飛機大氣數據組件模擬系統

林生虎,何斌漢,熊 翔 ,黃 威,張大鵬（中國民航大學,天津 300300）

飛機大氣數據組件模擬系統

林生虎,何斌漢,熊 翔 ,黃 威,張大鵬
（中國民航大學,天津 300300）

本文研究Boeing737系列飛機的大氣數據系統，設計一套滿足實驗教學需求的仿真大氣數據組件，供學校實驗教學使用，提升學生對相關部分知識的理解能力。采用4525DO型號大氣氣壓專用傳感器作為數據來源；采用AT89C51作為處理數據以及發送數據的核心；采用串口通信方式將數據從下位機發送到上位機。上位機采用LABVIEW軟件，對通過串口傳輸的數據進行處理，即解算出相應的大氣參數，如高度、空速、馬赫數、升降速度等，最終顯示在仿真的EFIS儀表上。

4525DO;AT89C51;串口通信;LABVIEW;EFIS

1 引言

航空業蓬勃發展使得機務維修人員崗位不斷增加，因此大量學校開設機務維修相關專業。對于在校學生的培訓需要大量相關的器材，而用于培訓的航空器又是少之又少，所以實現飛機大氣數據組件模擬系統的仿真設計對于學生的學習、培訓以及維修有很大的幫助。組件仿真的實現提供了和飛機實際情況相符合的模型基礎，在減少成本的同時，可以感受和航空器近乎一樣的功能體驗。

飛機大氣數據組件系統按功能可分為三部分：（1）大氣數據采集部分；（2）大氣數據處理與傳輸部分；（3）顯示部分。

1.1 大氣數據采集部分

利用全壓探頭傳感器采集大氣全壓壓力，利用靜壓探頭傳感器采集大氣靜壓壓力，然后將大氣全壓壓力與靜壓壓力傳輸給大氣數據計算機。

1.2 大氣數據處理與傳輸部分

在大氣數據計算機中，將來自全壓探頭傳感器的壓力信號與靜壓探頭傳感器的壓力信號進行一系列的處理與運算，解算出相應的一些重要的飛機飛行參數，如高度、空速、馬赫數、升降速度等。然后再將解算出的數據傳輸給顯示界面。

1.3 顯示部分

將來自大氣數據計算機解算處理后的數據，顯示到相應的界面。如空速表、高度表、馬赫數表等等。

2 整體方案設計

該系統模擬波音737飛機的大氣數據系統，通過兩個傳感器實時采集大氣靜壓和動壓數據，然后通過下位機將傳感器采集的數據處理后傳輸給上位機，上位機進行解算后，顯示在仿真的EFIS儀表上，包括飛機高度、空速、馬赫數、升降速度等。

3 下位機部分

3.1 導氣管路部分

該系統的核心硬件結構就是全靜壓導氣管路，導氣管路均采用304不銹鋼，主要參數指標為管路系統泄漏率，設計最基本的要求就是保證管路的泄漏率達到指定的指標。為了解決金屬導氣管路在拼接安裝過程中遇到的氣體泄漏問題，采用卡套接頭保證氣密性。運用三通卡套接頭和二通卡套接頭連接管路，在連接處擰緊螺母時，卡套前端外側與接頭題錐面貼合，內刃均勻的咬入金屬管，形成有效密封。

3.2 數據采集部分

精度要求是至關重要的，因此對于傳感器的精度選擇要有一定的考究，4525DO傳感器在低高度（4000米以下）誤差控制在1%以內，4000至10000米時誤差控制在3%以內，升降速度誤差在1%以內而且自身存在溫度補償，因此適合。

3.3 數據處理與數據傳輸

通過傳感器采集的數據是模擬數據，通過傳感器轉化為數字數據，然后在單片機內進行簡單是數據處理過程，將處理后的數據通過串口發送的方式傳輸給上位機，上位機接收后再進行解算。

4 上位機部分

我們采用Labview搭建上位機界面，因為Labview界面設計更加美觀，方便。程序編寫更加清晰明了。對于計算公式的進入，可以直接使用C語言編寫。可以及時改動，并且對于運算過程的檢驗斷點設置更加便捷。上位機部分最重要的是要實現數據的實時讀取與實時顯示。因此我們首先搭建起上位機的EFIS仿真界面，然后再向每一個模塊中添加對應的程序。圖2為流程圖。

模塊包含以下部分（見圖3）。

4.1 高度計算部分

已知標準大氣壓等于1013.25mbar，則可得氣壓（百帕）與高度（米）的關系

4.2 空速的計算

由伯努力方程可知：

在飛機上，若1處空氣未受擾動，其壓力和密度即為該處靜壓和空氣密度。設2處全阻滯，所有動能全部轉化為壓力能和內能，則2處氣體流速為零，則有：

由此可得空速，

4.3 馬赫數的計算

由于飛機馬赫數等于真空速與當地溫度的比值，所以先要求得當地空速，

k-絕熱指數

空氣k=1.4 R-氣體常數，空氣R=287J/（kg·K） T-熱力學溫度

由此可得馬赫數，

4.4 升降速度的計算

上位機在顯示高度數據的同時，也在存儲顯示過的高度數據，然后將存儲后的數據與時間相匹配，通過計算在一段時間內的高度變化與時間差值的比值來得出升降速度。

5 總結

本章主要從系統功能要求出發，首先對系統做了總體方案設計，然后針對其中下位機和上位機部分分別進行詳細設計。具體做法是下位機部分先利用Visio畫出硬件連接圖，方便硬件連接后的線路與故障查找；然后通過Keil進行程序編寫和調試。上位機部分先是搭建人機界面，然后填充界面內每一個模塊的功能。經過多次實地測試，該研究過程可以準確的實現大氣數據組件模擬系統的功能。

[1]康華光.電子技術基礎（模擬部分）2006.

[2]溫宗周.單片機原理及接口技術 2006.

[3]B737 Aircraft Maintenance Manual.AIR CHINA.

[4]陳樹學.Labview實用工具詳解 2014.

[5]陳永冰.慣性導航原理 2007.

林生虎（1993-），男，遼寧營口人，研究方向：電子信息與自動控制。

大學生創新創業訓練計劃（項目編號：201410059049）。