基于LabVIEW的飛行模擬器大氣數(shù)據(jù)儀表仿真

周紅霞

關(guān)鍵詞：大氣數(shù)據(jù)儀表;仿真;LabVIEW;虛擬儀器

飛行模擬器上使用著許多形態(tài)和功能各異的航空儀表，在眾多的航空儀表中，大氣數(shù)據(jù)儀表是飛機(jī)主要飛行儀表及飛行狀態(tài)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，是航空電子系統(tǒng)的主要組成部分之一。本文就幾個(gè)大氣數(shù)據(jù)儀表，首先介紹基本原理，然后對(duì)如何使用LabVIEW對(duì)相應(yīng)儀表進(jìn)行仿真，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)刷新儀表顯示內(nèi)容進(jìn)行了介紹。

1航空儀表簡(jiǎn)介

（1）飛行高度表。氣壓式高度表的原理：儀表的敏感元件是真空膜盒，從靜壓收集器來(lái)的靜壓（大氣壓力）作用在膜盒外，靜壓變化時(shí)，膜盒產(chǎn)生變形量經(jīng)傳送機(jī)構(gòu)，使指針轉(zhuǎn)動(dòng)，指示出相應(yīng)的高度。

（2）指示空速表。指示空速表利用開(kāi)口膜盒測(cè)量動(dòng)壓表示空速。膜盒內(nèi)部通全壓，外部（表殼內(nèi)）通靜壓，膜盒內(nèi)外壓力之差就是動(dòng)壓。在壓差的作用下，膜盒產(chǎn)生位移，經(jīng)過(guò)傳送機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)指針指示，指針轉(zhuǎn)角大小即可反映動(dòng)壓大小。在靜壓和氣溫一定的條件下，動(dòng)壓的大小完全取決于空速。指示空速表就是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下空速與動(dòng)壓的關(guān)系，通過(guò)測(cè)量動(dòng)壓表示空速的。

（3）馬赫數(shù)表。典型的機(jī)械式Ma數(shù)表，由皮托管引入的全壓及靜壓分別加到開(kāi)口膜盒內(nèi)和密封殼體中，開(kāi)口膜盒感受動(dòng)壓pd，真空膜盒感受靜壓p。這兩個(gè)膜盒分別具有所需要的非線性靜特性，而動(dòng)壓、靜壓之間的除法運(yùn)算是通過(guò)墊桿、撥桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，即：

（4）備用高度/空速表。備用高度/空速表是兩個(gè)飛行儀表合裝在一個(gè)部件內(nèi)，氣動(dòng)高度表從備用靜壓口獲得大氣靜壓并指示氣壓高度;氣動(dòng)空速表從備用全壓管和備用靜壓孔獲得全壓和靜壓，以指示空速。備用高度/空速表的選用，增加了飛機(jī)的高度與空速參數(shù)的裕度。

2 LabVlEW簡(jiǎn)介及儀表仿真

LabVIEW是美國(guó)NI公司推出的一種基于G語(yǔ)言的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具，采用圖形化的編程語(yǔ)言，交互式編程環(huán)境，使用所見(jiàn)即所得的可視化技術(shù)，使編程過(guò)程更加接近人的思維，設(shè)計(jì)者無(wú)須編寫任何文本格式的代碼，就可以像搭積木一樣，輕松組建一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)和構(gòu)造自己的儀器面板。

（1）高度表的仿真。①創(chuàng)建前面板。選擇File--+New，打開(kāi)一個(gè)新的前面板，選擇Raised Rounded Box子模板置于前面板上，選擇Gauge子模板，置于其上。在Gauge上點(diǎn)右鍵選擇Appearance下的Label欄輸入“ALT”，設(shè)置使其在前面板不顯示;在指針旁邊的顏色框中修改指針顏色。在Scale標(biāo)簽下選擇合適的高度表刻度類型。將鼠標(biāo)置于刻度上，待鼠標(biāo)變成狀如小耳機(jī)時(shí)，按下鼠標(biāo)左鍵旋轉(zhuǎn)，使表盤刻度接近真實(shí)儀表。在表盤上彈出選單，選擇Digital Displ.dy，彈出數(shù)字顯示框。從經(jīng)典數(shù)字子模板中選擇Knob，并使其Label不可見(jiàn)。修改旋鈕指示的標(biāo)度范圍，使之在20.92-29.92之間（大氣壓力以IN Hg表示時(shí)的范圍）。在旋鈕刻度上彈出選單，選擇Floating Point，將Significant Digits選為4，且保證Hide Trailing Zeros沒(méi)有被選中。修改旋鈕的外觀使之接近真實(shí)儀表，在旋鈕刻度類型為空白。創(chuàng)建自由標(biāo)簽，標(biāo)注高度表的名稱和單位。使用工具模板上的標(biāo)簽工具創(chuàng)建自由標(biāo)簽，然后使用快捷工具欄中的字體下拉框修改標(biāo)簽屬性。選擇兩個(gè)Numeric Indicator，置于表盤上合適的空白處（不同單位制同一大氣壓力的顯示），修改兩個(gè)數(shù)字顯示器的標(biāo)簽為：MB，IN HG。②程序框圖的創(chuàng)建。切換到框圖程序，從功能模板選擇下列圖標(biāo)放置在框圖中。

