某型飛機(jī)駕駛桿力測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

胡寶權(quán)　許悅

摘要：傳統(tǒng)的飛機(jī)駕駛桿力測試主要通過模擬式儀表來實(shí)現(xiàn)，不僅嚴(yán)重依賴操作人員的經(jīng)驗(yàn)，而且還存在測量精度低、效率差、測量數(shù)據(jù)得不到有效管理等缺陷。基于此，設(shè)計(jì)并開發(fā)了一套多功能的飛機(jī)駕駛桿力測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于虛擬儀器平臺進(jìn)行開發(fā)，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)保存等能力，為該型飛機(jī)的飛行安全提供了有力保障。

關(guān)鍵詞：駕駛桿力;虛擬儀器;測試系統(tǒng);數(shù)據(jù)采集

中圖分類號：TP277

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.1591 3/j .cnki.kj ycx.2019.08.007

飛機(jī)駕駛桿是飛控系統(tǒng)的重要組成部分之一，其橫向力和縱向力分別控制飛機(jī)的翻滾和俯仰姿態(tài)[1]。因此，飛機(jī)駕駛桿的穩(wěn)定性和可靠性直接影響著飛機(jī)的飛行安全。飛行員在操縱駕駛桿時(shí)，拉桿過大或過猛都有可能導(dǎo)致飛機(jī)陷入危險(xiǎn)駕駛狀態(tài)，飛機(jī)的桿力實(shí)時(shí)檢測對于駕駛員身體的載荷感應(yīng)，正確操作駕駛桿控制飛機(jī)的飛行姿態(tài)，提高飛機(jī)的可靠性、安全性等起到了非常重要的作用[2]。

受研制條件限制，某型飛機(jī)前期在進(jìn)行駕駛桿力測試時(shí)，使用的是第一代模擬式檢測儀表，主要存在以下不足[3]：①采用傳統(tǒng)的人工檢測方法，測量精度低，誤差大;②需要的人員多，對現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)依賴大，且測量結(jié)果易受操作人員影響;③無法得到實(shí)時(shí)的測試曲線，試驗(yàn)數(shù)據(jù)得不到有效管理，更無法進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回放與分析。

針對上述情況，開發(fā)了一套先進(jìn)的飛機(jī)駕駛桿力測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于虛擬儀器平臺進(jìn)行開發(fā)，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)保存等能力。目前，該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于某型飛機(jī)的駕駛桿力測試過程，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性良好，為該型飛機(jī)的飛行安全提供了有力保障。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示。本系統(tǒng)硬件由左駕駛桿力傳感器、右駕駛桿力傳感器、信號調(diào)理器、Agilent34972A數(shù)據(jù)采集器和LabVIEW軟件平臺下的計(jì)算機(jī)等設(shè)備組成。首先通過設(shè)計(jì)的專用工裝將左駕駛桿力傳感器安裝于飛機(jī)主駕駛的駕駛桿上，將右駕駛桿力傳感器安裝于飛機(jī)副駕駛的駕駛桿上。駕駛桿力傳感器采用電阻應(yīng)變式傳感器，當(dāng)飛行員操縱飛機(jī)駕駛桿時(shí)，駕駛桿力傳感器將飛機(jī)駕駛桿的力值信號轉(zhuǎn)換成毫伏級的電壓信號。其次通過信號調(diào)理器將傳感器輸出的毫伏級信號放大到伏級，并進(jìn)行濾波處理。然后通過Agilent34972A數(shù)據(jù)采集器將信號調(diào)理器輸出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。最后通過LabVIEW軟件平臺下的計(jì)算機(jī)控制采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，并將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、顯示與存儲等各種操作。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 軟件流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件流程如圖2所示。軟件啟動(dòng)后，首先檢查配置文件和數(shù)據(jù)庫是否存在。如果不存在，退出軟件并彈出對話框提示用戶;如果都存在，軟件加載運(yùn)行時(shí)相關(guān)資源加載完畢之后，進(jìn)入登錄界面，等待用戶輸入用戶名和密碼。用戶點(diǎn)擊“登錄”按鈕以后，軟件自動(dòng)在數(shù)據(jù)庫中搜索用戶輸入的用戶名及其對應(yīng)的密碼，如果用戶名不存在或密碼不匹配，身份驗(yàn)證失敗，用戶可點(diǎn)擊登錄界面的“取消”按鈕退出程序，也可重新輸入正確的用戶名和密碼再次登錄。

