给单元等等，具体的结构原理为：通过对采集模块中预处理单元，包括其中的传感器以及信号调整上传到采集模块计算机处理器当中，在通过计算机处理器上传到串口通信，在串口通信的内部进行分析与研究，分析好之后上传到储存处理器当中，最后通过USB的接口连接到SD卡中放入到采集模块的储存单元当中[1]。

需要注意的是当采集模块中的芯片使用的是单片机时，一定要采用C8051F340型号的单片机作为主要的储存数据进入到SD卡中的控制芯片，由这两个芯片共同组成采集模块的主控单元。整个采集模块所采用自带的锂电池进行供电，通过SD卡中得到两种不同的电压，分别为3.5电压和6电压，将这两种电压通过信号调理电路中进行放大和过滤。此时的采集模板的模拟信号会送入到SD卡中进行A/D之间的转换，将转换的结果储存到相对应的储存器中，通过串口把数据送到SD卡中的RAM上[2]。

2.2分析模块设计

通常采用LabVIEW一种程序开发环境进行分析，这种程序开发环境是美国的一家仪器公司所创立的虚拟仪器开发公司。具有强大的数据分析功能。分析模块中的设计主要是利用LabVIEW所提供的虚拟平台，完成对数据采集信号的D/A转换、以往数据波形的对比、数据信号分析处理、最终的结果显示等等。主要的结构原理为：采集模块通过利用LabVIEW的平台，模拟开发出关于振动的仪器，通过USB的接口在D/A的数据中进行转换，转换之后将分析模块所提供的数据通过文件储存的形式将采集模块的历史数据进行恢复，恢复好之后在通过信号进行分析处理，其中信号处理分析主要包括幅值域分析、时域分析、频域分析、倍频程域分析，其中幅值域参数一般是用来计算信号幅度的变化、波动的大小以及能量分布的规律，在测试振动的工程领域中，通过分析两个测试信号之间的关系，或者一个信号在一前一后的关系中，来提取更加深层次的特征，从而实现测试的目的。最后通过这四种分析与处理，将最后的结果显示出来。

需要注意的是，由于分析模块中SD卡的数据是18进制形式的，因此在进行数据分析时将18进制的形式换成10进制的形式，将采集模块中的数据值和实际测量的温度值共同储存于TXT的文件中，接着利用这个文件最大程度上的保证分析模块中历史数据通过波形的形状进行恢复，因为波形在LabVIEW中是信号分析的输入信息，有了波形才能对分析模块中的信号进行各种分析与处理。

结语：综上所述，本文对飞机振动测试系统的具体内容做了详细的介绍，尤其在采集模块设计以及分析模块设计进行分析与研究，通过对常见的飞机振动系统测试的方法进行概括，能够使有关人员进行更好的了解目前飞机振动系统的形式，通过对飞机振动系统的构造使有关人员更好的了解振动系统的工作原理内容。帮助我国的航天事业朝着更加合理、理想的发展。

参考文献：

[1]张朵，彭瑞元.一种飞机振动测试系统设计[J].中国科技信息，2019（05）：31-32.

[2]朱丽，王小辉.试验机环境振动测试技术研究[J].电子设计工程，2018，26（09）：91-94+100.