|  客服中心  |  合作联系
搜刊网
论文下载
您当前位置
首页 > 论文下载 > 机械与建筑工程 > 飞行器气动参数测试系统的设计
飞行器气动参数测试系统的设计
来源:互联网 qikanw | 程秀芹 李永红 王恩怀 翁志能
【分  类】 机械与建筑工程
【关 键 词】 带式传感器;气动参数;以太网;测试
【来  源】 互联网
【收  录】 中文学术期刊网
正文:

  摘要:本文针对飞行器风洞实验过程中测试数据复杂并且无法进行实际飞行实验的现状,结合大量的实际工程实践,对传感器的结构及性能、智能传感器系统的理论进行了研究,设计了一种新型飞行器气动参数测试系统。文中介绍了系统各个模块的设计细节,并给出了最终设计样机和试验结果。经过试验表明,本设计基本达到设计指标。

  关键字:带式传感器;气动参数;以太网;测试

  中图分类号:TP212 文献标识码:A

  Abstract: Facing the Current State of hard measuring data and unable tocarryout the actual flight testduring the Aircraft wind tunnel tests, the thesis combinedwith more practical engineeringpractice, andstudied sensors structure and functionand the theory of intelligent sensor system , and designed a new Aircraft’s Aerodynamic Parameters Test System. The thesis introduces the design of each module, and show the final prototypewith practical result.Practical application shows the systemreachesdesign standards.

  Keywords:sensor array,Aerodynamic Parameters, Ethernet,test 0引言

  随着国防工业的不断发展,飞机、导弹等飞行器的结构无论在外形、受力情况及边界条件等方面均变得十分复杂[1]。飞行器在研制过程中,气动力分析、结构的静态和动态载荷强度(刚度)等数值计算与分析非常重要[2]。针对飞行器风洞实验过程中测试数据复杂并且无法进行实际飞行实验的现状,本课题对传感器的结构及性能、智能传感器系统[3]的理论进行了研究,尤其是针对薄翼模型自身薄,且表面测试点密集,测试参数多等特点[4],结合大量的实际工程实践,设计了一种新型飞行器气动参数测试系统,该气动测试系统一次测试获取数据量巨大,操作简单可靠,并且可以在飞行器全寿命的实际大气飞行中进行监测与测试,可以为飞行器的气动力设计研究及实验监测提供重要的测试手段。

  1系统总体方案设计

  传感器气动参数测试系统,主要是针对风洞试验中翼型(测压模型)表面的压力、应力和温度进行测试。由于翼型测压模型本身的机械结构特征限制,在其表面的压力测试点分布较密集[5],而且模型的厚度比实际翼型要薄很多,这就使得测试敏感元件的安装难度很大。

  本课题研究的气动参数测试系统,其特征是由42个传感器组成信号采集部分,测试包括压力、振动、温度四种信号,及其相应的模拟信号调理电路和数字信号的接口部分,采集模拟信号后经放大暂存起来,然后由以太网上传到上位机;数字接口部分则将由I2C总线和SPI总线[6]连接的数字传感器采集的信号上传到适配器,然后经以太网上传至上位机。下图1为该气动参数测试系统的整体结构示意图:整个系统总体上分为数据采集和传输两部分。

  图1 气动参数测试系统的整体框图

  2 系统硬件设计

  2.1 数据采集部分设计

  数据采集部分的硬件设计主要包括传感器测试单元设计和核心控制单位设计。由于采集到的数据量大,为了使信号有序的被采集,所以使用了暂存FIFO。

  2.1.1传感器测试单元设计

  传感器测试单元由压力传感元件、应变片电桥、振动传感器、温度传感器构成。为了满足测试点多的要求,设计中选取了采用微型化[7](厚度不大于3毫米)、连线少、通信可靠、稳定性高的传感元件。传感器测试点是飞行器气动参数测试系统的最小测试单元,每个测试节点独立的进行压力、应变、振动及温度四种参数的测试,测试系统共使用了42的传感元件,每个元件之间使用总线互连,一起封装在柔性电路板上。传感器测试点单元原理框图如图2所示。

  图2 传感器测试点单元原理框图

  2.1.2 核心控制单元设计

  核心控制单元负责对传感器信号的采集、处理及数据通信,通过接收上位机指令,将采集到的信息传送到适配器中进行保存以供上位机进行实时观察。由已选择好的传感元件的特性可知,压力信号是模拟信号,而振动和温度信号是数字信号,所以,将模拟信号和数字信号分开采集,以便于对采集到的信号进行下一步处理。考虑到工程应用的实际需要和经济性原则,课题中选用两片C8051F121[8]作为核心控制芯片分别对模拟信号和数字信号进行采集。 模拟信号采集系统 模拟信号采集系统的原理框图如图3所示,它由多路开关、放大器滤波器、A/D转换器,以及FIFO等组成。数据采集要经过采样和量化两个必要步骤,采样过程是将被测的连续信号离散化,从连续信号中抽取采样时刻的信号值。多路开关将各路信号轮流切换到输入端,对各路信号分时采样[9]。A/D转换器将采样信号量化,将转换成的数字信号输入到FIFO中暂存。由于数据量大,为了使得数据的传输不会出现堵塞情况,提高传输的速度,因此把数据先暂存于FIFO1中,然后由以太网控制器从FIFO1中依次将数据读到上位机。所有这些动作都是在微控制器的控制下进行的。

