基于LabVIEW的飞行模拟器大气数据仪表仿真

周红霞

关键词：大气数据仪表;仿真;LabVIEW;虚拟仪器

飞行模拟器上使用着许多形态和功能各异的航空仪表，在众多的航空仪表中，大气数据仪表是飞机主要飞行仪表及飞行状态参数测量系统，是航空电子系统的主要组成部分之一。本文就几个大气数据仪表，首先介绍基本原理，然后对如何使用LabVIEW对相应仪表进行仿真，并实现动态刷新仪表显示内容进行了介绍。

1航空仪表简介

（1）飞行高度表。气压式高度表的原理：仪表的敏感元件是真空膜盒，从静压收集器来的静压（大气压力）作用在膜盒外，静压变化时，膜盒产生变形量经传送机构，使指针转动，指示出相应的高度。

（2）指示空速表。指示空速表利用开口膜盒测量动压表示空速。膜盒内部通全压，外部（表壳内）通静压，膜盒内外压力之差就是动压。在压差的作用下，膜盒产生位移，经过传送机构，带动指针指示，指针转角大小即可反映动压大小。在静压和气温一定的条件下，动压的大小完全取决于空速。指示空速表就是根据标准大气条件下空速与动压的关系，通过测量动压表示空速的。

（3）马赫数表。典型的机械式Ma数表，由皮托管引入的全压及静压分别加到开口膜盒内和密封壳体中，开口膜盒感受动压pd，真空膜盒感受静压p。这两个膜盒分别具有所需要的非线性静特性，而动压、静压之间的除法运算是通过垫杆、拨杆机构实现的，即：

（4）备用高度/空速表。备用高度/空速表是两个飞行仪表合装在一个部件内，气动高度表从备用静压口获得大气静压并指示气压高度;气动空速表从备用全压管和备用静压孔获得全压和静压，以指示空速。备用高度/空速表的选用，增加了飞机的高度与空速参数的裕度。

2 LabVlEW简介及仪表仿真

LabVIEW是美国NI公司推出的一种基于G语言的虚拟仪器软件开发工具，采用图形化的编程语言，交互式编程环境，使用所见即所得的可视化技术，使编程过程更加接近人的思维，设计者无须编写任何文本格式的代码，就可以像搭积木一样，轻松组建一个测量系统和构造自己的仪器面板。

（1）高度表的仿真。①創建前面板。选择File--+New，打开一个新的前面板，选择Raised Rounded Box子模板置于前面板上，选择Gauge子模板，置于其上。在Gauge上点右键选择Appearance下的Label栏输入“ALT”，设置使其在前面板不显示;在指针旁边的颜色框中修改指针颜色。在Scale标签下选择合适的高度表刻度类型。将鼠标置于刻度上，待鼠标变成状如小耳机时，按下鼠标左键旋转，使表盘刻度接近真实仪表。在表盘上弹出选单，选择Digital Displ.dy，弹出数字显示框。从经典数字子模板中选择Knob，并使其Label不可见。修改旋钮指示的标度范围，使之在20.92-29.92之间（大气压力以IN Hg表示时的范围）。在旋钮刻度上弹出选单，选择Floating Point，将Significant Digits选为4，且保证Hide Trailing Zeros没有被选中。修改旋钮的外观使之接近真实仪表，在旋钮刻度类型为空白。创建自由标签，标注高度表的名称和单位。使用工具模板上的标签工具创建自由标签，然后使用快捷工具栏中的字体下拉框修改标签属性。选择两个Numeric Indicator，置于表盘上合适的空白处（不同单位制同一大气压力的显示），修改两个数字显示器的标签为：MB，IN HG。②程序框图的创建。切换到框图程序，从功能模板选择下列图标放置在框图中。

使用连线工具，将框图程序中各个图标连线，使之实现高度表的功能。切换到前面板，选择标准大气压值，并给定不同的大气静压值，单击RUN按钮，运行VI，可得到对应不同静压值的高度指示。

（2）空速表的仿真。①创建前面板。首先参考高度表仿真中的方法创建表盘，设置自由标签为“IAS”，并使其不在前面板显示;在指针旁边的颜色框中修改指针颜色为橙色。在Scale标签下选择合适的高度表刻度类型。将鼠标置于刻度上，待鼠标变成状如小耳机时，按下鼠标左键旋转，使表盘刻度更加接近真实仪表。由于所仿指示空速表的刻度范围为0～400，且表盘涂有颜色标记：白色弧线区表速为59～103nmile/h，绿色弧线区为70～150n mile/h，黄色弧线去为150—187n mile/h，红色标线处表速为187n mile/h。（其中，白区表示提醒，即此区域为襟翼可操作范围;绿区是正常工作范围;黄区为警戒速度;红色标线是极限速度，不能超过）。从Nu—meric子模板中选择两个Numeric Control，置于前面板，并将其固定标签分别修改为：大气动压和气压基准。从ClassicBoolean子模板中选择Round Light，Round LED，Square LED，置于前面板上，将其固定标签依次修改为：正常，失速，过速。前面板创建完毕。②创建程序框图。在框图程序的功能模板选择下列图标放置在框图中。

使用连线工具，将上述图标连线，实现指示空速表的功能。切换到前面板，给定不同的大气压力数值，单击RUN按钮，运行VI，然后保存并关闭该VI。

（3）马赫数表的仿真。①创建前面板。同样参照高度表仿真步骤建立表盘并修改使其接近所仿仪表，使用标签工具创建自由标签;选择两个Numeric Control，置于前面板，并将其固定标签修改为：大气压力Pt，Ps。②创建程序框图。切换到程序框图窗口，从功能模板选择下列图标置于框图中。

使用连线工具连线，使其实现马赫数表的功能。到前面板，输入合适的值，单击RUN按钮，运行VI。完成后保存。

注：马赫数表所参照的计算公式为：

（4）备用高度/空速表的仿真。此表是备用仪表，其程序及所参考计算公式与高度表、空速表相同，所以该程序框图中各图标之间的连线可参考上面高度表、指示空速表的框图。

（5）大气仪表组合。为体现所仿真仪表之间的联系，将它们放置在同一个VI中。①初步创建。在新的前面板上，将四个VI的前面板拷贝过来，合理安排位置。打开新创建的VI程序框图，并将与前面板相对应的各图标合理布局。打开之前四个VI的程序框图，分别将其中连线部分拷贝，粘贴在新创建的VI程序框图上，然后正确连线，确保每个表的功能正常。待连线无误后，切换到前面板，输入合适的压力值，运行此VI。将此VI命名为：大气仪表.VI。②实现动态仪表。上面创建的仪表，只能从键盘逐个输入气压值，因此各仪表的指针也不会动态连续变化，通过连续读人数据，可以实现各仪表的指针动态刷新。

在流程图中，将一维数组与自动索引有效的For Loop循环的左边框连接，利用循环的自动索引特性，在循环过程中将数组元素依次引入程序中。将各大气仪表的程序框图放入循环框内，并与相应大气压力的数组相连接，从而实现仪表指示值的动态刷新。当然在循环框中要放入“等待”函数，并设置其数值。切换到前面板，运行观察“大气仪表.VI”的动态效果，保存并关闭。