段小維 丁旭

摘 要：文章根據(jù)某飛行臺(tái)被試發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)要求，針對(duì)該階段試驗(yàn)過程中所需測(cè)試參數(shù)多、類型復(fù)雜、信號(hào)采樣頻率差別大，數(shù)據(jù)流量大等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。文章介紹了該機(jī)載數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)方法及功能特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)過程中數(shù)據(jù)的長(zhǎng)時(shí)間記錄，滿足某發(fā)動(dòng)機(jī)飛行臺(tái)試飛過程中測(cè)試及后期數(shù)據(jù)處理分析要求，具有較高的效率。

關(guān)鍵詞：飛行臺(tái)；數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)；總線

中圖分類號(hào)：TP333 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）19-0111-02

Abstract： A data recording system is designed according to the test requirements of a flight engine and the characteristics of the test in this phase， such as many test parameters， complex types， large differences in signal sampling frequency and large data flow rate， and so on. This paper introduces the structure， implementation method and functional characteristics of the airborne data recording system， realizes the long time data recording during the test， and meets the requirements of the test and the later data processing and analysis during the flight test of an engine flight platform， thus having high efficiency.

Keywords： flight platform； data recording system； bus

1 概述

被試發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行臺(tái)試驗(yàn)是將被試發(fā)動(dòng)機(jī)安裝于成熟載機(jī)平臺(tái)，從而在真實(shí)高空飛行條件下完成對(duì)被試發(fā)動(dòng)機(jī)功能及性能的暴露、考核、評(píng)估的試驗(yàn)方法。一般用于新型發(fā)動(dòng)機(jī)的研制試飛及取證試飛階段。在該階段的試驗(yàn)過程中，需要對(duì)載機(jī)飛行狀態(tài)、被試發(fā)動(dòng)機(jī)功能性能參數(shù)及各截面特征參數(shù)、被試發(fā)動(dòng)機(jī)各子系統(tǒng)，附件系統(tǒng)及負(fù)載系統(tǒng)等大量的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量及監(jiān)控分析處理。單架次試飛持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、測(cè)試參數(shù)多、類型復(fù)雜、信號(hào)采樣頻率差別大，數(shù)據(jù)流量大成為該階段試驗(yàn)的顯著特點(diǎn)。而數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)作為整個(gè)測(cè)試監(jiān)控系統(tǒng)的重要一環(huán)，用于完成整個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄，為試驗(yàn)數(shù)據(jù)的后期分析處理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本文根據(jù)某飛行試驗(yàn)臺(tái)某被試發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)內(nèi)容及要求，設(shè)計(jì)完成了一套機(jī)載數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，PCM數(shù)據(jù)，模擬數(shù)據(jù)及總線數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)模式及格式的接收及記錄，可滿足某發(fā)動(dòng)機(jī)飛行臺(tái)試飛過程中測(cè)試及后期數(shù)據(jù)處理分析要求，具有較高的效率。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 某飛行臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

某飛行臺(tái)的測(cè)試監(jiān)控系統(tǒng)用于某發(fā)動(dòng)機(jī)的它機(jī)試驗(yàn)過程中，對(duì)試驗(yàn)過程中對(duì)被試發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)及參數(shù)進(jìn)行測(cè)試監(jiān)控，為發(fā)動(dòng)機(jī)工程技術(shù)人員提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)。整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，來自被試發(fā)動(dòng)機(jī)及載機(jī)不同位置上的傳感器信號(hào)，電氣控制系統(tǒng)的開關(guān)量信號(hào)，從機(jī)上抽引的總線信號(hào)，被試發(fā)動(dòng)機(jī)EEC、健康管理系統(tǒng)及各試驗(yàn)子系統(tǒng)的總線等信號(hào)通過相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理器進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)放大，隔離，整形，信號(hào)匹配及濾波過程后進(jìn)入1至3號(hào)UMA2000采集器的相應(yīng)采集板卡，網(wǎng)絡(luò)采集器按照相應(yīng)的采樣率對(duì)參數(shù)進(jìn)行采樣及時(shí)間標(biāo)記，編碼后以INEA包的形式轉(zhuǎn)發(fā)給核心交換機(jī)。核心網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)將收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，及數(shù)據(jù)處理服務(wù)器端口。記錄器直接對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。數(shù)據(jù)處理服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，配合客戶端實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)溫度壓力等566路模擬量信號(hào)，96路開關(guān)量信號(hào)，32路脈動(dòng)壓力信號(hào)，48路動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)，39路總線信號(hào)，16路振動(dòng)信號(hào)及兩路視頻信號(hào)的采集，數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)監(jiān)控及機(jī)載記錄。其中數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)作為整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，為了保證數(shù)據(jù)的真實(shí)完整性，采用了直接從交換機(jī)獲得原碼數(shù)據(jù)進(jìn)行直接記錄的方式，因此其數(shù)據(jù)格式包括了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，PCM數(shù)據(jù)，模擬數(shù)據(jù)及總線數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)模式及格式，因此合理高效的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)成為該測(cè)試系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。

