飛機振動測試系統(tǒng)設(shè)計研究

張鵬

摘要：為了能夠有效的保證飛機能夠平穩(wěn)運行，本文主要對飛機振動測試系統(tǒng)的設(shè)計進行分析研究。首先，闡述了國際上通用的測試飛機振動系統(tǒng)測試的方法，之后對飛機振動測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理進行簡要的概括與分析，最后對飛機振動測試系統(tǒng)的設(shè)計要點進行探討，希望本文對相關(guān)飛機研究工作者一定的啟發(fā)與幫助，加強對飛機信號的測試質(zhì)量，促進我國航天事業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：飛機振動;測試系統(tǒng);設(shè)計研究

前言：飛機振動作為一種常見飛機運行問題，是所有航天行業(yè)所面臨的一個共同的常見問題。首先飛機振動具有一定的不穩(wěn)定現(xiàn)象，通過復(fù)雜的氣動彈性對飛機的安全造成極大的威脅。另外，大幅度的振動還會引起飛機局部的振動過大，導(dǎo)致飛機承載能力較低，引起飛機的局部破壞。人們?yōu)榱藢?yīng)這種現(xiàn)象設(shè)計出了一種飛機振動測試系統(tǒng)，防止飛機在使用的過程中因為振動導(dǎo)致內(nèi)部的構(gòu)件造成損壞，以降低空中交通事故的發(fā)生率。

1. 國際常用測試飛機振動系統(tǒng)方法

不同國家對飛機的振動系統(tǒng)有著不一樣的測試方法比如澳大利亞的測試方法為通過對FA-18戰(zhàn)斗機的飛行器通過與其他國家進行聯(lián)合開展國際戰(zhàn)略技術(shù)論壇項目進行測試，主要是從飛機實際測量情況以及載入重量的測試入手，進行飛機振動疲勞損傷的理論分析進行研究，但是與其他國家不同的是，他們對飛機振動系統(tǒng)的測試主要是在地面風(fēng)洞的試驗中進行，而不是常規(guī)的飛機飛行試驗過程中進行。

相比美國的飛機振動測試系統(tǒng)上，表現(xiàn)得較為全面，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，美國飛機在進行飛機振動系統(tǒng)測試中，一般會在飛機管道的通道數(shù)量上進行增加，具體的增加量一般在5個左右，采集卡上使用DSP雙向機卡，而不是單向機卡，在存儲器的選擇上一般采用FLADH型芯片，這種芯片最大的作用就是最大程度上的儲存飛機在飛行過程中的信息，但是相對的缺點就是這種測試系統(tǒng)下抗干擾的情況下應(yīng)對較低，容易出現(xiàn)錯誤的數(shù)據(jù)，美國在2001年的時候通過法律頒布了關(guān)于飛機振動處理項目研究，確定了飛機進行環(huán)境實測的專用設(shè)備以及飛機修復(fù)的設(shè)計方法，并且實際測量飛機的承載負(fù)荷數(shù)據(jù)為參照，通過對飛機振動的響應(yīng)及時的分析出飛機上存有的問題，根據(jù)近些年實際的數(shù)據(jù)來看，效果確實比較的理想。

2. 飛機振動測試系統(tǒng)的設(shè)計要點

飛機振動測試系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集模塊和離線數(shù)據(jù)分析模塊，當(dāng)飛機進行振動測試時，由飛機上的采集模塊中的主控單元控制整個飛機上的硬件電路進行數(shù)據(jù)的回收和收集，然后再進行分析研究，在進行數(shù)據(jù)采集之后，將飛機信號預(yù)處理單元中的應(yīng)變傳感器和測試溫度的傳感器分別把轉(zhuǎn)變電壓以及溫度電壓傳遞給信號處理電路，通過測量以及過濾后，將適合條件的測試信號進入到主控單元中，在主控單元的內(nèi)部完成A/D的轉(zhuǎn)變，并將儲存的信息儲存到SD卡中，當(dāng)測試的飛機完成振動測試進行降落時，通過USB的接口將飛機在進行振動測試時所采集到的數(shù)據(jù)下載到PC機中，通過數(shù)據(jù)分析模塊完成對振動測試數(shù)據(jù)的分析，另外上位機還可以經(jīng)過USB接口進行參數(shù)的上傳和更換，具體的操作流程為通過對飛機振動測試的數(shù)據(jù)下載、參數(shù)上傳、數(shù)據(jù)處理程序和顯示連接到PC機中，再由PC機通過USB的接口傳入到主控單元上，最后連接到SD卡當(dāng)中，還有一種結(jié)構(gòu)原理為通過飛機振動測試中的預(yù)處理單元考和供電單元的數(shù)據(jù)上傳到主控單元中，再由主控單元傳入到SD卡中。具體來講，該系統(tǒng)的設(shè)計要點如下：

