飞机飞行试验用振动/应变测量系统设计

飞机飞行试验用振动/应变测量系统设计

哈尔滨飞机工业集团有限责任公司黑龙江省哈尔滨市150000

摘要:为了对飞机飞行试验中零部件的振动和应变进行测量,本文对机载振动/应变实时测量系统进行了设计。为飞机飞行试验中振动、应变的测量提供了轻便、可靠的测试设备,从而提高飞机的安全性与可靠性。

关键词:飞行试验;振动测量;系统设计;

飞机机体及结构件重要部位振动、机翼及构件受力应变等状态信号包含许多重要信息,监测和分析这些状态变量,可以为飞机的试飞、故障诊断等提供可靠的依据,从而提高了飞机试飞的安全性与可靠性。基于这一应用要求,开发能够采集飞机状态振动信号、应变信号的测试系统就非常必要。这种系统也可以根据实际需要扩展其应用范围,用于监测除振动、应变以外的状态信号。我们设计的飞机飞行试验用振动/应变测量系统由采集器、记录器、GPS、时码发生器、发射器、传输天线、地面站组成。

一采集器和记录器

采集器和记录器是测试系统的核心。其中采集器负责应变和其他参数的测量,记录器主要负责振动数据的记录。

采集器采用模块化的设计,具有各种功能模块,采用16位(A/D)模拟数字变换,并具有低噪声、高数字精度数字滤波器,以保证很高的分辨率和测量精度,在-40℃-85℃使用环境温度范围内,具有和高的测量精度(±0.25%满量程)。符合IRIC-106标准,满足民用飞机适航标准,已被批准可应用于飞机机载设备系统。采集器主要特点如下:

符合IRIG106PCM编码标准,速度可达8M/bit;具有多种PCM码输出和格式转换;

总采样达500k/s,同步时间±250ns采用等时间间隔采样;

先进的数字滤波器和线性调节器,能够对各种模拟信号进行调节。如:高/低模拟电压、电桥、热电偶、铂电阻、同步器、压力扫描阀等;

数字信号的调节能力,频率、周期、事件计数等;

可以采样主从分布的形式组成1000通道的大容量采集系统;

记录器也是采用模块化设计,及信号调节、数据采集和编码于一体的适于机载的数据采集系统,使用固定存储卡记录,可达256GB。其微型化、模块化、坚固耐恶劣环境的数据采集系统,适用于机载应用,测量精度可达(±0.15%满量程)。最大记录速度可达30Mbit/s。可对振动信号等多种信号进行调节。

二、GPS、时码发生器、发射器、传输天线

GPS主要拥有定位、导航和授时的功能,在本系统中,主要用到的功能是授时,采用GPS以获得标准的时间。

时码发生器获得GPS的时间信号后,将时间信号在时码发生器内部进行设置,然后将时间信号传输给采集器和记录器,实现采集器与记录器时间的统一,保障了测试的精度。

发射器和天线主要功能为在接收了采集器和记录器的PCM码数据信号后,将数据信号转变为一个个数据包,通过天线将数据传输到地面站。

三、地面站

地面站是整个测试系统的终端是整个系统的一个重要组成部分。能够对传输来的数据包进行跟踪、接收、记录和处理。可以支持C/L/S/L+S/C+S频段遥测信号接收、数据处理,具有抗多径解决方案。主要由双轴自跟踪遥测天线、便携式自跟踪天线、遥测接收机、地面数据记录系统、数据处理系统组成。

其中双轴自跟踪天线具有高增益、反应快速、适于固定、移动和船载应用等优点,可以接收多频段L/S/C/L+S/C+S信号,可选1.5/1.8/2.4/3m等多种口径,可以设置多模式扫描、程序跟踪、单脉冲自动跟踪、从动跟踪等多种跟踪模式;系统简洁,技术先进,可靠性高,可视化人机界面;采用高性能8振子馈源,以及宽波束辅助馈源;跟踪速度快,跟踪精度高,机械回差小;俯仰角-5º-+185º连续转动,全空域覆盖,没有过顶问题

便携式自跟踪天线+RTR遥测接收,机动、便携,适于移动和固定应用,性能相当于双轴天线,主要特点如下:可应用于飞机(无人机)等的连续跟踪、视频和遥测数据接收和测控;支持L/S/C频段,S频段G:21db,G/T:-2.5db/K;作用距离:250km(S频段);左旋圆极化,双通道输出,可选上行链路;阵列天线和全向天线自动切换,解决过顶问题。

遥测接收机主要特点如下:可选P/L/S/C射频;单/双/四通道,分集合成,增益2.5db,选择最佳信号源;3KHz-36MHz,前端SAW滤波,中频全数字化FIR滤波;全数字化解调AM/FM/PM/BPSK/QPSK/SOQPSK/GMSK/COFDM/multi-hCPM;具有副载波解调、位同步器、帧同步器及各类纠错解码选件;数字盲均衡技术,消除多径干扰

地面数据记录处理系统,可完成PCM、时码、AGC、视频和音频等信号的大容量记录回放和数据处理。主要特点如下:可应用于AIT,在轨测试,信号仿真,地面站维护,信号采集,飞行试验;四通道70MHz中频(160MHz总宽带)时码、AGC、PCM信号高保真记录及回放;全数字处理,兼容IRIG-Chapter10标准;0可选.625/1.25/2.5/5/10/20/40MHz宽带;可配合Matlab等软件完成真实信号物理仿真。

四、结束语:

整个系统组成一套通用的飞行试验振动/应变测试系统,包括了现代飞行试验中遥测和机载数据记录两种方法,保障了数据的完整性、安全性的前提下,又能够对重要的数据进行实时的监控,对飞行中可能出现的问题和试飞情况作出快速准确的判断。

参考文献:

[1]巫景燕、刘福华、杨纯葆.KAM-500遥测采集系统在旋翼系统载荷测试中的应用[M].测控技术,2003年第22卷第一期.

[2]叶夏青、吴瑕.MiniR700数据采集器测试现场数据查看办法[J].测控技术,2012年第31卷增刊.

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