飞行试验颤振数据实时监控系统

摘要：颤振试飞是“I类风险”试飞科目，试飞风险巨大。而原型机和涉及到结构及外型重大更改的改型机都必须进行颤振科目试飞。因此要制定严格的保障措施，高效、准确的监控保证。由于颤振数据的高采样率，为保障整个监控系统的性能，采用单独的服务器与独立的局域网，并在颤振服务器上加装A／D转换器，结果该颤振数据实时监控系统可按512点／s的采样率无丢点采样存盘，条图仪均匀输出。通过前期原理论证及后期使用证明该系统能满足高采样率下颤振数据的实时监控要求，而且它解决了在UDP传输协议的网络中高采样数据条图仪输出的时间均匀性问题。
关键词：飞行试验；颤振数据；遥测信号；监控系统

0 引言
颤振是飞机结构最危险的振动形式，它是由空气动力、弹性恢复力和惯性力三者耦合作用下产生的一种振动形式，是飞行器飞行中发生事故较多并且常常造成灾难性后果的一种气动弹性现象。颤振研究包括颤振理论计算、缩比模型的高低速风洞实验、全机地面共振实验以及飞机颤振飞行试验等。飞机颤振飞行试验处于防颤振研究的最终环节。
飞行颤振试验是检验飞机在整个飞行包线范围内不发生颤振的重要手段。它是通过飞行试验来验证飞机在使用包线内不发生气动弹性不稳定现象，并且具有足够的颤振余量。该试验一般采用亚临界试验技术，即在低于颤振速度条件下飞行，通过人为激励飞机结构，从其结构响应来判断颤振临界条件。试飞过程中飞机一旦在空中发生颤振，会在几秒钟内解体。颤振试飞风险巨大，所以必须实施实时监控保障飞行安全。在地面监控大厅接收遥测信号，对飞机的状态进行实时跟踪。
目前飞行试验中常用的实时监控系统配有双通道位同步器，支持接收两路遥测PCM数据流，可同时保障两架飞机的实时监控。
由于颤振飞行试验对实时监控系统的实时性、准确性以及可靠性要求较高，而且颤振参数具有很高的采样率。为保障监控系统的性能，设计实现了独立于其他飞行参数的颤振数据实时监控系统。其中怎样保证条图仪均匀输出是主要解决的问题。以下将介绍颤振数据专用监控系统的设计思路和工作原理，详细阐述系统的硬件组成与相关软件。

1 颤振数据实时监控系统
颤振数据实时监控系统结构如图1所示。在常用的实时系统中增加为颤振数据专用的服务器，使用独立的局域网。这样在颤振数据的高采样率大数据量的情况下，可不占用其他系统带宽。使双方不因网络拥塞丢包导致数据丢失，以此保证整个实时系统的性能。如果系统中只有一台颤振服务器，监控的两架飞机中只能一架试飞颤振科目。

该系统结构简单但功能完备，具有多数据源：遥测数据、磁带数据、磁盘文件；多种工作模式：实时、磁带回放、磁盘文件数据回放；可每次采集处理多达50个颤振传感器参数，颤振采样率小于等于512点／s等特点。
1．1 颤振数据实时监控系统硬件组成
机载测试系统将数据类型为ARINC 422，ARINC 429，FCS，GPS，部分1553B及加装传感器参数等数据采集，以PCM(脉冲编码调制)格式记录及遥测发射。其中选择采集的部分1553B总线数据是指按总线号、远程终端RT号、子地址SA、逻辑块等总线字的定义，从总线上挑选需要的命令字、状态字、数据字。对挑选的总线字，格式化为2个连续的PCM字。这些PCM字与其他测试数据合并形成一条主PCM数据流，供遥测发射到地面进行实时监控及机载记录。
而颤振实时监控系统是完成遥测数据采集、存储并显示，由位同步器、PC机、PCM反变换板、D／A变换板、交换机和条图仪等硬件组成，如图2所示。

发射下来的PCM数据流通过遥测接收机接收后，经综合传输网进入位同步器再到PCM反变换板。完成PCM数据流的反变换后二次同步(即帧同步)，前端服务器程序采集、存贮颤振数据，并对存贮的颤振参数数据进行取位、高低字合并、物理量转换等校准计算。根据需要将监控画面中使用的参数通过百兆网络发送到客户端显示，并将选定的颤振参数经D／A转换发送到条图仪输出。