使用連線工具，將框圖程序中各個(gè)圖標(biāo)連線，使之實(shí)現(xiàn)高度表的功能。切換到前面板，選擇標(biāo)準(zhǔn)大氣壓值，并給定不同的大氣靜壓值，單擊RUN按鈕，運(yùn)行VI，可得到對(duì)應(yīng)不同靜壓值的高度指示。

（2）空速表的仿真。①創(chuàng)建前面板。首先參考高度表仿真中的方法創(chuàng)建表盤，設(shè)置自由標(biāo)簽為“IAS”，并使其不在前面板顯示;在指針旁邊的顏色框中修改指針顏色為橙色。在Scale標(biāo)簽下選擇合適的高度表刻度類型。將鼠標(biāo)置于刻度上，待鼠標(biāo)變成狀如小耳機(jī)時(shí)，按下鼠標(biāo)左鍵旋轉(zhuǎn)，使表盤刻度更加接近真實(shí)儀表。由于所仿指示空速表的刻度范圍為0～400，且表盤涂有顏色標(biāo)記：白色弧線區(qū)表速為59～103nmile/h，綠色弧線區(qū)為70～150n mile/h，黃色弧線去為150—187n mile/h，紅色標(biāo)線處表速為187n mile/h。（其中，白區(qū)表示提醒，即此區(qū)域?yàn)榻笠砜刹僮鞣秶?綠區(qū)是正常工作范圍;黃區(qū)為警戒速度;紅色標(biāo)線是極限速度，不能超過(guò)）。從Nu—meric子模板中選擇兩個(gè)Numeric Control，置于前面板，并將其固定標(biāo)簽分別修改為：大氣動(dòng)壓和氣壓基準(zhǔn)。從ClassicBoolean子模板中選擇Round Light，Round LED，Square LED，置于前面板上，將其固定標(biāo)簽依次修改為：正常，失速，過(guò)速。前面板創(chuàng)建完畢。②創(chuàng)建程序框圖。在框圖程序的功能模板選擇下列圖標(biāo)放置在框圖中。

使用連線工具，將上述圖標(biāo)連線，實(shí)現(xiàn)指示空速表的功能。切換到前面板，給定不同的大氣壓力數(shù)值，單擊RUN按鈕，運(yùn)行VI，然后保存并關(guān)閉該VI。

（3）馬赫數(shù)表的仿真。①創(chuàng)建前面板。同樣參照高度表仿真步驟建立表盤并修改使其接近所仿儀表，使用標(biāo)簽工具創(chuàng)建自由標(biāo)簽;選擇兩個(gè)Numeric Control，置于前面板，并將其固定標(biāo)簽修改為：大氣壓力Pt，Ps。②創(chuàng)建程序框圖。切換到程序框圖窗口，從功能模板選擇下列圖標(biāo)置于框圖中。

使用連線工具連線，使其實(shí)現(xiàn)馬赫數(shù)表的功能。到前面板，輸入合適的值，單擊RUN按鈕，運(yùn)行VI。完成后保存。

注：馬赫數(shù)表所參照的計(jì)算公式為：

（4）備用高度/空速表的仿真。此表是備用儀表，其程序及所參考計(jì)算公式與高度表、空速表相同，所以該程序框圖中各圖標(biāo)之間的連線可參考上面高度表、指示空速表的框圖。

（5）大氣儀表組合。為體現(xiàn)所仿真儀表之間的聯(lián)系，將它們放置在同一個(gè)VI中。①初步創(chuàng)建。在新的前面板上，將四個(gè)VI的前面板拷貝過(guò)來(lái)，合理安排位置。打開(kāi)新創(chuàng)建的VI程序框圖，并將與前面板相對(duì)應(yīng)的各圖標(biāo)合理布局。打開(kāi)之前四個(gè)VI的程序框圖，分別將其中連線部分拷貝，粘貼在新創(chuàng)建的VI程序框圖上，然后正確連線，確保每個(gè)表的功能正常。待連線無(wú)誤后，切換到前面板，輸入合適的壓力值，運(yùn)行此VI。將此VI命名為：大氣儀表.VI。②實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)儀表。上面創(chuàng)建的儀表，只能從鍵盤逐個(gè)輸入氣壓值，因此各儀表的指針也不會(huì)動(dòng)態(tài)連續(xù)變化，通過(guò)連續(xù)讀人數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)各儀表的指針動(dòng)態(tài)刷新。

在流程圖中，將一維數(shù)組與自動(dòng)索引有效的For Loop循環(huán)的左邊框連接，利用循環(huán)的自動(dòng)索引特性，在循環(huán)過(guò)程中將數(shù)組元素依次引入程序中。將各大氣儀表的程序框圖放入循環(huán)框內(nèi)，并與相應(yīng)大氣壓力的數(shù)組相連接，從而實(shí)現(xiàn)儀表指示值的動(dòng)態(tài)刷新。當(dāng)然在循環(huán)框中要放入“等待”函數(shù)，并設(shè)置其數(shù)值。切換到前面板，運(yùn)行觀察“大氣儀表.VI”的動(dòng)態(tài)效果，保存并關(guān)閉。