2.1采集模塊設(shè)計

在飛機的振動測試系統(tǒng)中，由于不能對飛機的結(jié)構(gòu)和電表系統(tǒng)進行改造，這就需要振動測試數(shù)據(jù)需要在長時間的飛行環(huán)境中進行采集，并且這種采集方式需要有大容量的數(shù)據(jù)儲存器，因此在采集模塊的設(shè)計上必須包含兩個方面，第一個是采集模塊設(shè)計需要配有獨立的電源系統(tǒng)，能夠保證飛機在飛行的過程中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集，提高了工作的效率，增強了數(shù)據(jù)采集的可靠性，另一個是能對采集模塊中的大量采集數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場儲存。一般的采集模塊電路的結(jié)構(gòu)主要包括主控單元、預(yù)計處理單元、數(shù)據(jù)儲存單元以及供給單元等等，具體的結(jié)構(gòu)原理為：通過對采集模塊中預(yù)處理單元，包括其中的傳感器以及信號調(diào)整上傳到采集模塊計算機處理器當(dāng)中，在通過計算機處理器上傳到串口通信，在串口通信的內(nèi)部進行分析與研究，分析好之后上傳到儲存處理器當(dāng)中，最后通過USB的接口連接到SD卡中放入到采集模塊的儲存單元當(dāng)中[1]。

需要注意的是當(dāng)采集模塊中的芯片使用的是單片機時，一定要采用C8051F340型號的單片機作為主要的儲存數(shù)據(jù)進入到SD卡中的控制芯片，由這兩個芯片共同組成采集模塊的主控單元。整個采集模塊所采用自帶的鋰電池進行供電，通過SD卡中得到兩種不同的電壓，分別為3.5電壓和6電壓，將這兩種電壓通過信號調(diào)理電路中進行放大和過濾。此時的采集模板的模擬信號會送入到SD卡中進行A/D之間的轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換的結(jié)果儲存到相對應(yīng)的儲存器中，通過串口把數(shù)據(jù)送到SD卡中的RAM上[2]。

2.2分析模塊設(shè)計

通常采用LabVIEW一種程序開發(fā)環(huán)境進行分析，這種程序開發(fā)環(huán)境是美國的一家儀器公司所創(chuàng)立的虛擬儀器開發(fā)公司。具有強大的數(shù)據(jù)分析功能。分析模塊中的設(shè)計主要是利用LabVIEW所提供的虛擬平臺，完成對數(shù)據(jù)采集信號的D/A轉(zhuǎn)換、以往數(shù)據(jù)波形的對比、數(shù)據(jù)信號分析處理、最終的結(jié)果顯示等等。主要的結(jié)構(gòu)原理為：采集模塊通過利用LabVIEW的平臺，模擬開發(fā)出關(guān)于振動的儀器，通過USB的接口在D/A的數(shù)據(jù)中進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換之后將分析模塊所提供的數(shù)據(jù)通過文件儲存的形式將采集模塊的歷史數(shù)據(jù)進行恢復(fù)，恢復(fù)好之后在通過信號進行分析處理，其中信號處理分析主要包括幅值域分析、時域分析、頻域分析、倍頻程域分析，其中幅值域參數(shù)一般是用來計算信號幅度的變化、波動的大小以及能量分布的規(guī)律，在測試振動的工程領(lǐng)域中，通過分析兩個測試信號之間的關(guān)系，或者一個信號在一前一后的關(guān)系中，來提取更加深層次的特征，從而實現(xiàn)測試的目的。最后通過這四種分析與處理，將最后的結(jié)果顯示出來。

需要注意的是，由于分析模塊中SD卡的數(shù)據(jù)是18進制形式的，因此在進行數(shù)據(jù)分析時將18進制的形式換成10進制的形式，將采集模塊中的數(shù)據(jù)值和實際測量的溫度值共同儲存于TXT的文件中，接著利用這個文件最大程度上的保證分析模塊中歷史數(shù)據(jù)通過波形的形狀進行恢復(fù)，因為波形在LabVIEW中是信號分析的輸入信息，有了波形才能對分析模塊中的信號進行各種分析與處理。

結(jié)語：綜上所述，本文對飛機振動測試系統(tǒng)的具體內(nèi)容做了詳細(xì)的介紹，尤其在采集模塊設(shè)計以及分析模塊設(shè)計進行分析與研究，通過對常見的飛機振動系統(tǒng)測試的方法進行概括，能夠使有關(guān)人員進行更好的了解目前飛機振動系統(tǒng)的形式，通過對飛機振動系統(tǒng)的構(gòu)造使有關(guān)人員更好的了解振動系統(tǒng)的工作原理內(nèi)容。幫助我國的航天事業(yè)朝著更加合理、理想的發(fā)展。

參考文獻：

[1]張朵，彭瑞元.一種飛機振動測試系統(tǒng)設(shè)計[J].中國科技信息，2019（05）：31-32.

[2]朱麗，王小輝.試驗機環(huán)境振動測試技術(shù)研究[J].電子設(shè)計工程，2018，26（09）：91-94+100.