2.2 機(jī)載數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置

該機(jī)載數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)主要用于某飛行臺(tái)被試發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過程中試驗(yàn)數(shù)據(jù)的全部實(shí)時(shí)記錄。根據(jù)其試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)特點(diǎn)及試驗(yàn)需求，采用了如圖1所示的兩臺(tái)NANO型數(shù)據(jù)記錄器從核心網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)接收包括網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，PCM數(shù)據(jù)，模擬數(shù)據(jù)及總線數(shù)據(jù)以及視頻數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)模式及格式的數(shù)據(jù)，并完成記錄。數(shù)據(jù)記錄器由機(jī)載網(wǎng)絡(luò)記錄器、CPU、固態(tài)盤、電源模塊、功能模塊和軟件組成，所存儲(chǔ)的原始數(shù)據(jù)符合DTMUX或者IRIG106格式數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)系統(tǒng)測(cè)試參數(shù)及記錄容量要求，兩臺(tái)記錄器模塊分配如表1所示。由記錄器YF-A實(shí)現(xiàn)對(duì)于1、2號(hào)UMA2000網(wǎng)絡(luò)采集器所采集的溫度壓力等通用參數(shù)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)及兩路視頻數(shù)據(jù)的接收及存儲(chǔ)。而YF-B記錄器則用來實(shí)現(xiàn)對(duì)于振動(dòng)模擬量信號(hào)及各種總線信號(hào)的接收及記錄。

2.3 YF-A記錄器

YF-A記錄器用于實(shí)現(xiàn)對(duì)于1、2號(hào)UMA2000網(wǎng)絡(luò)采集器所采集的溫度壓力等通用參數(shù)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)及兩路視頻數(shù)據(jù)的接收及存儲(chǔ)。該數(shù)據(jù)記錄器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

系統(tǒng)采用2通道網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模塊，可實(shí)現(xiàn)1000M/100M/10Mbps的以太網(wǎng)/UDP數(shù)據(jù)記錄，配置固態(tài)盤兩塊，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)記錄容量2×2×256GB=1024GB，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)記錄時(shí)間>7小時(shí)。采用2路視頻輸入采集記錄模塊，可記錄兩路視頻信號(hào)。其中一路復(fù)合視頻PAL 720×576 或者 NTSC 720×480，另外一路可選視頻HDTV 1920×1080，50/60Hz或VGA 1024×768， 60Hz。

2.4 YF-B記錄器

YF-B記錄器用于實(shí)現(xiàn)對(duì)于振動(dòng)模擬量信號(hào)及各種總線信號(hào)的接收及記錄。該數(shù)據(jù)記錄器結(jié)構(gòu)如圖3所示。

系統(tǒng)采用16通道模擬量信號(hào)記錄模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)于振動(dòng)數(shù)據(jù)的記錄，通道采樣率為：50K/25K/12.5K/6.25K/3K/1K可選，帶寬0-22K Hz/0-11K Hz/ 0-5.5K Hz，數(shù)據(jù)24bit轉(zhuǎn)換，16bit存儲(chǔ)，模擬量數(shù)據(jù)記錄容量2×256GB=512GB，記錄時(shí)間>8小時(shí)。PCM記錄模塊采用4通道，每通道都有獨(dú)立的外部時(shí)鐘，含時(shí)鐘的記錄信號(hào)類型為NRZL ，Bi-phaseL，，最大流率為10Mbps/通道。RS232及RS422總線數(shù)據(jù)則采用4路異步通道，速率可達(dá)312500波特，帶停止位、奇或偶校驗(yàn)位，支持每通道外部獨(dú)立時(shí)鐘。1553B數(shù)據(jù)記錄模塊則采用2路雙冗余數(shù)據(jù)輸入記錄通道，數(shù)據(jù)速率為1Mbps/通道。

2.5 數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)軟件包括記錄器系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件及數(shù)據(jù)卸載回放軟件三個(gè)部分。系統(tǒng)軟件主要完成記錄器系統(tǒng)的配置加載，實(shí)現(xiàn)按照任務(wù)需要對(duì)記錄器所要記錄的數(shù)據(jù)流類型與數(shù)量的配置編程。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件實(shí)現(xiàn)記錄數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)文件的生成，從被選通道中選出包含在磁盤上以二進(jìn)制，浮點(diǎn)數(shù)，EXCEL，聲音，視頻等保存的適合DTMUX格式或者IRIG106格式的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為與MATLAB、SCILAB、LABVIEW、FDA等軟件格式兼容的數(shù)據(jù)文件。數(shù)據(jù)卸載回訪軟件則用于所記錄數(shù)據(jù)的地面卸載及回放，可根據(jù)需求挑選參數(shù)，完成所需試驗(yàn)數(shù)據(jù)的卸載及回放。

3 試驗(yàn)與結(jié)論

本文針對(duì)某飛行臺(tái)某型被試發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)要求，根據(jù)其測(cè)試系統(tǒng)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、需求，設(shè)計(jì)了一套機(jī)載數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)過程中數(shù)據(jù)的長(zhǎng)時(shí)間機(jī)載記錄。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室調(diào)試試驗(yàn)及20多架次的飛行試驗(yàn)證明，該系統(tǒng)性能可靠，所記錄數(shù)據(jù)完整準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)文件具有較高的可讀性及兼容性，滿足某發(fā)動(dòng)機(jī)飛行臺(tái)試飛過程中測(cè)試及后期數(shù)據(jù)處理分析要求，具有較高的效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫科.基于IEEE1588的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[J/OL].中國科技信息，2017（03）：21-22

[2]張展鵬.多總線數(shù)據(jù)記錄與回放系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].南京理工大學(xué)，2017.

[3]郭佳欣，單彥虎，任勇峰.基于CH378的通用大容量數(shù)據(jù)記錄器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子器件，2016，39（06）：1429-1434.

[4]王超，劉偉.基于文件系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，30（05）：543-547.