用戶輸入的用戶名和密碼與數(shù)據(jù)庫中存儲的信息一致則身份驗(yàn)證通過，程序執(zhí)行下一步——硬件自檢。硬件如果自檢失敗，則直接退出程序;如果自檢成功，則打開程序主界面。此時(shí)如果用戶沒有進(jìn)行界面上的操作，系統(tǒng)將駕駛桿力傳感器獲取的數(shù)據(jù)解析后顯示在主界面相應(yīng)的控件上。當(dāng)用戶在主界面上進(jìn)行操作時(shí)，響應(yīng)用戶對應(yīng)的操作，例如系統(tǒng)自檢、打開校準(zhǔn)界面、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)回放、查看幫助信息、退出程序等。

2.2 串口操作模塊設(shè)計(jì)

RS232串口操作子VI如圖3所示。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)之間通過RS232串口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。LabVIEW串口操作是最基本的初始化、讀、寫、關(guān)閉操作，直接調(diào)用LabVIEW中提供的串口操作函數(shù)即可。為了后續(xù)操作的方便，將RS232串口操作封裝成一個(gè)子Ⅵ，后續(xù)根據(jù)數(shù)據(jù)讀、寫操作的不同，調(diào)用該子VI完成相應(yīng)的操作即可。該子Ⅵ輸入輸出參數(shù)定義如表1所示。

2.3 主程序設(shè)計(jì)

主程序如圖4所示。主程序主要采用狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先設(shè)計(jì)一個(gè)枚舉常量，分別賦值初始化、測試操作和退出。程序運(yùn)行之后，首先進(jìn)入初始化，對界面的一些控件進(jìn)行各種原始操作。例如界面上顯示的飛機(jī)駕駛桿力測試數(shù)據(jù)在每次試驗(yàn)之前需要設(shè)置為0，類似這些操作都可以放在初始化中進(jìn)行。初始化完成之后，軟件自動(dòng)跳人測試操作幀，在測試操作中，使用了事件結(jié)構(gòu)，當(dāng)用戶沒有在界面進(jìn)行操作時(shí)，事件結(jié)構(gòu)進(jìn)入到超時(shí)循環(huán)，此時(shí)通過調(diào)用2.2小節(jié)設(shè)計(jì)的RS232串口操作子Ⅵ，獲取Agilent34972A數(shù)據(jù)采集器采集的數(shù)據(jù)，解析后顯示在主界面相應(yīng)的控件上。當(dāng)用戶點(diǎn)擊主界面上的任意按鈕時(shí)，超時(shí)循環(huán)停止執(zhí)行，程序自動(dòng)跳入對應(yīng)的事件結(jié)構(gòu)幀，響應(yīng)用戶的操作。

3 測試系統(tǒng)的應(yīng)用狀況

系統(tǒng)主界面如圖5所示，主界面的左側(cè)為用戶可以操作的一些控件，共包括系統(tǒng)自檢、信號校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)回放、幫助和退出系統(tǒng)六個(gè)按鍵。其中系統(tǒng)自檢可以對系統(tǒng)的硬件進(jìn)行自檢;信號校準(zhǔn)主要功能是通過軟件算法對輸入，輸出信號進(jìn)行校準(zhǔn)，解決由線壓降、分壓電路等原因造成的輸入/輸出源值與實(shí)際值不符的問題;數(shù)據(jù)分析可以對采集的信號進(jìn)行時(shí)域、頻域等分析;數(shù)據(jù)回放方便客戶對試驗(yàn)中保存的數(shù)據(jù)隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的回放;幫助按鈕可以調(diào)用幫助文檔，幫助客戶正確使用和維護(hù)程序;退出系統(tǒng)讓整個(gè)系統(tǒng)停止工作并退出程序。在主界面的正中間為采集的左、右駕駛桿力實(shí)時(shí)波形圖，也可以通過上方的選項(xiàng)卡進(jìn)行波形顯示和數(shù)值顯示的切換。

4 結(jié)論

本文基于LabVIEW軟件平臺，結(jié)合電阻應(yīng)變式傳感器、信號調(diào)理器和Agilent34972A數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)等硬件設(shè)備，開發(fā)出了一套先進(jìn)的飛機(jī)駕駛桿力測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)的模擬式飛機(jī)駕駛桿力測量方法精度低、效率差、結(jié)果易受操作人員影響等不足，具有運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性良好、測量精度高、功能易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，為某型飛機(jī)的飛行安全提供了有力保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣紅娜，朱麗，馮銘瑜.飛機(jī)駕駛桿（盤）力系統(tǒng)現(xiàn)場測試校準(zhǔn)技術(shù)研究[J].應(yīng)用天地，2016，35（5）：88-90.

[2]杜天軍，黃世超，劉書國，等.某型殲擊機(jī)駕駛桿力和位移測試校準(zhǔn)系統(tǒng)[J].研究與開發(fā)，2016，35（12）：70-74.

[3]鄒亮.飛機(jī)操縱系統(tǒng)機(jī)械特性測試軟件設(shè)計(jì)[D].南昌：南昌航空大學(xué)，2014.