  图3 模拟信号采集系统的原理框图 数字信号采集系统 数字信号采集过程相对比较简单,只需用微控制器控制数据的采集与暂存,其中用了一个译码器作为三个振动传感器的片选。

  2.2 传输部分硬件设计

  传输部分(即以太网适配器的设计)主要方法是嵌入式处理器配合以太网控制器[10]。设计框图如图4。

  图4 以太网适配器的设计简图

  3 系统软件设计

  在飞行器气动参数测试系统的通信网络中,每条带式传感器本身也组成通信子网,子网中信号采集与发送模块的软件设计是保障整个系统正常工作的关键。该系统的软件设计主要包括信号采集与发送模块的软件设计。

  在系统上电后,MCU首先对整条带做初始化操作,配置各寄存器,主要包括:系统时钟,端口配置,A/D采集,波特率,带编号等。之后就工作在等待模式,等待计算机发送的数据采集命令。在传感器收到采集命令后,马上通知各传感器开始工作,同时打开各传感器对应的FIFO准备接收数据。收到采集命令后,立刻对传感器信号进行采集,采集后将数据暂存到FIFO中,FIFO的使用使得采集的数据得到了缓冲,主处理器分时从不同的FIFO中读取数据,再次进行编码后通过通信接口发送给计算机。带式传感器信号采集与传输模块的软件流程图如图5所示。

  4.系统标定

  传感器的标定是传感器测量前的重要一环,是传感器应用的基础,是保障压力测试的精度和准确度的前提,通常采用实验的方法来获得传感器真实的静态特性并进行传感器的标定,其标定精度将直接影响传感器使用时的测量精度[11]。本系统中主要针对压力传感器,温度传感器,振动传感器进行静态标定。对于标定过程,设计有计算机软件自动完成传感器数据的采集、保存并且分别计算标定系数。标定软件如图6所示。

相关推荐
热门期刊
浙江树人大学学报(人文社会科学版)《浙江树人大学学报(人文社会科学版)》
《浙江树人大学学报》杂志,于2001年经国家新闻出版总署批准正式创刊,CN:33-1261/Z,本刊在国内外有广泛的覆盖面,题材新颖,信息量大、时效性强的特点,其中主要栏目有:语...
产业创新研究《产业创新研究》
《产业创新研究》杂志,于2017年经国家新闻出版总署批准正式创刊,CN:12-1459/F,本刊在国内外有广泛的覆盖面,题材新颖,信息量大、时效性强的特点,其中主要栏目有:传记课...
中国农村科技《中国农村科技》
《中国农村科技》杂志,于1994年经国家新闻出版总署批准正式创刊,CN:11-3491/N,本刊在国内外有广泛的覆盖面,题材新颖,信息量大、时效性强的特点,其中主要栏目有:信息窗...
交响(西安音乐学院学报)《交响(西安音乐学院学报)》
《交响-西安音乐学院学报》杂志,于1982年经国家新闻出版总署批准正式创刊,CN:61-1045/J,本刊在国内外有广泛的覆盖面,题材新颖,信息量大、时效性强的特点,其中主要栏目...
温州文物《温州文物》
《温州文物》(年刊)创刊于1984年,由温州博物馆主办,每年出版1至2册,有省级出版单位的正式书号,2014年加入“中国知网”。办刊宗旨:为文化遗产保护、博物馆管理、温州地...
老年医学与保健《老年医学与保健》
《老年医学与保健》杂志,双月刊,于1995年经国家新闻出版总署批准正式创刊,由上海市卫生健康委员会主管,华东医院主办的学术性刊物,本刊在国内外有广泛的覆盖面,题材新...
友情链接
中教杯 国家新闻出版总署 中国知网 万方数据 维普网 中国科学院 中国国家图书馆 央视英文版 中国留学网 中青网 中国国家人才网 中国经济网 中国日报网 中国新闻网 中国学术期刊网
关于我们
平台简介
诚聘英才
企业文化
竞争优势
版权信息
服务条款
客服承诺
常见问题
版权声明
合作加盟
期刊加盟
广告服务
联系我们
网站导航
期刊大全
论文下载
课题申报
学术会议
编辑QQ
编辑联络
2007-2023
中文学术期刊检索机构
bianjibu777@qq.com
联系我们

版权所有©2007- 2023 中国学术期刊网(qikanw.com) All Rights Reserved 京ICP备2021008252号
本站是学术论文网络平台,若期刊网有侵犯您的版权,请及时与期刊网客服取得联系,联系信箱: bianjibu777@qq.com    
中国学术期刊网